Vật liệu chuyển pha, thường gọi là PCM (Phase Change Material), có thể hấp thụ năng

Vật liệu chuyển pha, thường gọi là PCM (Phase Change Material), có thể hấp thụ năng lượng khi nóng chảy và giải phóng năng lượng khi đông đặc. Đặc điểm này được ứng dụng trong các bộ tích trữ nhiệt và ổn định nhiệt độ cho thiết bị.

Một nhóm học sinh khảo sát vật liệu $X$ để đánh giá khả năng sử dụng trong bộ tích trữ nhiệt. Mẫu có khối lượng $m = 0,5\text{kg}$, ban đầu hoàn toàn ở thể rắn, nhiệt độ $20^{0}\text{C}$.

Mẫu được đun bằng bộ gia nhiệt có công suất điện không đổi $P = 100\text{W}$. Hiệu suất truyền năng lượng từ bộ gia nhiệt vào mẫu là $\eta$, không đổi trong suốt quá trình. Trong khoảng thời gian $\Delta t$, nhiệt lượng mẫu nhận được là:

$Q = \eta P\Delta t$

Biết nhiệt dung riêng của vật liệu ở thể rắn là:

$c_{r} = 2000\text{J/(kg} \cdot \text{K)}$

Bảng số liệu thu được:

Bộ ghi dữ liệu xác định đoạn nhiệt độ không đổi bắt đầu tại $500\text{s}$ và kết thúc tại $1500\text{s}$. Trước và sau đoạn này, nhiệt độ tăng đều theo thời gian.

Coi vật liệu có nhiệt độ nóng chảy xác định; nhiệt độ trong mẫu đồng đều; khối lượng không đổi. Bỏ qua nhiệt dung của bình chứa và công do sự thay đổi thể tích. Sử dụng các công thức:

$\begin{array}{l} {Q = mc\Delta T;} \\ {Q_{\text{nc}} = m\lambda} \end{array}$

trong đó $\lambda$ là nhiệt nóng chảy riêng.

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Trong khoảng từ $500\text{s}$ đến $1500\text{s}$, mẫu vẫn nhận năng lượng nhưng nhiệt độ không đổi. Nguyên nhân phù hợp nhất là:

A. Mẫu không còn hấp thụ nhiệt từ bộ gia nhiệt.

B. Nhiệt lượng mẫu nhận được dùng để chuyển vật liệu từ thể rắn sang thể lỏng.

C. Nhiệt dung riêng của vật liệu bằng 0.

D. Bộ gia nhiệt đã tự động ngắt điện.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:987789

Phương pháp giải

Sử dụng lý thuyết về quá trình chuyển pha của chất rắn kết tinh.

Giải chi tiết

Trong quá trình nóng chảy (từ thể rắn sang thể lỏng), chất rắn kết tinh nhận nhiệt lượng nhưng nhiệt độ của nó không thay đổi. Toàn bộ nhiệt lượng nhận được trong giai đoạn này dùng để phá vỡ mạng tinh thể, làm vật liệu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 2:

Vận dụng

Nhiệt nóng chảy riêng của vật liệu $X$ bằng bao nhiêu?

A. $80\text{kJ/kg}$.

B. $100\text{kJ/kg}$.

C. $160\text{kJ/kg}$.

D. $200\text{kJ/kg}$.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:987790

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính nhiệt lượng $Q = \eta P\Delta t$ và công thức tính nhiệt nóng chảy $Q_{\text{nc~}} = m\lambda$.

Giải chi tiết

Từ bảng dữ liệu, ta thấy quá trình nung nóng mẫu ở thể rắn diễn ra từ $t = 0\text{s}$ đến $t = 250\text{s}$.

Nhiệt lượng vật thu vào trong thời gian này: $Q_{1} = mc_{r}\Delta T_{1} = 0,5.2000.(40 - 20) = 20000\text{(J)}$

Mặt khác, $\left. Q_{1} = \eta P\Delta t_{1}\Rightarrow\eta = \dfrac{Q_{1}}{P\Delta t_{1}} = \dfrac{20000}{100 \cdot 250} = 0,8 \right.$

Quá trình nóng chảy diễn ra từ $t = 500\text{s}$ đến $t = 1500\text{s}$, suy ra thời gian nóng chảy là $\Delta t_{\text{nc}} = 1500 - 500 = 1000\text{(s)}$.

Nhiệt lượng mẫu nhận được để nóng chảy hoàn toàn: $Q_{\text{nc}} = \eta P\Delta t_{\text{nc}} = 0,8 \cdot 100 \cdot 1000 = 80000\text{~(J)}$

Ta có: $\left. Q_{\text{nc}} = m\lambda\Rightarrow\lambda = \dfrac{Q_{\text{nc}}}{m} = \dfrac{80000}{0,5} = 160000\text{(J/kg)} = 160\text{(kJ/kg)} \right.$.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 3:

Vận dụng

Tại thời điểm $t = 1250\text{s}$, khối lượng vật liệu đã chuyển thành thể lỏng chiếm bao nhiêu phần trăm khối lượng ban đầu?

Đáp án:

Đáp án đúng là: 75

Xem lời giải

Câu hỏi:987791

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính nhiệt lượng $Q = \eta P\Delta t$ và công thức tính nhiệt nóng chảy $Q_{\text{nc~}} = m\lambda$.

Giải chi tiết

Thời gian nóng chảy của vật liệu tính đến thời điểm $t = 1250\text{s}$ là: $\Delta t' = 1250 - 500 = 750\text{(s)}$.

Nhiệt lượng vật nhận được trong khoảng thời gian này: $Q' = \eta P\Delta t' = 0,8.100.750 = 60000\text{(J)}$.

Khối lượng vật liệu đã chuyển thành thể lỏng: $m' = \dfrac{Q'}{\lambda} = \dfrac{60000}{160000} = 0,375\text{(kg)}$.

Phần trăm khối lượng vật liệu đã chuyển thành thể lỏng: $\dfrac{m'}{m} \cdot 100\% = \dfrac{0,375}{0,5} \cdot 100\% = 75\%$.

Đáp án cần điền là: 75

Câu hỏi số 4:

Thông hiểu

Kết nối thời điểm ở cột dữ liệu với trạng thái của vật liệu ở cột đáp án.

1. $t=250\text{s}$

2. $t=1000\text{s}$

3. $t=1750\text{s}$

Đáp án đúng là: 1-c; 2-a; 3-b

Xem lời giải

Câu hỏi:987787

Phương pháp giải

Phân tích bảng dữ liệu nhiệt độ - thời gian để xác định trạng thái vật chất.

Giải chi tiết

Từ bảng dữ liệu, ta thấy: Giai đoạn từ $0\text{s}$ đến $500\text{s}$: nhiệt độ tăng từ ${{20}^{0}}\text{C}$ đến ${{60}^{0}}\text{C}$, vật liệu đang ở thể rắn. Do đó tại $t=250\text{s}$, vật liệu hoàn toàn ở thể rắn. $\rightarrow$ 1 - c.

Giai đoạn từ $500\text{s}$ đến $1500\text{s}$: nhiệt độ không đổi ở ${{60}^{0}}\text{C}$, đây là quá trình nóng chảy. Do đó tại $t=1000\text{s}$, vật liệu đồng thời tồn tại thể rắn và thể lỏng. $\rightarrow$ 2 - a.

Giai đoạn từ $1500\text{s}$ trở đi: nhiệt độ tiếp tục tăng, vật liệu đã nóng chảy hoàn toàn. Do đó tại $t=1750\text{s}$, vật liệu hoàn toàn ở thể lỏng. $\rightarrow$ 3 - b.

Đáp án cần chọn là: 1-c; 2-a; 3-b

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Xác định tính đúng hoặc sai của từng phát biểu sau.

	Đúng	Sai
a) Hiệu suất truyền năng lượng từ bộ gia nhiệt vào mẫu bằng $80\%$.
b) Trong giai đoạn nhiệt độ giữ ở $60^{0}\text{C}$, nội năng của mẫu không thay đổi.
c) Nhiệt dung riêng của vật liệu ở thể lỏng bằng $2500\text{J/(kg}\text{.K)}$.
d) Nếu tăng khối lượng mẫu lên $1,00\text{kg}$, giữ nguyên công suất điện và hiệu suất, thời gian từ lúc bắt đầu nóng chảy đến khi nóng chảy hoàn toàn vẫn là $1000\text{s}$.

Đáp án đúng là: Đ; S; Đ; S

Xem lời giải

Câu hỏi:987792

Phương pháp giải

Sử dụng các công thức nhiệt học $Q = mc\Delta T$, $Q_{\text{nc~}} = m\lambda$.

Lý thuyết về nội năng và quá trình chuyển pha.

Giải chi tiết

Phát biểu a: Ta đã tính được hiệu suất $\eta = 0,8 = 80\%$. $\rightarrow$ Đúng.

Phát biểu b: Trong quá trình nóng chảy (nhiệt độ giữ ở $60^{0}\text{C}$), mẫu vật vẫn liên tục nhận nhiệt lượng từ bộ gia nhiệt để chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, do đó nội năng của mẫu tăng lên.

$\rightarrow$ Sai.

Phát biểu c: Quá trình nung nóng mẫu ở thể lỏng diễn ra sau $t = 1500\text{s}$.

Xét khoảng thời gian từ $1500\text{s}$ đến $1750\text{s}$ ($\Delta t_{2} = 250\text{s}$), nhiệt độ tăng từ $60^{0}\text{C}$ lên $76^{0}\text{C}$

($\Delta T_{2} = 16^{0}\text{C}$).

Nhiệt lượng vật thu vào: $Q_{2} = \eta P\Delta t_{2} = 0,8.100.250 = 20000\text{(J)}$.

Mặt khác, $\left. Q_{2} = mc_{l}\Delta T_{2}\Rightarrow c_{l} = \dfrac{Q_{2}}{m\Delta T_{2}} = \dfrac{20000}{0,5.16} = 2500\text{J/(kg}\text{.K)} \right.$. $\rightarrow$ Đúng.

Phát biểu d: Thời gian nóng chảy được tính bằng công thức: $\Delta t_{\text{nc}} = \dfrac{Q_{\text{nc}}}{\eta P} = \dfrac{m\lambda}{\eta P}$.

Ta thấy thời gian nóng chảy $\Delta t_{\text{nc}}$ tỉ lệ thuận với khối lượng mẫu $m$.

Nếu khối lượng mẫu tăng gấp đôi (từ $0,5\text{kg}$ lên $1,00\text{kg}$) thì thời gian nóng chảy cũng sẽ tăng gấp đôi, tức là $2000\text{s}$. $\rightarrow$ Sai.

Đáp án cần chọn là: Đ; S; Đ; S

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòng- Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.