Hơi nước ngưng tụ vào nước lạnh: vì sao không chỉ dùng mcΔT?

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Hơi ở100°C tỏa m_hơiL khi ngưng tụ, rồi nước ngưng tiếp tục tỏa m_hơic(100−T). Bỏ nhiệt chuyển thể sẽ đánh giá quá thấp năng lượng hơi đưa vào hỗn hợp.

Bài toán giả định bình cách nhiệt có0,20kg nước20°C. Đưa0,010kg hơi nước100°C vào, toàn bộ hơi được giữ và ngưng tụ. Cho L=2,26×10⁶J/kg,c=4200J/(kg·K), áp suất1atm; bỏ nhiệt dung bình và bay hơi ra ngoài.

Lập cân bằng:0,20c(T−20)=0,010L+0,010c(100−T). Chuyển các số hạng T về cùng vế:0,210cT=0,20c·20+0,010c·100+0,010L. T≈49,43°C. Tổng nước cuối0,210kg, không phải0,20kg.

Kiểm điều kiện:20<T<100°C, hợp nhánh toàn bộ hơi ngưng tụ thành nước lỏng. Nhiệt ngưng tụ riêng22600J đã lớn hơn nhiệt làm0,010kg nước nóng nguội từ100 về20°C là3360J; vì thế hơi không tương đương một lượng nước lỏng cùng nhiệt độ.

Tự luyện: chỉ đưa0,005kg hơi, giữ mọi dữ kiện khác. T=[0,20c·20+0,005c·100+0,005L]/(0,205c)≈35,08°C. Giảm lượng hơi làm nhiệt độ tăng ít hơn, nhưng không lấy nhiệt độ tăng chia đôi máy móc vì tổng khối lượng cuối cũng đổi.

Nếu giải ra T>100°C ở1atm, giả thiết toàn bộ hơi ngưng tụ và toàn hệ nước lỏng ở cân bằng không hợp lệ. Cần xét hơi còn lại, thoát ra hoặc áp suất khác; không dùng c_nước cho hơi trong mọi miền. Đơn vị mL vàmcΔT cùng J; ngưng tụ tỏa nhiệt nên đặt nó ở phía năng lượng cấp cho nước lạnh. Đây là mô hình học tập, không phải hướng dẫn thao tác với hơi nóng ngoài phòng thí nghiệm có giám sát.

Đọc tiếp: Nhiệt hóa hơi riêng · Nhiệt dung riêng.