BÀI 4: NHIỆT DUNG RIÊNG

KHỞI ĐỘNG

Nhiệt lượng cần để làm nóng 1 kg nước lên thêm 1℃ khác với nhiệt lượng cần để làm nóng 1 kg rượu lên thêm 1℃. Đại lượng vật lí nào có thể dùng để mô tả sự khác biệt như trên của các chất khác nhau?

Đáp án chuẩn:

Nhiệt dung riêng.

I. KHÁI NIỆM NHIỆT DUNG RIÊNG

Câu hỏi 1: Hãy tìm ví dụ trong đời sống để minh hoạ cho nội dung trên.

Đáp án chuẩn:

- Khối lượng của vật: 

Ví dụ: bình 1 (V=100 mL) và bình 2 (500 mL). Đun sôi hai bình ở cùng một nhiệt độ t₀℃ , thấy thời gian sôi của bình 1 và bình 2 khác nhau.

- Độ tăng nhiệt độ của vật: 

Ví dụ: bình 1 (V=200 mL) và bình 2 (V=600 mL). Đun sôi hai bình ở cùng một nhiệt độ t₀℃, thấy thời gian của bình thứ nhất sôi rồi mà bình thứ hai chưa sôi. 

- Tính chất của chất làm vật: 

Ví dụ: đun nóng miếng đồng và miếng thuỷ tinh có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ ban đầu. Để miếng đồng và miếng thuỷ tinh có cùng nhiệt độ thì thời gian đun nóng cũng khác nhau.

Hoạt động 1 : Biết nhiệt dung riêng của nước lớn gấp hơn hai lần của dầu, tại sao trong bộ tản nhiệt ( làm mát) của máy biến thế, người ta lại dùng dầu mà không dùng nước như trong bộ tản nhiệt của động cơ nhiệt?

Giải rút gọn;

Không dùng nước bởi vì nước dẫn điện tốt hơn dầu, dễ gây hỏng hóc và sự cố điện xảy ra, nước dễ bay hơi nên cần bổ sung nước định kỳ, khả năng chống oxy hoá của nước không tốt bằng dầu.

Hoạt động 2: Hãy dựa vào giá trị của nhiệt dung riêng của nước và của đất trong bảng 4.1 để giải thích tại sao ban ngày có gió mát thổi từ biển vào đất liền, ban đêm có gió ấm thổi từ đất liền ra biển.

Đáp án chuẩn:

Ban ngày có gió mát thổi từ biển vào đất liền vì nhiệt dung riêng của nước lớn hơn đất nên nó mang theo nhiệt lượng từ biển vào đất liền và cảm thấy mát.

Ban đêm có gió ấm thổi từ đất liền ra biển là vì ban ngày đất liền nhận được rất nhiều nhiệt lượng từ mặt trời nhiệt lượng của nó rất cao, khi gió thổi từ đất liền ra biển sẽ mang theo lượng nhiệt mà ban ngày đất liền hấp thụ được.

Hoạt động 3: Một thùng đựng 20 lít nước ở nhiệt độ 20 ℃. Cho khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³.

1. Tính nhiệt lượng cần truyền cho nước trong thùng để nhiệt độ của nó tăng lên tới 70℃.

2. Tính thời gian truyền nhiệt lượng cần thiết nếu dùng một thiết bị điện có công suất 2,5 kW để đun lượng nước trên. Biết chỉ có 80% điện năng tiêu thụ được dùng để làm nóng nước.

Đáp án chuẩn:

a)  4200000 J

b)  28 phút

II. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA NƯỚC

Hoạt động 1: Hãy trả lời các câu hỏi sau:

- Từ hệ thức (4.3), cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt dung riêng của nước?

- Nhiệt lượng mà nước trong bình nhiệt lượng kế thu được lấy từ đâu?

- Xác định nhiệt lượng mà nước thu được bằng cách nào?

- Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.

Đáp án chuẩn:

- Đại lượng Q

- Từ máy nhiệt,…

- Đo nhiệt độ trước và sau khi tiếp xúc với nguồn điện, từ đó sử dụng thông tin về nhiệt dung riêng của nước rồi tính toán được lượng nhiệt đã truyền vào.

- Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Đo lượng nước

Bước 2: Dùng nhiệt kế để đo nhiệt độ của nước lúc này và ghi lại.

Bước 3: Đặt bình nước trong bình nhiệt lượng kế và đưa nguồn điện gần bình nước, đảm bảo cho nước tiếp xúc đều với nguồn điện.

Bước 4: Sau t nào đó thì dùng nhiệt kế đo lại nhiệt độ của bình nước và ghi lại kết quả.

Bước 5: Tính toán kết quả.

Bước 6: Đánh giá kết quả

Hoạt động 2:

• Vẽ đồ thị nhiệt độ t theo thời gian  và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm ( tham khảo Hình 4.2).

• Chọn hai điểm M,N trên đồ thị, xác định các giá trị thời gian _M, _N và nhiệt độ t_M, t_Ntương ứng.

Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực hiện yêu cầu sau:

• Tính giá trị trung bình của công suất dòng điện.

• Tính nhiệt dung riêng của nước theo hệ thức:

• Xác định sai số của phép đo nhiệt dung riêng của nước.

• So sánh kết quả đo với nhiệt dung riêng của nước ở bảng 4.1 và giải thích tại sao có sự sai khác ( nếu có).

Đáp án chuẩn:

- _M= 100 ; t_M = 25,3

- _N = 400 ; t_N = 33

-

-

- Sai số  151 J/kg.K

- Nhỏ hơn nhiệt dung riêng ở Bảng 4.1.

Giả thích: sai số do lúc chúng ta đong nước, mắt nhìn chưa được chuẩn, sai số ở thiết bị đo, điều kiện thí nghiệm chưa được đảm bảo.

Em có thể:

- Xác định được nhiệt dung riêng của một chất.

- Dùng khái niệm nhiệt dung riêng để giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan.

Đáp án chuẩn:

- Tính bằng:

- Nhiệt dung riêng của một chất là hiện tượng cần truyền cho 1 kg chất đó để làm cho nhiệt độ của nó tăng thêm 1℃. Dùng khái niệm này để giải thích các hiện tượng.