Slide bài giảng Vật lí 12 kết nối Bài 4: Nhiệt dung riêng

Tóm lược nội dung

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?

Trả lời rút gọn:

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.

Trả lời rút gọn:

- Khối lượng của vật: Ví dụ: 1 bình nước có thể tích 200 mL và 1 bình nước có thể tích 600 mL. Đun sôi hai bình ở cùng một nhiệt độ ban đầu, thấy thời gian hai bình sôi khác nhau thì chứng tỏ nhiệt lượng nước thu vào phụ thuộc vào khối lượng.

- Độ tăng nhiệt độ của vật: Ví dụ: 1 bình nước có thể tích 200 mL và 1 bình nước có thể tích 600 mL. Đun sôi hai bình ở cùng một nhiệt độ ban đầu, thấy thời gian của bình thứ nhất sôi rồi mà bình thứ hai chưa sôi thì chứng tỏ độ tăng nhiệt độ của bình thứ hai lớn hơn bình thứ nhất, vậy nên nhiệt lượng của nước thu vào phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ của vật.

- Tính chất của chất làm vật: Ví dụ: đun nóng miếng đồng và miếng sắt có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ ban đầu. Muốn cho miếng đồng và miếng sắt có cùng nhiệt độ như nhau thì thời gian đun nóng cũng khác nhau. Như vậy nhiệt lượng phụ thuộc vào tính chất của chất làm vật.

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?

Trả lời rút gọn:

Vì dầu trong máy biến thế 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.

Không dùng nước như trong bộ tản nhiệt của động cơ điện 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.

Trả lời rút gọn:

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.

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 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.

Trả lời rút gọn:

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

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.

Trả lời rút gọn:

- Ta cần đo đại lượng Q (nhiệt lượng cần truyền cho vật) 

- Lấy từ nguồn bên ngoài như từ máy nhiệt,…

- 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:

Bước 1: Đo lượng nước: ta sử dụng ống đong để đo lượng nước chính xác cần sử dụng và đổ vào bình nước.

Bước 2: Sau khi đong lượng nước xong, ta sử dụng 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 một khoảng thời gian cố định mà giáo viên yêu cầu thì dùng nhiệt kế đo lại nhiệt độ của bình nước và ghi lại kết quả.

Bước 5: Tính toán kết quả, sử dụng công thức Q =mc∆T với m là khối lượng của nước, c là nhiệt dung riêng của nước, ∆T là sự thay đổi của nhiệt độ của nước lúc ban đầu và sau khi tiếp xúc với nguồn điện.

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).

Trả lời rút gọn:

- vẽ đồ thị:

- Xác định điểm M: _M= 100 ; t_M = 25,3

- Xác định điểm N: _N = 400 ; t_N = 33

- Giá trị trung bình của công suất dòng điện là: 

- Nhiệt dung riêng của nước là: 

- 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.

Trả lời rút gọn:

- 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.