Lấy nhiệt khỏi nước ở0°C: tính phần đông đặc và kiểm khi hết nước

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Khi còn đồng thời nước và băng cân bằng ở1atm, lấy thêm nhiệt làm tăng khối lượng băng, nhiệt độ vẫn0°C. Chỉ sau khi nước lỏng đã đông hết mới tính nhiệt độ băng xuống dưới0.

Có0,10kg nước tinh khiết ở0°C, bỏ nhiệt dung bình. Lấy khỏi hệ16700J; cho L=334000J/kg. Khối lượng đông đặc m_đông=16700/L=0,050kg. Còn0,050kg nước lỏng, tổng khối lượng vẫn0,10kg, T cuối0°C.

Không dùng Q=mcΔT với c_nước để dự báo nhiệt độ âm trong khi còn nước–băng. Năng lượng giai đoạn này đổi cấu trúc liên kết, không chỉ giảm nhiệt độ. Nếu quy ước Q dương khi hệ nhận, Q=-16700J; viết m_đông=−Q/L. Cách dùng “nhiệt bị lấy” như số dương phải được nói rõ, không tự đánh tráo hai quy ước.

Tự luyện qua ngưỡng: lấy tổng37600J khỏi cùng hệ, cho c_băng=2100J/(kg·K). Đông toàn bộ cần0,10L=33400J. Năng lượng còn bị lấy4200J làm băng lạnh:ΔT=−4200/(0,10·2100)=−20K, nên T cuối−20°C.

Kiểm theo đường ngược: đưa băng−20 về0 cần4200J; làm tan hết cần33400J; tổng37600J phục hồi nước0°C. Hai chặng dùng hai loại thông số khác nhau; không lấy c_nước cho toàn quá trình.

Ở đúng33400J, nước vừa đông hết nhưng băng vẫn0°C. Lấy ít hơn mL thì phần đông nằm giữa0 vàm, một kiểm giới hạn dễ dùng. Nếu có dung dịch, quá lạnh, áp suất khác hoặc nhiệt dung bình đáng kể, các giả thiết điểm pha0°C và đoạn plateau đơn giản có thể đổi. Bài đang dùng cân bằng của nước tinh khiết, không khẳng định mọi chất lỏng luôn đông theo cùng đường nhiệt độ.

Đọc tiếp: Nhiệt nóng chảy riêng · Nhiệt dung riêng.