Bài 6: Nhiệt hóa hơi riêng
Từ một cốc nước sôi đến giọt mồ hôi trên da, quá trình hóa hơi luôn gắn với trao đổi năng lượng. Biết phân biệt giai đoạn đun nóng và hóa hơi hoàn toàn.
HỌC XONG BÀI NÀY
- Định nghĩa được nhiệt hóa hơi riêng L.
- Dùng Q = mL đúng điều kiện.
- Giải bài có giai đoạn đun nước đến sôi rồi hóa hơi.
Kiến thức nền tảng
Hóa hơi là quá trình chất lỏng chuyển thành hơi; có thể xảy ra do bay hơi ở mặt thoáng hoặc sôi. Nhiệt hóa hơi riêng ở nhiệt độ xác định diễn tả lượng nhiệt cần cho 1 kg chất lỏng hóa hơi hoàn toàn trong điều kiện đó, đơn vị J/kg.
Nhiệt hóa hơi riêng L là năng lượng cần để hóa hơi hoàn toàn 1 kg chất lỏng tại điều kiện đã nêu. Nhiệt độ và áp suất quyết định giá trị L, nên dùng số liệu đề bài. Với nước chưa đạt nhiệt độ sôi, phải tính cả phần làm nóng trước khi hóa hơi.
Đun đến sôi khác với hóa hơi
Với mẫu ban đầu ở t₀ dưới nhiệt độ sôi ts, muốn hóa hơi khối lượng mhơi cần tính cả hai phần:
Q = mban đầuc(ts − t₀) + mhơiL.
Chỉ thay mhơi bằng mban đầu khi mẫu hóa hơi hết. Bình chứa cũng nhận nhiệt; nếu đề cho nhiệt dung bình C thì cộng C(ts − t₀). Nhiệt độ sôi thay đổi theo áp suất nên 100 °C không đúng cho mọi hoàn cảnh.
Đọc đồ thị khối lượng khi nước đang sôi
Với công suất hữu ích ổn định Ph, khối lượng nước còn lại giảm gần tuyến tính: m(τ) = m₀ − Phτ/L. Độ lớn độ dốc là Ph/L. Dùng khối lượng bay hơi m₁ − m₂, không dùng tổng lượng nước còn trong bình.
Ngưng tụ giải phóng năng lượng có độ lớn mL ở cùng điều kiện. Đây là lí do hơi nước có thể truyền nhiều năng lượng khi ngưng tụ.
Bảng kiến thức cần nhớ
| Nội dung | Ghi nhớ | Điều kiện |
|---|---|---|
| Hóa hơi | Q = mL | Tại điều kiện nhiệt độ, áp suất xét |
| Đun rồi hóa hơi | Q = mcΔT + mL | Bỏ qua bình nếu đề cho phép |
| Từ số đo công suất | L = P hữu ích × ΔtΔm | Δm là lượng thực sự hóa hơi |
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Hóa hơi 50 g nước đang sôi
Cho L = 2,26 × 10⁶ J/kg. Q = 0,050 × 2,26 × 10⁶ = 113 000 J = 113 kJ. Không cần cộng mcΔT vì mẫu đã ở nhiệt độ sôi và bài chỉ xét chuyển thể.
Ví dụ 2. Đo L bằng sự giảm khối lượng
Công suất truyền hữu ích 400 W trong 300 s làm khối lượng nước đang sôi giảm 0,053 kg. L ≈ 400 × 300/0,053 ≈ 2,26 × 10⁶ J/kg. Cần trừ lượng bay hơi nền hoặc nêu rõ đã bỏ qua nó.
Luyện tập và đề ôn liên quan
Tự kiểm tra
Lượng chất lỏng hóa hơi tăng gấp đôi ở cùng điều kiện thì Q đổi thế nào?
Xem đáp án và cách kiểm
Q tăng gấp đôi vì Q = mL và L không đổi trong điều kiện xét.
ĐỌC SÂU HƠN · KẾT NỐI VỚI BÀI TẬP
Công thức trọng tâm và điều kiện áp dụng
Nhiệt hóa hơi riêng
Tính cho quá trình hóa hơi ở nhiệt độ xác định, thường nhiệt độ sôi ở áp suất đã cho.
Nhiệt lượng làm nóng chất lỏng
Chỉ tính khi có quá trình tăng nhiệt từ T ban đầu lên tới T sôi.
1. Ý nghĩa của L và điều kiện áp dụng
Với nước ở nhiệt độ sôi khoảng 100 °C tại áp suất khí quyển tiêu chuẩn, giá trị tham khảo thường dùng là L ≈ 2,26 × 106 J/kg. Không mặc định cùng giá trị ấy cho nước ở mọi nhiệt độ và áp suất.
Ngược với hóa hơi, hơi nước ngưng tụ sẽ tỏa năng lượng ra môi trường. Ở nhiệt độ thường, nước vẫn bay hơi dù chưa sôi, nhờ một số phân tử ở mặt thoáng có thể thoát ra ngoài.
2. Từ nước lạnh đến hơi nước
Nếu nước ban đầu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi, đề cần phân tách ít nhất hai chặng:
- Đun nóng chất lỏng: Q1 = m cnước (tsôi − tđầu).
- Hóa hơi tại nhiệt độ sôi: Q2 = m L nếu toàn bộ lượng nước đã hóa hơi.
Nếu mới có một phần khối lượng mhơi thoát ra thì nhiệt hóa hơi là mhơiL, không phải khối lượng nước ban đầu nhân L trong mọi trường hợp.
3. Thực nghiệm dựa vào khối lượng giảm
Giữ nước sôi tương đối ổn định, đo năng lượng hữu ích truyền cho nước và mức giảm khối lượng trong thời gian xác định. Đánh giá sai số do hơi thoát ra từ trước, trao đổi nhiệt với bình và môi trường, dao động công suất, hoặc nước bắn ra ngoài thay vì hóa hơi.
4. Ví dụ hai giai đoạn
- Đun đến sôi: Q1 = 0,08 × 4 200 × 80 = 26 880 J.
- Hóa hơi: Q2 = 0,08 × 2 260 000 = 180 800 J.
- Tổng: 207 680 J ≈ 207,68 kJ, khi bỏ qua hao phí.
Những lỗi học sinh thường mắc
- Nhầm nhiệt lượng để tăng nhiệt độ đến sôi với nhiệt hóa hơi.
- Dùng khối lượng nước ban đầu cho phần chỉ hóa hơi một phần.
- Dùng L ở 100 °C cho mọi điều kiện đo không kiểm tra.
- Cho rằng hơi ngưng tụ sẽ tiếp tục hấp thụ nhiệt.
Liên hệ thực tế
Cảm giác mát khi cồn y tế hoặc mồ hôi bay hơi là do quá trình hóa hơi lấy năng lượng từ vùng da và không khí xung quanh. Một ấm nước đang sôi có thể nhận nhiệt liên tục nhưng nhiệt độ nước gần như giữ ổn định trong một thời gian.
Sơ đồ tư duy Bài 6
Mỗi nhánh ghi rõ kiến thức, điều kiện hoặc lỗi dễ nhầm — em có thể mở bản vector lớn để đọc chi tiết.
Đọc sơ đồ bằng chữ
- Hóa hơi: Bay hơi ở mặt thoáng · Sôi ở mặt thoáng + bên trong · Ngưng tụ là chiều ngược
- Nhiệt hóa hơi L: L có đơn vị J/kg · Q = mL · L thay đổi theo điều kiện
- Trước khi sôi: Q = mcΔT · Chưa thể dùng toàn bộ mL · Áp suất ảnh hưởng T sôi
- Khi đang sôi: Có thể T gần như không đổi · Hơi thoát ra mang năng lượng · Dùng khối lượng thực hóa hơi
- Thực nghiệm: Đo công suất và thời gian · Đo khối lượng giảm · Trừ mất nhiệt, nước bắn
- Lưu ý: Hóa hơi nhận năng lượng · Ngưng tụ tỏa năng lượng · Kiểm gram ↔ kilogram
HIỂU RỒI THÌ LUYỆN
Tự kiểm tra kiến thức Bài 6
Học theo từng câu, chọn Đúng/Sai từng ý và mở lời giải sau khi tự làm. Bộ câu hỏi được biên soạn tương ứng với bài này.