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?

Giải nhanh:

Đại lượng vật lí có thể dùng để mô tả sự khác biệt như trên của các chất khác nhau đó là 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.

Giải nhanh:

- Khối lượng của vật: Thời gian đun sôi 10 lít nước lâu hơn đun sôi 1 lít nước, chứng tỏ nhiệt lượng cần cung cấp cho 10 lít nước nhiều hơn, nên nhiệt lượng cần cung cấp cho vật để làm tăng nhiệt độ phụ thuộc vào khối lượng.

- Độ tăng nhiệt độ của vật: : Để đun sôi cùng một lượng 5 lít nước từ 20 °C và từ 50 °C sẽ tốn thời gian khác nhau, chứng tỏ nhiệt lượng cần cung cấp để nước sôi phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ.

- Tính chất của chất làm vật: Để làm nóng 1 miếng sắt và 1 miếng nhôm có cùng khối lượng đến một nhiệt độ như nhau sẽ tốn thời gian khác nhau, chứng tỏ nhiệt lượng cần cung cấp 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 nhanh:

Dầu trong máy biến thế có chức năng là cách điện và làm mát cho máy, được sử dụng để bảo  quản lõi và cuộn dây của máy biến thế vì chúng được ngâm hoàn toàn bên trong dầu. Dầu trong máy biến thế cũng ngăn chặn quá trình oxy hoá của lớp cách điện bằng giấy cellulose. Dầu cũng có độ nhớt thấp để máy dễ khởi động ở nhiệt độ thấp và khả năng truyền nhiệt vẫn tốt trong khi vận hành..

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.

Giải nhanh:.

Ban ngày có gió mát thổi từ biển vào đất liền là vì nhiệt dung riêng của nước lớn hơn đất mà ban ngày không khí ngoài biển lạnh do, không khí trong đất liền nóng nên nó mang theo nhiệt lượng từ biển vào đất liền và cảm thấy mát.Ngược lại do ban ngày đất liền nhận được rất nhiều nhiệt lượng từ mặt trời nên nhiệt lượng của nó rất cao, nên 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.

Giải nhanh:

a) V= 20 lít = 20.0,001= 0,02 m³ , t= 20℃ , C nước = 4200 (J/kg.K), D nước = 1000 kg/m³

Ta có: Q =mc∆T = 0,02.1000.4200.(70-20)=4200000 J

Nhiệt lượng cần truyền cho nước trong thùng để nhiệt độ của nó tăng từ 20℃ đến 70℃ là 4200000J.

b) Ta có:  => t= = = 1680 s = 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.

Giải nhanh:

- Từ hệ thức (4.3) ta cần đo đại lượng Q- nhiệt lượng cần truyền cho vật để xác định nhiệt dung riêng của nước.

- Nhiệt lượng mà nước trong bình nhiệt lượng kế thu được lấy từ nguồn bên ngoài như từ máy nhiệt,…

- Nhiệt lượng mà nước thu được bằng cách: ta đo nhiệt độ trước và sau khi tiếp xúc với nguồn điện, từ đó ta 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:

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).

Giải nhanh:

- vẽ đồ thị:

- Sai số của phép đo nhiệt dung riêng của nước là 4200-4049= 151 J/kg.K

- Nhiệt dung riêng mà mình đo được nhỏ hơn nhiệt dung riêng ở Bảng 4.1 vì có thể sai số do lúc chúng ta đong nước, mắt nhìn chưa được chính xác, 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.

Giải nhanh:

- Ta có thể xác định nhiệt dung riêng C của chất bằng công thức:

- Khái niệm nhiệt dung riêng: 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℃. Chúng ta có thể dùng khái niệm này để giải thích được hiện tượng gió biển thổi vào đất liền thì mát vào ban ngày và ban đêm gió từ đất liền thổi ra biển lại ấm.