BÀI 4. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT DUNG RIÊNG, NHIỆT NÓNG CHẢY RIÊNG, NHIỆT HÓA HƠI RIÊNG

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng là các đại lượng vật lí đặc trưng cho mỗi chất khi trao đổi nhiệt và chuyển giữa các thể. Giá trị của các đại lượng trên được các nhà khoa học xác định thông qua thực nghiệm. Vậy các đại lượng trên được đo như thế nào thông qua các dụng thí nghiệm đơn giản ở trường phổ thông?

Đáp án chuẩn:

Đo bằng cách thực hiện các thí nghiệm đo nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy riêng, nhiệt hóa hơi riêng.

Thảo luận 1: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước theo các gợi ý sau:

- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này;

- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm;

- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Đáp án chuẩn:

* I, U, T₀ , T_sau, thời gian để nhiệt độ của nước tăng từ T_o đến T (t), m.

* Cách bố trí thí nghiệm: Thiết lập một mạch điện gồm biến thể nguồn, vôn kế, ampe kế và công tắc điện mắc nối tiếp.

* Tiến hành:

- Đặt bình nhiệt lượng kế (đã gắn nhiệt kế và que khuấy) lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0;

- Rót nước ở nhiệt độ phòng vào bình sao cho dây nung ngập trong nước;

- Đặt bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, ghi m và T_o của nước;

- Mắc bình nhiệt lượng kế vào mạch điện đã bố trí. Điều chỉnh biến thế nguồn đến giá trị U.

- Đóng công tắc, bấm đồng hồ đo thời gian;

- Ghi U, giá trị I.

- Quan sát và ghi lại thời gian tại mỗi thời điểm mà số chỉ trên nhiệt kế tăng đến nhiệt độ T.

* Dự kiến kết quả và xử lý số liệu: Có sai số giữa các lần đo

Thảo luận 2: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt dung riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 3.1 (trang 23).

Đáp án chuẩn:

Cẩn thận trong quá trình làm thí nghiệm; sử dụng các dụng cụ chuẩn.

Vận dụng: Đề xuất phương án và thực hiện phương án đo nhiệt dung riêng của một khối kim loại (đồng hoặc nhôm) bằng các dụng cụ thông dụng ở phòng thí nghiệm.

Đáp án chuẩn:

* Dụng cụ: Nhiệt lượng kế, cân, nhiệt kế, nước nóng, khối kim loại, bình cách nhiệt, giá đỡ, đồng hồ bấm giây.

* Đại lượng cần đo:

- Khối lượng nước nóng (m₁)

- Khối lượng kim loại (m₂)

- Nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁)

- Nhiệt độ ban đầu của kim loại (t₂)

- Nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (t)

* Cách bố trí thí nghiệm:

- Cho nước nóng vào bình cách nhiệt. Đặt nhiệt kế vào bình cách nhiệt và đo nhiệt độ ban đầu của nước nóng (t₁). Cân m₁.

- Đặt khối kim loại vào giá đỡ. Đun nóng kim loại đến nhiệt độ t₂. Cân m₂.

- Đổ nhanh kim loại vào bình cách nhiệt, khuấy đều và ghi lại t của hỗn hợp.

* Dự kiến kết quả:

- Nhiệt độ cân bằng (t) của hỗn hợp nằm giữa t₁ và t₂.

- Nhiệt lượng mà nước nóng tỏa ra bằng nhiệt lượng mà kim loại thu vào.

Thảo luận 3: Dựa vào cơ sở lý thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo các gợi ý sau:

- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.

- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.

- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Đáp án chuẩn:

* Dụng cụ: 1 bình nhiệt lượng kế (có que khuấy), cốc nước đá, 1 nhiệt kế có độ chia nhỏ nhất 1^oC, 1 chai nước ở nhiệt độ phòng, 1 chiếc cân điện tử có độ chia nhỏ nhất 0,01.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh đơn vị đo của cân là g. Đặt bình nhiệt lượng kế lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0,00.

Bước 2:

- Nhấc bình nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân, rót nước ở nhiệt độ phòng vào bình.

- Đặt bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, ghi giá trị m và T₀ của nước theo mẫu Bảng 4.2.

- Lặp lại phép đo thêm hai lần.

Bước 3: Đặt lại bình nhiệt lượng kế chứa nước lên đĩa cân, hiệu chỉnh cân về số 0,00.

Bước 4:

- Nhấc bình nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân, cho khối nước đá vào bình.

- Đậy kín nắp bình nhiệt lượng kế, dùng que khuấy khuấy đều đến khi nước đá tan hết. Ngay khi thấy nước đá vừa tan hết, ghi giá trị T của nước theo mẫu Bảng 4.2.

Bước 5: Đặt bình nhiệt lượng kế lên đĩa cân. Ghi giá trị m_đ của khối nước đá theo mẫu Bảng 4.2. Lặp lại phép đo thêm hai lần.

Thảo luận 4: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt nóng chảy riêng của nước đá vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.2 (trang 11).

Đáp án chuẩn:

- Thực hiện thao tác chính xác

- Kiểm tra các dụng cụ để đảm bảo tối đa không có sự mất mát nhiệt lượng

Thảo luận 5: Dựa vào cơ sở lí thuyết và các dụng cụ gợi ý, hãy đề xuất phương án thí nghiệm đo nhiệt hóa hơi riêng của nước theo các gợi ý sau:

- Xác định các đại lượng trung gian cần đo và dụng cụ để đo các đại lượng này.

- Cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm.

- Dự kiến kết quả cần thu thập và xử lí số liệu.

Giải chi tiết:

* Dụng cụ: 1 chiếc cân điện tử có độ chia 0,01 g, 1 ấm đun nước siêu tốc (loại 1,8 lít), 1 đồng hồ đo thời gian có độ chia 0,01 s, 1 chai nước ở nhiệt độ phòng.

* Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1:

- Điều chỉnh đơn vị đo của cân là g. Đặt ấm đun lên đĩa cân (Hình 1.3), hiệu chỉnh cân về số 0,00.

- Nhấc ấm đun khỏi đĩa cân, rót nước từ từ vào ấm đun đến giá trị khoảng 320,00 g.

Bước 2: Đặt ấm đun chứa nước lên đĩa cân, bật công tắc để bắt đầu đun nước. Khi nước vừa sôi, mở nắp ấm đun để nước bay hơi. Khi thấy cân điện tử chỉ 300,00 g thì bấm đồng hồ đo thời gian.

Bước 3:

- Khi thấy số chỉ trên cân điện tử giảm còn 250,00 g thì ghi nhận t và m  theo mẫu Bảng 4.3.

- Lặp lại phép đo t và m khi số chỉ trên cân điện tử lần lượt giảm còn 200,00 g và 150,00 g.

* Báo cáo kết quả thí nghiệm: Tính giá trị  

Thảo luận 6: Đề xuất phương án khắc phục sai số giữa kết quả nhiệt hóa hơi riêng của nước vừa đo được với giá trị trong Bảng 1.4 (trang 13).

Đáp án chuẩn:

- Thực hiện thao tác chính xác

- Kiểm tra các dụng cụ để đảm bảo tối đa không có sự mất mát nhiệt lượng