I. GIỚI THIỆU VỀ SỰ NÓNG CHẢY

1. Nóng chảy là gì?

Định nghĩa: Nóng chảy là quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng khi vật được cung cấp nhiệt lượng (được đun nóng).

Đặc điểm: Đây là một dạng chuyển thể (chuyển đổi trạng thái) của vật chất, trong đó cấu trúc phân tử thay đổi từ trạng thái có trật tự (rắn) sang trạng thái lỏng lẻo hơn (lỏng).

Ví dụ thực tế:

• Nước đá tan thành nước lỏng: Lấy nước đá từ tủ lạnh ra, nó sẽ tan thành nước
• Sắt nấu chảy trong lò luyện kim: Nhiệt độ cao làm sắt rắn chuyển thành sắt lỏng để đúc khuôn
• Nến cháy chảy ra: Khi thắp nến, sáp nến nóng chảy thành chất lỏng chảy xuống
• Bơ và chocolate tan trong nồi: Khi đun nóng, chúng chuyển từ rắn sang lỏng
• Kim loại hàn chảy ra: Trong hàn thiếc, kim loại hàn nóng chảy để kết nối linh kiện

Điều kiện để nóng chảy xảy ra:

• Phải cung cấp nhiệt lượng cho vật
• Vật phải đạt đến nhiệt độ nóng chảy đặc trưng của chất đó
• Tiếp tục cung cấp nhiệt trong suốt quá trình nóng chảy

2. Đặc điểm của quá trình nóng chảy

Đặc điểm 1: Nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình

Đây là đặc điểm quan trọng và đặc biệt nhất của quá trình nóng chảy:

• Khi chất rắn bắt đầu nóng chảy, nhiệt độ giữ nguyên không đổi
• Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ nóng chảy
• Dù tiếp tục cung cấp nhiệt, nhiệt độ vẫn không tăng cho đến khi chất rắn tan hết

Ví dụ minh họa với nước đá:

Khi đun nóng nước đá:

• Giai đoạn 1: Nước đá từ -10°C → -5°C → 0°C (nhiệt độ tăng)
• Giai đoạn 2: Nước đá tan ở 0°C (nhiệt độ không đổi, dù vẫn đun)
• Giai đoạn 3: Sau khi nước đá tan hết, nước lỏng từ 0°C → 5°C → 10°C… (nhiệt độ lại tăng)

Tại sao nhiệt độ không đổi?

Trong quá trình nóng chảy, toàn bộ nhiệt lượng cung cấp không dùng để tăng nhiệt độ mà dùng để:

• Phá vỡ liên kết giữa các phân tử trong mạng tinh thể rắn
• Thay đổi cấu trúc từ trạng thái có trật tự (rắn) sang trạng thái tự do hơn (lỏng)
• Tăng thế năng của các phân tử, không phải động năng (nhiệt độ)

Đặc điểm 2: Năng lượng được sử dụng như thế nào?

Khi cung cấp nhiệt lượng cho vật đang nóng chảy:

Không làm tăng nhiệt độ:

• Nhiệt độ duy trì ở nhiệt độ nóng chảy
• Không làm tăng động năng trung bình của phân tử
• Do đó nhiệt độ không thay đổi

Dùng để phá vỡ liên kết:

• Các phân tử trong chất rắn liên kết chặt chẽ với nhau
• Nhiệt lượng dùng để làm yếu và phá vỡ các liên kết này
• Giải phóng các phân tử khỏi vị trí cố định

Làm thay đổi cấu trúc:

• Từ cấu trúc có trật tự (mạng tinh thể) của chất rắn
• Sang cấu trúc lỏng lẻo, tự do di chuyển của chất lỏng
• Thể tích thay đổi (thường tăng nhẹ)

3. Phân biệt 2 khái niệm dễ nhầm lẫn

Có hai khái niệm liên quan đến nóng chảy thường bị nhầm lẫn:

Ví dụ minh họa:

Với nước đá:

• Nhiệt độ nóng chảy: $t_{nc} = 0°C$ → Đây là nhiệt độ
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg → Đây là nhiệt lượng

Phân biệt:

• $t_{nc}$ trả lời câu hỏi: “Ở nhiệt độ nào chất bắt đầu tan?”
• $\lambda$ trả lời câu hỏi: “Cần bao nhiêu nhiệt lượng để làm tan 1 kg chất?”

Lưu ý quan trọng:

• Nhiệt độ nóng chảy là một điểm nhiệt độ cố định
• Nhiệt nóng chảy riêng là một lượng năng lượng cần thiết

Cách nhớ:

• “Nhiệt độ” → đo bằng độ C
• “Nhiệt lượng” → đo bằng Jun

II. NHIỆT ĐỘ NÓNG CHẢY

1. Định nghĩa nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ mà tại đó một chất bắt đầu chuyển từ thể rắn sang thể lỏng (hoặc ngược lại, từ lỏng sang rắn khi nhiệt độ giảm).

Ký hiệu:

• $t_{nc}$ (nhiệt độ nóng chảy)
• $T_m$ (melting temperature – trong tài liệu tiếng Anh)

Đơn vị đo:

• Độ C (°C) – phổ biến nhất
• Kenvin (K) – trong hệ SI
• Quy đổi: T(K) = t(°C) + 273

Đặc điểm:

• Là nhiệt độ cố định, đặc trưng cho từng chất
• Tại nhiệt độ này, chất rắn và chất lỏng cùng tồn tại
• Là nhiệt độ mà quá trình nóng chảy và đông đặc xảy ra

2. Bảng nhiệt độ nóng chảy của các chất

Dưới đây là bảng nhiệt độ nóng chảy của các chất thường gặp, được sắp xếp từ thấp đến cao:

Nhận xét:

• Kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất đa dạng, từ -39°C (thủy ngân) đến 3422°C (vonfram)
• Các chất phi kim thường có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại
• Nước đá tan ở 0°C là mốc chuẩn và quan trọng nhất trong học tập

3. Nhiệt độ nóng chảy phụ thuộc vào gì?

Nhiệt độ nóng chảy là đặc trưng của chất

Nhiệt độ nóng chảy là một hằng số vật lý đặc trưng cho từng chất.

✅ Phụ thuộc vào:

Loại chất (bản chất hóa học):

• Mỗi chất có một nhiệt độ nóng chảy riêng biệt
• Phụ thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử/phân tử
• Liên kết mạnh → nhiệt độ nóng chảy cao
• Liên kết yếu → nhiệt độ nóng chảy thấp

Cấu trúc tinh thể:

• Kim loại có mạng tinh thể đều đặn → nhiệt độ nóng chảy cao
• Chất vô định hình → không có nhiệt độ nóng chảy xác định (mềm dần)

❌ Không phụ thuộc vào:

Khối lượng:

• 1 gram nước đá và 1 tấn nước đá → cùng tan ở 0°C
• 10 kg sắt và 100 tấn sắt → cùng nóng chảy ở 1535°C

Hình dạng:

• Nước đá viên vuông, tròn, dài → cùng tan ở 0°C
• Thanh sắt tròn hay vuông → cùng nóng chảy ở 1535°C

Thể tích:

• Bất kể to hay nhỏ, nhiệt độ nóng chảy giống nhau

Các yếu tố có thể ảnh hưởng nhẹ

Áp suất:

• Áp suất tăng → nhiệt độ nóng chảy thay đổi (thường tăng)
• Ảnh hưởng rất nhỏ đối với hầu hết các chất
• Nước đá là ngoại lệ: áp suất tăng → nhiệt độ nóng chảy giảm nhẹ

Ví dụ: Trượt băng nghệ thuật – lưỡi giày tạo áp suất lớn làm nước đá tan tạo lớp nước mỏng, giúp trượt dễ dàng.

Độ tinh khiết:

• Chất tinh khiết có nhiệt độ nóng chảy xác định
• Chất lẫn tạp chất → nhiệt độ nóng chảy thay đổi và không còn cố định

Ví dụ thực tế:

• Rắc muối lên đường băng → hỗn hợp nước-muối có nhiệt độ đông đặc thấp hơn 0°C
• Do đó nước đá tan dễ dàng hơn, giúp chống trơn trượt trên đường

Tạp chất:

• Tạp chất làm giảm hoặc tăng nhiệt độ nóng chảy
• Dùng để kiểm tra độ tinh khiết của chất

III. NHIỆT NÓNG CHẢY RIÊNG

1. Định nghĩa nhiệt nóng chảy riêng

Nhiệt nóng chảy riêng (ký hiệu λ – đọc là “lambda”) là nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng chảy hoàn toàn 1 kilôgam chất ở thể rắn khi chất đã ở nhiệt độ nóng chảy.

Ký hiệu: λ (chữ cái Hy Lạp lambda)

Đơn vị:

• J/kg (Jun trên kilôgam) – đơn vị trong hệ SI
• Có thể viết: kJ/kg (kilôjun trên kilôgam)

Giải thích chi tiết:

“1 kilôgam chất”:

• Định nghĩa dựa trên đơn vị khối lượng chuẩn
• Nếu khối lượng khác 1 kg, ta nhân với khối lượng đó

“Ở thể rắn”:

• Chất phải ở trạng thái rắn trước khi nóng chảy
• Không áp dụng cho chất đã ở thể lỏng

“Ở nhiệt độ nóng chảy”:

• Chất rắn đã đạt đến nhiệt độ $t_{nc}$
• Không cần thêm nhiệt để tăng nhiệt độ lên $t_{nc}$
• Chỉ cần nhiệt để chuyển thể

“Nóng chảy hoàn toàn”:

• Toàn bộ khối chất rắn chuyển thành lỏng
• Không còn phần nào ở thể rắn

2. Công thức nhiệt nóng chảy riêng

📌 Công thức tính nhiệt lượng nóng chảy:

$$\boxed{Q = \lambda m}$$

Trong đó:

• Q: Nhiệt lượng cần cung cấp (J – Jun)
• λ (lambda): Nhiệt nóng chảy riêng (J/kg)
• m: Khối lượng chất nóng chảy (kg)

Ý nghĩa công thức:

• Nhiệt lượng tỉ lệ thuận với khối lượng
• Khối lượng gấp đôi → nhiệt lượng gấp đôi
• λ là hệ số tỉ lệ, đặc trưng cho từng chất

📌 Công thức tính nhiệt nóng chảy riêng:

Từ công thức $Q = \lambda m$, ta suy ra:

$$\boxed{\lambda = \frac{Q}{m}}$$

Trong đó:

• λ: Nhiệt nóng chảy riêng (J/kg)
• Q: Nhiệt lượng đã cung cấp (J)
• m: Khối lượng chất đã nóng chảy (kg)

Ứng dụng: Dùng để xác định nhiệt nóng chảy riêng của một chất trong thí nghiệm.

📌 Công thức tính khối lượng:

$$\boxed{m = \frac{Q}{\lambda}}$$

Ứng dụng: Tính khối lượng chất có thể nóng chảy khi biết nhiệt lượng cung cấp.

3. Bảng nhiệt nóng chảy riêng của các chất

Dưới đây là bảng nhiệt nóng chảy riêng của các chất thường gặp:

Nhận xét quan trọng:

Nước đá và nhôm có λ lớn:

• Cần nhiều năng lượng để nóng chảy
• Liên kết giữa các phân tử/nguyên tử mạnh
• “Khó” nóng chảy hơn

Chì có λ nhỏ nhất:

• Cần ít năng lượng để nóng chảy
• Liên kết yếu hơn
• “Dễ” nóng chảy hơn

So sánh:

• Để làm tan 1 kg nhôm cần gấp 15.6 lần năng lượng so với 1 kg chì
• Nước đá cần gấp 13.6 lần năng lượng so với chì

4. Ví dụ tính nhiệt lượng nóng chảy

Bài toán 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm tan hoàn toàn 2 kg nước đá ở 0°C thành nước ở 0°C. Cho biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg.

Phân tích:

• Khối lượng: m = 2 kg
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg
• Nước đá đã ở 0°C (nhiệt độ nóng chảy)
• Cần tìm: Q = ?

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$Q = \lambda m$$

Thay số: $$Q = 3.4 \times 10^5 \times 2$$ $$Q = 6.8 \times 10^5 \text{ J}$$ $$Q = 680,000 \text{ J} = 680 \text{ kJ}$$

Kết luận: Cần cung cấp 680 kJ (hoặc 680,000 J) nhiệt lượng để làm tan hoàn toàn 2 kg nước đá ở 0°C.

Ý nghĩa: Đây là một lượng nhiệt lượng rất lớn. Để so sánh, 680 kJ tương đương với:

• Nhiệt lượng từ một bếp gas cháy trong khoảng 40 giây
• Năng lượng tiêu thụ của bóng đèn 100W trong gần 2 giờ

Bài toán 2: Để làm tan hoàn toàn 5 kg nhôm ở nhiệt độ nóng chảy 660°C cần cung cấp 1,950,000 J nhiệt lượng. Tính nhiệt nóng chảy riêng của nhôm.

Phân tích:

• Khối lượng: m = 5 kg
• Nhiệt lượng đã cung cấp: Q = 1,950,000 J
• Nhôm đã ở 660°C (nhiệt độ nóng chảy)
• Cần tìm: λ = ?

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$\lambda = \frac{Q}{m}$$

Thay số: $$\lambda = \frac{1,950,000}{5}$$ $$\lambda = 390,000 \text{ J/kg}$$ $$\lambda = 3.9 \times 10^5 \text{ J/kg}$$

Kết luận: Nhiệt nóng chảy riêng của nhôm là $3.9 \times 10^5$ J/kg hoặc 390 kJ/kg.

Kiểm tra: Tra bảng số liệu → Nhôm có $\lambda = 3.9 \times 10^5$ J/kg ✓ (chính xác!)

5. Nhiệt nóng chảy riêng phụ thuộc vào gì?

Nhiệt nóng chảy riêng là đặc trưng của chất

Giống như nhiệt độ nóng chảy, nhiệt nóng chảy riêng cũng là một hằng số vật lý đặc trưng cho từng chất.

✅ Phụ thuộc vào:

Loại chất (bản chất hóa học):

• Mỗi chất có một giá trị λ riêng biệt
• Phụ thuộc vào cường độ liên kết giữa các phân tử/nguyên tử
• Liên kết mạnh → λ lớn (cần nhiều năng lượng để phá vỡ)
• Liên kết yếu → λ nhỏ (cần ít năng lượng)

Cấu trúc tinh thể:

• Cấu trúc tinh thể chặt chẽ → λ lớn
• Cấu trúc lỏng lẻo → λ nhỏ

❌ Không phụ thuộc vào:

Khối lượng:

• 1 kg hay 10 kg nước đá → cùng có $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg
• Khối lượng chỉ ảnh hưởng đến tổng nhiệt lượng Q, không ảnh hưởng đến λ

Hình dạng, thể tích:

• Nước đá viên vuông, tròn, dài → cùng λ
• Vật to hay nhỏ → λ không đổi

Nhiệt độ ban đầu:

• Miễn là chất đã đạt nhiệt độ nóng chảy
• Nhiệt độ trước đó cao hay thấp không ảnh hưởng λ

Ý nghĩa vật lý của λ

λ lớn (như nước đá, nhôm):

• Liên kết phân tử/nguyên tử mạnh
• Cần nhiều năng lượng để phá vỡ liên kết
• “Khó” nóng chảy hơn
• Chất rắn bền vững hơn

λ nhỏ (như chì):

• Liên kết phân tử/nguyên tử yếu
• Cần ít năng lượng để phá vỡ liên kết
• “Dễ” nóng chảy hơn
• Chất rắn kém bền vững hơn

Ứng dụng:

• Chọn vật liệu phù hợp với mục đích sử dụng
• Vật liệu chịu nhiệt: chọn λ lớn
• Vật liệu dễ gia công: chọn λ nhỏ

IV. BÀI TOÁN NÓNG CHẢY TỔNG HỢP

1. Ba giai đoạn khi đun nóng chất rắn thành chất lỏng

Khi đun nóng một chất rắn (ví dụ: nước đá) từ nhiệt độ thấp thành chất lỏng ở nhiệt độ cao hơn, quá trình trải qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Đun nóng chất rắn từ $t_1$ → $t_{nc}$

Mô tả: Chất vẫn ở thể rắn, nhiệt độ tăng dần từ $t_1$ (nhiệt độ ban đầu) đến $t_{nc}$ (nhiệt độ nóng chảy).

Công thức: $$\boxed{Q_1 = mc_{rắn}(t_{nc} – t_1)}$$

Trong đó:

• $m$: khối lượng (kg)
• $c_{rắn}$: nhiệt dung riêng của chất ở thể rắn (J/kg.K)
• $t_{nc}$: nhiệt độ nóng chảy (°C)
• $t_1$: nhiệt độ ban đầu (°C)

Ví dụ: Đun nước đá từ -10°C lên 0°C

Giai đoạn 2: Nóng chảy ở $t_{nc}$ (nhiệt độ không đổi)

Mô tả: Chất bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ $t_{nc}$. Trong suốt giai đoạn này, nhiệt độ giữ nguyên không đổi cho đến khi chất rắn tan hết.

Công thức: $$\boxed{Q_2 = \lambda m}$$

Trong đó:

• $\lambda$: nhiệt nóng chảy riêng (J/kg)
• $m$: khối lượng (kg)

Ví dụ: Nước đá tan ở 0°C (nhiệt độ không thay đổi)

Lưu ý: Giai đoạn này thường tiêu tốn nhiều năng lượng nhất!

Giai đoạn 3: Đun nóng chất lỏng từ $t_{nc}$ → $t_2$

Mô tả: Sau khi chất rắn tan hết thành chất lỏng, tiếp tục đun nóng để tăng nhiệt độ chất lỏng từ $t_{nc}$ lên $t_2$.

Công thức: $$\boxed{Q_3 = mc_{lỏng}(t_2 – t_{nc})}$$

Trong đó:

• $c_{lỏng}$: nhiệt dung riêng của chất ở thể lỏng (J/kg.K)
• $t_2$: nhiệt độ cuối (°C)

Ví dụ: Đun nước từ 0°C lên 20°C

Tổng nhiệt lượng:

$$\boxed{Q = Q_1 + Q_2 + Q_3}$$

$$\boxed{Q = mc_{rắn}(t_{nc} – t_1) + \lambda m + mc_{lỏng}(t_2 – t_{nc})}$$

2. Ví dụ tổng hợp chi tiết

Bài toán: Tính nhiệt lượng cần thiết để biến 2 kg nước đá ở -10°C thành nước lỏng ở 20°C.

Cho biết:

• Nhiệt dung riêng của nước đá: $c_{đá} = 2100$ J/(kg.K)
• Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg
• Nhiệt dung riêng của nước: $c_{nước} = 4200$ J/(kg.K)
• Nhiệt độ nóng chảy của nước đá: $t_{nc} = 0°C$

Phân tích:

Quá trình gồm 3 giai đoạn:

1. Nước đá -10°C → 0°C (rắn)
2. Nước đá tan ở 0°C (chuyển thể)
3. Nước 0°C → 20°C (lỏng)

Lời giải:

Giai đoạn 1: Đun nóng nước đá từ -10°C lên 0°C

$$Q_1 = mc_{đá}\Delta t = mc_{đá}[0 – (-10)]$$ $$Q_1 = 2 \times 2100 \times 10$$ $$Q_1 = 42,000 \text{ J} = 42 \text{ kJ}$$

Giai đoạn 2: Nước đá tan ở 0°C

$$Q_2 = \lambda m = 3.4 \times 10^5 \times 2$$ $$Q_2 = 680,000 \text{ J} = 680 \text{ kJ}$$

Giai đoạn 3: Đun nóng nước từ 0°C lên 20°C

$$Q_3 = mc_{nước}\Delta t = mc_{nước}(20 – 0)$$ $$Q_3 = 2 \times 4200 \times 20$$ $$Q_3 = 168,000 \text{ J} = 168 \text{ kJ}$$

Tổng nhiệt lượng:

$$Q = Q_1 + Q_2 + Q_3$$ $$Q = 42 + 680 + 168$$ $$Q = 890 \text{ kJ} = 890,000 \text{ J}$$

Kết luận: Cần 890 kJ nhiệt lượng để biến 2 kg nước đá ở -10°C thành nước ở 20°C.

Phân tích tỉ lệ:

• $Q_1$ (đun đá): 42 kJ (4.7%)
• $Q_2$ (tan đá): 680 kJ (76.4%) ← Chiếm phần lớn nhất!
• $Q_3$ (đun nước): 168 kJ (18.9%)

Nhận xét quan trọng: Giai đoạn nóng chảy ($Q_2$) chiếm tới 76.4% tổng nhiệt lượng, mặc dù nhiệt độ không hề thay đổi trong giai đoạn này!

3. Đồ thị nhiệt độ – thời gian

Khi đun nóng nước đá từ -10°C thành nước 20°C, đồ thị nhiệt độ theo thời gian có dạng:

t(°C) │
      │          ╱╱╱ Giai đoạn 3: Đun nước 0°C → 20°C
   20 │         ╱
      │        ╱
      │       ╱
    0 │──────┘  Giai đoạn 2: Nóng chảy ở 0°C (nằm ngang)
      │     ╱
      │    ╱
      │   ╱ Giai đoạn 1: Đun đá -10°C → 0°C
  -10 │  ╱
      └─────────────────────────────→ thời gian (t)

Đặc điểm của đồ thị:

Đoạn 1 (dốc lên):

• Nhiệt độ tăng từ -10°C lên 0°C
• Độ dốc phụ thuộc vào $c_{đá}$

Đoạn 2 (nằm ngang):

• Nhiệt độ giữ nguyên ở 0°C
• Đây là giai đoạn nóng chảy
• Đoạn này dài nhất (mất nhiều thời gian nhất)
• Dù vẫn đun nhưng nhiệt độ không tăng

Đoạn 3 (dốc lên):

• Nhiệt độ tăng từ 0°C lên 20°C
• Độ dốc phụ thuộc vào $c_{nước}$

Ý nghĩa: Đồ thị giúp hình dung rõ ràng quá trình nóng chảy, đặc biệt là giai đoạn nhiệt độ không đổi (đoạn nằm ngang).

V. NGƯNG ĐÔNG (QUÁ TRÌNH NGƯỢC LẠI)

1. Ngưng đông là gì?

Định nghĩa: Ngưng đông (hay đông đặc) là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể rắn khi nhiệt độ giảm xuống.

Ví dụ:

• Nước lỏng đông thành nước đá
• Sắt lỏng đông thành sắt rắn khi nguội
• Nến lỏng đông lại thành nến rắn

Bản chất: Đây là quá trình ngược lại với nóng chảy.

2. Đặc điểm của quá trình ngưng đông

Nhiệt độ đông đặc = Nhiệt độ nóng chảy:

• Nước đông đặc ở 0°C (cũng là nhiệt độ nóng chảy)
• Sắt đông đặc ở 1535°C (cũng là nhiệt độ nóng chảy)

Nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình:

• Giống như nóng chảy, nhiệt độ giữ nguyên khi đông đặc
• Dù tiếp tục làm lạnh, nhiệt độ vẫn không giảm cho đến khi chất lỏng đông đặc hết

Tỏa nhiệt:

• Ngưng đông là quá trình tỏa nhiệt ra môi trường
• Ngược lại với nóng chảy (thu nhiệt)
• Năng lượng được giải phóng khi các phân tử tạo liên kết với nhau

Ví dụ minh họa:

• Khi nước đông thành đá trong tủ lạnh, nước tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh
• Nhiệt lượng tỏa ra làm tăng nhiệt độ không khí trong tủ lạnh
• Máy lạnh phải hoạt động để hút nhiệt này ra ngoài

3. Công thức ngưng đông

Nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng đông:

$$\boxed{Q = -\lambda m}$$

Dấu âm (-) thể hiện đây là quá trình tỏa nhiệt (Q < 0).

Hoặc viết dưới dạng trị tuyệt đối:

$$\boxed{|Q| = \lambda m}$$

Trong đó:

• $|Q|$: Trị tuyệt đối của nhiệt lượng tỏa ra (J)
• $\lambda$: Nhiệt nóng chảy riêng (J/kg) – cùng giá trị với lúc nóng chảy
• $m$: Khối lượng chất đông đặc (kg)

Lưu ý quan trọng:

• λ trong công thức ngưng đông bằng λ trong công thức nóng chảy
• Cùng một chất, nhiệt lượng thu vào khi nóng chảy = nhiệt lượng tỏa ra khi đông đặc (về độ lớn)

4. Ví dụ về ngưng đông

Bài toán: Có 1 kg nước ở 0°C đông đặc hoàn toàn thành nước đá ở 0°C. Tính nhiệt lượng mà nước tỏa ra. Cho biết $\lambda_{nước đá} = 3.4 \times 10^5$ J/kg.

Phân tích:

• Khối lượng: m = 1 kg
• Quá trình: Nước lỏng 0°C → Nước đá 0°C
• Đây là quá trình ngưng đông (tỏa nhiệt)
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg

Lời giải:

Áp dụng công thức (lấy trị tuyệt đối): $$|Q| = \lambda m$$

Thay số: $$|Q| = 3.4 \times 10^5 \times 1$$ $$|Q| = 340,000 \text{ J} = 340 \text{ kJ}$$

Kết luận: Khi 1 kg nước đông đặc thành nước đá, nước tỏa ra 340 kJ nhiệt lượng.

So sánh: Đây chính xác bằng nhiệt lượng cần để làm tan 1 kg nước đá (như đã tính ở phần trước).

5. So sánh nóng chảy và ngưng đông

Nhận xét:

• Hai quá trình là nghịch đảo của nhau
• Xảy ra ở cùng nhiệt độ
• Nhiệt lượng bằng nhau về độ lớn, nhưng ngược dấu

VI. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức nóng chảy

B. Công thức tổng hợp (3 giai đoạn)

Đun chất rắn nhiệt độ $t_1$ → chất lỏng nhiệt độ $t_2$:

$$\boxed{Q = mc_{rắn}(t_{nc} – t_1) + \lambda m + mc_{lỏng}(t_2 – t_{nc})}$$

Hoặc viết gọn:

$$\boxed{Q = Q_1 + Q_2 + Q_3}$$

Trong đó:

• $Q_1$: Nhiệt lượng đun chất rắn lên $t_{nc}$
• $Q_2$: Nhiệt lượng nóng chảy
• $Q_3$: Nhiệt lượng đun chất lỏng lên $t_2$

C. Công thức ngưng đông

D. Giá trị cần nhớ

Lưu ý: Giá trị nước đá là quan trọng nhất và hay xuất hiện nhất trong bài tập!

VII. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ λ (lambda)

Mẹo 1: λ = “Lượng” nhiệt nóng chảy

• Chữ λ (lambda) → Liên tưởng đến chữ “L” trong “Lượng nhiệt”
• Giúp phân biệt với các đại lượng khác

Mẹo 2: Phân biệt λ và L

• λ (lambda – chữ thường): Nóng chảy (rắn → lỏng)
• L (chữ hoa): Hóa hơi (lỏng → khí)
• Nóng chảy xảy ra trước, nên dùng chữ cái trước trong bảng chữ cái

Mẹo 3: Nhớ giá trị của nước đá

• λ của nước đá ≈ 340 kJ/kg
• Hoặc: $3.4 \times 10^5$ J/kg
• Cách nhớ: “Ba bốn không” → 3.4 × 10^5

Mẹo 4: Công thức đơn giản $$Q = \lambda m$$

• Cách nhớ: “Q = lambda nhân m”
• Giống công thức $Q = mc\Delta t$ nhưng không có $\Delta t$ (vì nhiệt độ không đổi)

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Quên giai đoạn nóng chảy

Tình huống: Bài toán yêu cầu tính nhiệt lượng đun nước đá -10°C thành nước 20°C.

Sai:

• Chỉ tính $Q = mc\Delta t = mc[20-(-10)] = mc \times 30$ ❌
• Quên giai đoạn nóng chảy

Đúng:

• Chia làm 3 giai đoạn:
  • $Q_1$: Đá -10°C → 0°C
  • $Q_2$: Đá tan ở 0°C ← Không được quên!
  • $Q_3$: Nước 0°C → 20°C
• $Q = Q_1 + Q_2 + Q_3$ ✓

❌ SAI LẦM 2: Nhầm nhiệt độ nóng chảy với nhiệt nóng chảy riêng

Nhầm lẫn:

• Nhiệt độ nóng chảy ($t_{nc}$) – đơn vị °C
• Nhiệt nóng chảy riêng (λ) – đơn vị J/kg

Ví dụ sai:

• “Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là 0°C” ❌

Đúng:

• “Nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 0°C” ✓
• “Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là $3.4 \times 10^5$ J/kg” ✓

❌ SAI LẦM 3: Quên đổi đơn vị

Sai:

• m = 500 g, λ = $3.4 \times 10^5$ J/kg
• $Q = 500 \times 3.4 \times 10^5$ = … ❌ (Sai đơn vị!)

Đúng:

• Đổi: m = 500 g = 0.5 kg ✓
• $Q = 0.5 \times 3.4 \times 10^5 = 1.7 \times 10^5$ J ✓

Đổi đơn vị phổ biến:

• 1 kg = 1000 g
• 1 kJ = 1000 J
• 1 MJ = 1,000,000 J

❌ SAI LẦM 4: Dùng nhầm c thay vì λ

Nhầm lẫn giữa:

• $c$ (nhiệt dung riêng) – dùng khi nhiệt độ thay đổi
• $\lambda$ (nhiệt nóng chảy riêng) – dùng khi đổi trạng thái

Ví dụ sai:

• Đá tan ở 0°C, dùng công thức $Q = mc\Delta t$ ❌

Đúng:

• Đá tan ở 0°C (nhiệt độ không đổi), dùng $Q = \lambda m$ ✓

3. Kiểm tra kết quả

Kiểm tra 1: Dấu của Q

• Nóng chảy: Q > 0 (thu nhiệt)
• Ngưng đông: Q < 0 (tỏa nhiệt)

Kiểm tra 2: Độ lớn của λ

• So với bảng số liệu
• λ của nước đá: $\approx 3.4 \times 10^5$ J/kg
• Nếu tính ra quá khác biệt → kiểm tra lại

Kiểm tra 3: Tỉ lệ giữa các giai đoạn

• Trong bài toán tổng hợp, $Q_2$ (nóng chảy) thường chiếm phần lớn
• Thường chiếm 60-80% tổng nhiệt lượng
• Nếu $Q_2$ quá nhỏ so với tổng → có thể sai

Kiểm tra 4: Đơn vị

• λ phải có đơn vị J/kg
• Q phải có đơn vị J (hoặc kJ)
• $t_{nc}$ phải có đơn vị °C (hoặc K)

VIII. BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Tính Q cơ bản

Đề bài: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm tan hoàn toàn 0.5 kg chì ở nhiệt độ nóng chảy 327°C. Cho biết nhiệt nóng chảy riêng của chì là $\lambda_{chì} = 2.5 \times 10^4$ J/kg.

Lời giải:

Xác định dữ kiện:

• Khối lượng: m = 0.5 kg
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 2.5 \times 10^4$ J/kg
• Chì đã ở 327°C (nhiệt độ nóng chảy)

Áp dụng công thức: $$Q = \lambda m$$

Thay số: $$Q = 2.5 \times 10^4 \times 0.5$$ $$Q = 1.25 \times 10^4 \text{ J}$$ $$Q = 12,500 \text{ J} = 12.5 \text{ kJ}$$

Kết luận: Cần 12.5 kJ nhiệt lượng để làm tan hoàn toàn 0.5 kg chì ở 327°C.

Bài 2: Tính λ từ thí nghiệm

Đề bài: Trong một thí nghiệm, người ta cung cấp 810,000 J nhiệt lượng để làm tan hoàn toàn 3 kg sắt ở nhiệt độ nóng chảy 1535°C. Tính nhiệt nóng chảy riêng của sắt.

Lời giải:

Xác định dữ kiện:

• Nhiệt lượng: Q = 810,000 J
• Khối lượng: m = 3 kg
• Cần tìm: λ = ?

Áp dụng công thức: $$\lambda = \frac{Q}{m}$$

Thay số: $$\lambda = \frac{810,000}{3}$$ $$\lambda = 270,000 \text{ J/kg}$$ $$\lambda = 2.7 \times 10^5 \text{ J/kg}$$

Kết luận: Nhiệt nóng chảy riêng của sắt là $2.7 \times 10^5$ J/kg hoặc 270 kJ/kg.

Kiểm tra: Tra bảng số liệu → Sắt có $\lambda = 2.7 \times 10^5$ J/kg ✓

Bài 3: Bài toán tổng hợp (3 giai đoạn)

Đề bài: Tính nhiệt lượng cần thiết để biến 1.5 kg nước đá ở -20°C thành nước ở 30°C.

Cho biết:

• $c_{đá} = 2100$ J/(kg.K)
• $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg
• $c_{nước} = 4200$ J/(kg.K)

Lời giải:

Chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Nước đá từ -20°C → 0°C $$Q_1 = mc_{đá}\Delta t = 1.5 \times 2100 \times [0-(-20)]$$ $$Q_1 = 1.5 \times 2100 \times 20 = 63,000 \text{ J}$$

Giai đoạn 2: Nước đá tan ở 0°C $$Q_2 = \lambda m = 3.4 \times 10^5 \times 1.5$$ $$Q_2 = 510,000 \text{ J}$$

Giai đoạn 3: Nước từ 0°C → 30°C $$Q_3 = mc_{nước}\Delta t = 1.5 \times 4200 \times 30$$ $$Q_3 = 189,000 \text{ J}$$

Tổng: $$Q = Q_1 + Q_2 + Q_3$$ $$Q = 63,000 + 510,000 + 189,000$$ $$Q = 762,000 \text{ J} = 762 \text{ kJ}$$

Kết luận: Cần 762 kJ nhiệt lượng.

Phân tích tỉ lệ:

• $Q_1$: 63 kJ (8.3%)
• $Q_2$: 510 kJ (66.9%) ← Chiếm đa số
• $Q_3$: 189 kJ (24.8%)

Bài 4: Ngưng đông

Đề bài: Có 2 kg nước ở 0°C đông đặc hoàn toàn thành nước đá ở 0°C. Tính nhiệt lượng mà nước tỏa ra. Cho λ = $3.4 \times 10^5$ J/kg.

Lời giải:

Xác định:

• Khối lượng: m = 2 kg
• Quá trình: Nước → Nước đá (ngưng đông, tỏa nhiệt)
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg

Áp dụng công thức (trị tuyệt đối): $$|Q| = \lambda m$$

Thay số: $|Q| = 3.4 \times 10^5 \times 2$ $|Q| = 680,000 \text{ J} = 680 \text{ kJ}$

Kết luận: Khi 2 kg nước đông đặc thành nước đá, nước tỏa ra 680 kJ nhiệt lượng ra môi trường.

Lưu ý: Đây chính là nhiệt lượng cần để làm tan 2 kg nước đá (nhưng ngược dấu).

Bài 5: So sánh nhiệt lượng

Đề bài: So sánh nhiệt lượng cần thiết để: a) Làm tan 1 kg nước đá ở 0°C thành nước ở 0°C b) Đun nóng 1 kg nước từ 0°C lên 100°C

Cho biết: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg, $c_{nước} = 4200$ J/(kg.K)

Lời giải:

Câu a) Làm tan nước đá: $Q_a = \lambda m = 3.4 \times 10^5 \times 1 = 340,000 \text{ J} = 340 \text{ kJ}$

Câu b) Đun nóng nước: $Q_b = mc\Delta t = 1 \times 4200 \times (100-0)$ $Q_b = 1 \times 4200 \times 100 = 420,000 \text{ J} = 420 \text{ kJ}$

So sánh: $\frac{Q_b}{Q_a} = \frac{420}{340} \approx 1.24$

Kết luận:

• Đun nước từ 0°C lên 100°C cần nhiều hơn làm tan nước đá khoảng 1.24 lần
• Tuy nhiên, chênh lệch không quá lớn
• Cả hai quá trình đều tiêu tốn nhiều năng lượng

Ý nghĩa thực tế: Khi đun sôi nước từ nước đá, quá trình làm tan nước đá chiếm gần polovina năng lượng so với đun sôi nước!

Bài 6: Tính khối lượng

Đề bài: Người ta cung cấp 1,170,000 J nhiệt lượng để làm tan hoàn toàn một khối nhôm ở nhiệt độ nóng chảy 660°C. Tính khối lượng của khối nhôm. Cho $\lambda_{nhôm} = 3.9 \times 10^5$ J/kg.

Lời giải:

Xác định:

• Nhiệt lượng: Q = 1,170,000 J
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.9 \times 10^5$ J/kg
• Cần tìm: m = ?

Áp dụng công thức: $m = \frac{Q}{\lambda}$

Thay số: $m = \frac{1,170,000}{3.9 \times 10^5}$ $m = \frac{1,170,000}{390,000}$ $m = 3 \text{ kg}$

Kết luận: Khối lượng của khối nhôm là 3 kg.

Kiểm tra: $Q = \lambda m = 3.9 \times 10^5 \times 3 = 1,170,000$ J ✓

IX. KẾT LUẬN

Bài viết đã làm rõ hai khái niệm dễ nhầm lẫn trong quá trình nóng chảy:

Nhiệt độ nóng chảy ($t_{nc}$):

• Là nhiệt độ mà chất bắt đầu chuyển từ rắn sang lỏng
• Đơn vị: °C hoặc K
• Là một điểm nhiệt độ cố định
• Ví dụ: Nước đá tan ở 0°C

Nhiệt nóng chảy riêng (λ):

• Là nhiệt lượng cần để làm tan 1 kg chất ở nhiệt độ nóng chảy
• Đơn vị: J/kg
• Là một lượng năng lượng
• Ví dụ: Nước đá có λ = $3.4 \times 10^5$ J/kg

Phân biệt rõ ràng

Cách nhớ:

• “Nhiệt độ” → đo bằng độ C → $t_{nc}$
• “Nhiệt lượng riêng” → đo bằng Jun/kg → λ

Giá trị cần nhớ

Nước đá (quan trọng nhất):

• Nhiệt độ nóng chảy: $t_{nc} = 0°C$
• Nhiệt nóng chảy riêng: $\lambda = 3.4 \times 10^5$ J/kg = 340 kJ/kg

Các chất khác:

• Chì: λ = $2.5 \times 10^4$ J/kg, $t_{nc} = 327°C$
• Nhôm: λ = $3.9 \times 10^5$ J/kg, $t_{nc} = 660°C$
• Sắt: λ = $2.7 \times 10^5$ J/kg, $t_{nc} = 1535°C$

Đặc điểm quan trọng

Trong quá trình nóng chảy:

• Nhiệt độ không đổi (giữ nguyên ở $t_{nc}$)
• Vật thu nhiệt từ môi trường (Q > 0)
• Năng lượng dùng để phá vỡ liên kết, không tăng nhiệt độ

Trong quá trình ngưng đông:

• Nhiệt độ không đổi (giữ nguyên ở $t_{nc}$)
• Vật tỏa nhiệt ra môi trường (Q < 0)
• Năng lượng được giải phóng khi tạo liên kết

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định