3 kg nước ở áp suất 6 bar, nhiệt độ 50^oC được đốt nóng đến 220^oC trong điều kiện áp suất không đổi. Cho biết nhiệt dung riêng nước C_n = 4,18 kJ/kg.K.

- Xác định nhiệt lượng đốt nóng nước ban đầu đến nhiệt độ sôi, nhiệt lượng biến nước sôi thành hơi bão hoà khô và nhiệt lượng biến hơi bão hòa khô thành hơi quá nhiệt.

- Nhiệt lượng cung cấp để nước ở trạng thái ban đầu đến khi nước hóa hơi hoàn toàn chiếm bao nhiêu % tổng nhiệt lượng của cả quá trình?

Câu hỏi đề cập đến quá trình hóa hơi đẳng áp của nước và diễn biến nhiệt độ khi tiếp tục cung cấp nhiệt sau khi nước bắt đầu sôi. Nguyên tắc cốt lõi ở đây là sự thay đổi trạng thái của chất lỏng thành hơi ở áp suất không đổi. Khi nước đạt đến nhiệt độ sôi (tại một áp suất nhất định), nhiệt lượng cung cấp thêm sẽ được sử dụng để chuyển nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, chứ không làm tăng nhiệt độ của nước. Hiện tượng này được gọi là sự bay hơi hoặc hóa hơi, và trong quá trình này, nhiệt độ của nước sẽ không thay đổi cho đến khi toàn bộ nước đã hóa hơi hoàn toàn. Sau khi tất cả nước đã chuyển thành hơi, nếu tiếp tục cung cấp nhiệt thì nhiệt độ của hơi nước mới bắt đầu tăng lên. Đây là một kiến thức cơ bản trong nhiệt động lực học về các quá trình chuyển pha.

Câu hỏi này tập trung vào việc hiểu biết về các phương thức truyền nhiệt cơ bản và khả năng xảy ra của chúng trong các điều kiện môi trường khác nhau. Cụ thể, nó yêu cầu xác định phương thức truyền nhiệt nào có thể diễn ra trong môi trường chân không tuyệt đối. Ba phương thức truyền nhiệt chính là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.

1. Dẫn nhiệt: Là sự truyền nhiệt thông qua sự va chạm trực tiếp giữa các phân tử, nguyên tử hoặc electron. Quá trình này đòi hỏi sự tồn tại của một môi trường vật chất (rắn, lỏng hoặc khí) để các hạt có thể truyền năng lượng cho nhau. Trong môi trường chân không tuyệt đối, không có các hạt vật chất, do đó dẫn nhiệt không thể xảy ra.

2. Đối lưu: Là sự truyền nhiệt bằng sự di chuyển của các dòng vật chất (chất khí hoặc chất lỏng). Sự di chuyển này tạo ra các dòng đối lưu mang theo năng lượng nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Tương tự như dẫn nhiệt, đối lưu cũng cần có môi trường vật chất để thực hiện. Trong chân không, không có vật chất để tạo thành dòng đối lưu, nên phương thức này không thể xảy ra.

3. Bức xạ: Là sự truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ (như tia hồng ngoại). Bức xạ nhiệt có thể truyền qua chân không mà không cần môi trường vật chất trung gian. Ví dụ điển hình là năng lượng mặt trời truyền đến Trái Đất qua không gian vũ trụ trống rỗng. Do đó, trong môi trường chân không tuyệt đối, chỉ có bức xạ nhiệt là phương thức trao đổi nhiệt duy nhất có thể xảy ra.

Vì vậy, câu trả lời đúng là bức xạ.

Câu hỏi này yêu cầu tính toán các thông số nhiệt động lực học của một khối khí không khí khi nó giãn nở theo quá trình đa biến. Các khái niệm cốt lõi bao gồm: quá trình đa biến, mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ trong quá trình đa biến, nội năng của khí lý tưởng và nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học.

Để giải quyết bài toán này, ta cần áp dụng các công thức sau:

1. Tính nhiệt độ cuối (T2): Trong quá trình đa biến, ta có mối quan hệ P*V^n = const. Đồng thời, với khí lý tưởng, ta có PV = mRT. Từ hai phương trình này, ta có thể suy ra mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất: (P1/P2)^(n-1)/n = T1/T2 => T2 = T1 * (P2/P1)^((n-1)/n) Trong đó:

   • P1 = 3.10^5 Pa (áp suất ban đầu)
   • P2 = 2.10^5 Pa (áp suất cuối)
   • T1 = 40 độ C = 40 + 273.15 = 313.15 K (nhiệt độ ban đầu)
   • n = 1.2 (số mũ đa biến)

2. Tính độ biến thiên nội năng (ΔU): Đối với khí lý tưởng, nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Độ biến thiên nội năng được tính bằng công thức: ΔU = m * Cv * (T2 - T1) Trong đó:

   • m = 5 kg (khối lượng không khí)
   • Cv là nhiệt dung riêng đẳng tích của không khí. Với không khí, ta có thể lấy Cv ≈ 0.718 kJ/(kg.K) hoặcCv ≈ 1005 J/(kg.K) nếu đơn vị là Joule. Tuy nhiên, vì không khí là hỗn hợp khí, thường ta dùng giá trị gần đúng cho Cv là 717 J/(kg.K) hoặc 0.717 kJ/(kg.K).
   • T1 và T2 là nhiệt độ ban đầu và cuối theo Kelvin.

3. Tính nhiệt lượng cung cấp (Q): Theo nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học, ta có: Q = ΔU + W Trong đó W là công sinh ra bởi hệ. Đối với quá trình đa biến, công được tính bằng: W = (P2V2 - P1V1) / (1 - n) Để tính V1 và V2, ta có thể sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng: PV = mRT. V1 = mRT1/P1 V2 = mRT2/P2 (R là hằng số khí lý tưởng cho không khí, R ≈ 287 J/(kg.K)). Hoặc ta có thể sử dụng công thức tính nhiệt lượng trong quá trình đa biến: Q = m * Cn * (T2 - T1) Trong đó Cn là nhiệt dung riêng đa biến, được tính bằng: Cn = Cv * (n - k) / (n - 1) (cho khí lý tưởng, k là chỉ số đoạn nhiệt, k ≈ 1.4 cho không khí). Tuy nhiên, cách đơn giản hơn là dùng Q = ΔU + W.

Áp dụng các giá trị:

• P1 = 3 * 10^5 Pa
• T1 = 313.15 K
• P2 = 2 * 10^5 Pa
• n = 1.2
• m = 5 kg
• Cv ≈ 717 J/(kg.K)
• R ≈ 287 J/(kg.K)

Bước 1: Tính nhiệt độ cuối T2

T2 = T1 * (P2/P1)^((n-1)/n) T2 = 313.15 * (210^5 / 310^5)^((1.2-1)/1.2) T2 = 313.15 * (2/3)^(0.2/1.2) T2 = 313.15 * (2/3)^(1/6) T2 ≈ 313.15 * 0.9354 T2 ≈ 292.93 K Nhiệt độ cuối là khoảng 292.93 K, tương đương 292.93 - 273.15 = 19.78 độ C.

Bước 2: Tính độ biến thiên nội năng ΔU

ΔU = m * Cv * (T2 - T1) ΔU = 5 * 717 * (292.93 - 313.15) ΔU = 5 * 717 * (-20.22) ΔU ≈ -72470.7 J ΔU ≈ -72.47 kJ Độ biến thiên nội năng là khoảng -72.47 kJ (nội năng giảm).

Bước 3: Tính nhiệt lượng cung cấp Q

Trước hết, tính thể tích ban đầu V1: V1 = mRT1/P1 V1 = 5 * 287 * 313.15 / (3 * 10^5) V1 ≈ 1.494 m^3

Tiếp theo, tính thể tích cuối V2: V2 = mRT2/P2 V2 = 5 * 287 * 292.93 / (2 * 10^5) V2 ≈ 2.108 m^3

Tính công W: W = (P2V2 - P1V1) / (1 - n) W = (210^5 * 2.108 - 310^5 * 1.494) / (1 - 1.2) W = (421600 - 448200) / (-0.2) W = -26600 / (-0.2) W = 133000 J W = 133 kJ

Cuối cùng, tính nhiệt lượng Q: Q = ΔU + W Q = -72470.7 J + 133000 J Q = 60529.3 J Q ≈ 60.53 kJ Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình là khoảng 60.53 kJ.

Do câu hỏi không cung cấp các lựa chọn đáp án, ta không thể xác định 'answer_iscorrect'. Tuy nhiên, các bước giải và công thức đã được trình bày chi tiết.