Bai 1 11 xac dinh nhiet dung rieng chat

Bài 11: Xác định nhiệt dung riêng chất rắn nhiệt lợng kế Mục đích yêu cầu 1.1 Mục đích: Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định nhiệt dung riêng chất rắn nhiệt lợng kế 1.2 Yêu cầu Nắm đợc sở lý thuyết thí nghiệm Nắm đợc cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác định nhiệt dung riêng vật rắn Viết đợc báo cáo thí nghiệm, tính đợc sai số theo yêu cầu Cơ sở lý thuyết Nhiệt dung riêng c khối chất lợng nhiệt cần phải truyền cho kg khối chất để nhiệt độ tăng thêm 1C Đơn vị đo nhiệt dung riêng c J/kgK Có thể xác định nhiệt dung riêng c vật rắn theo phơng pháp nhiệt lợng kế U I 30.7 R H×nh NhiƯt lợng kế (hình 1) hệ gồm: Cốc kim loại que khuấy đặt bình trụ có lớp cách nhiệt nắp đậy 7; điện trở R gắn chặt vào hai điện cực nối với nguồn điện không đổi dùng đun nóng khèi n−íc 8, nhiƯt kÕ hiƯn sè dïng ®o nhiệt độ hệ Khi cho dòng điện cờng độ I chạy qua điện trở R khoảng thời gian , nhiệt lợng Jun- Len xơ toả điện trë R tÝnh b»ng: (1) QJ = RI2τ = UIτ với U hiệu hai đầu điện trở R Gọi khối lợng nhiệt dung riêng cốc lµ m1 vµ c1, cđa que khy lµ m2 c2, điện cực m3 c3, điện trở R m4 c4, cđa nhiƯt kÕ lµ m5 vµ c5, cđa khèi nớc m0 c0 Nếu khoảng thời gian nói trên, nhiệt độ nhiệt lợng kế tăng từ t1 đến t2 nhiệt lợng mát truyền từ nhiệt lợng kế bên không đáng kể, lợng nhiệt Q hấp thụ nhiệt l−ỵng kÕ tÝnh b»ng: Q = (m0c0 + m1c1 + m2c2 + m3c3 + m4c4 + m5c5 )(t2- t1) = ∑ m i ci (t − t1 ) i hay Q = C*(t2- t1) (2) Trong ®ã C* = ∑ m i c i lµ nhiƯt dung cđa nhiƯt lợng kế, tức lợng nhiệt cần i phải cung cấp cho nhiệt lợng kế để nhiệt độ tăng thêm 1C Theo định luật bảo toàn lợng: lợng nhiệt Q hấp thụ nhiệt lợng kế lợng nhiệt Jun - Lenxơ QJ toả điện trở R Khi so sánh (1) (2), ta suy nhiƯt dung C* cđa hƯ nhiƯt l−ỵng kế có giá trị bằng: C* = UI t t1 (3) Nếu nh trớc cho dòng điện cờng độ I chạy qua điện trở R, ta thả thêm vật rắn có khối lợng m nhiệt dung riêng c vào cốc 1, lợng nhiệt Q hấp thụ hệ nhiệt lợng kế vật rắn m sÏ tÝnh b»ng: Q ' = (mc + C * )( t '2 − t 1' ) (4) ë t 1' t '2 nhiệt độ cân lúc đầu cuối hệ nhiệt lợng kế vật rắn m Trong khoảng thời gian cung cÊp dßng nung nãng ta cã Q = Q ' , suy nhiƯt dung riªng c cđa vËt rắn m có giá trị bằng: C* c= m t − t1  − 1  ' '  t − t1  (5) Trong thÝ nghiÖm này, ta lần lợt xác định nhiệt dung C* nhiệt lợng kế nhiệt dung riêng c vật rắn (bằng nhôm) theo phơng pháp nhiệt lợng kế cách: cân khối lợng m0 nớc nhiệt lợng kế khối lợng m vật rắn cân kỹ thuật: đo hiệu điện U hai đầu điện trở R cờng độ dòng điện I chạy qua đồng hồ đo điện số nguồn chiều, đo khoảng thời gian nung nóng đồng hồ đo thời gian số, đo nhiƯt ®é; t , t , t '2 , t 1' hệ nhiệt lợng kế nhiệt kÕ hiƯn sè Dơng Bé thÝ nghiƯm x¸c định nhiệt dung riêng chất rắn (hình 2) gồm: - Nhiệt lợng kế có điện trở nung nóng r = ÷ 10Ω P = ÷ 15W - NhiƯt kế số: -50 ữ 150C xác 0,1C - Cân kỹ thuật ữ 200g xác 0,02g hộp cân - Đồng hồ đo thời gian số - Nguồn điện không đổi ữ 12V/5A, có thị điện áp dòng điện Hình 2: Bộ thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng chất rắn Trình tự thí nghiệm 4.1 Mắc mạch điện a Nhấc nắp hệ nhiệt lợng kế (hình 1) Nối hai điện cực a, b nắp với hai cực dơng + - nguồn không đổi U = ữ 12V Mời giáo viên tới kiểm tra mạch điện cắm phích lấy điện nguồn điện U vào nguồn ~220V Nguồn chiÒu 0-12V V A + 12V - K 12 LED Hình b ấn khoá K mặt nguồn U (hình 3), đèn Led phát sáng, vặn núm xoay N nguồn để điều chỉnh nhanh số vônkế V1 đạt giá trị khoảng 6V, lúc cờng độ dòng điện chạy qua điện trở R đạt giá trị tơng ứng I1 Sau lại ấn khoá K để ngắt dòng điện chạy qua điện trở R Chú ý: Trong trình thí nghiệm, phải giữ nguyên hiệu điện U = V1 4.2 Cân khối lợng vật rắn a Kiểm tra vị trí cân cân tải trọng Đặt m (tức cân nhỏ nằm đòn cân) vị trí số cánh tay đòn cân bên trái Nếu kim cha số ta phải điều chỉnh cân cách dịch chuyển vít đối trọng Chú ý: Trớc tăng thêm giảm bớt khối lợng vật cân nh cân hai đĩa cân (kể dịch chuyển vít đối trọng m ) thiết phải hạ đòn cân xuống vị trí nghỉ để tránh làm hỏng cân b Cân khối lợng vật rắn Lau khô vật rắn (3 nhôm) đặt lên đĩa cân bên trái, thực phép cân, đọc ghi khối lợng vật rắn m vào bảng số liệu 4.3 Cân khối lợng m0 nớc nhiệt lợng kế Lau khô cốc đặt lên đĩa cân bên trái Chọn cân thích hợp có tổng khối lợng M đặt lên đĩa cân bên phải (theo thứ tự giảm dần từ cân lớn đến nhỏ, kể m ) nâng đòn cân lên, kim thị K phải dao động hai phía dừng số thớc nhỏ T (Nếu cân đủ nhỏ dùng vật dụng khác chẳng hạn nh giấy vụn) Hạ cân xuống vị trí nghỉ, đặt thêm cân M1 = 100g lên đĩa cân bên phải đổ nớc vào cốc đến mức cách đáy cốc khoảng cm Sau nâng cân lên dùng ống nhỏ giọt thêm nớc vào cốc cân đạt trạng thái cân Khối lợng cđa n−íc cèc 1: m0 = M1 = 100g Chú ý: Giữ nguyên khối lợng cân đặt đĩa cân bên phải để dùng tiếp phép đo sau 4.4 Xác định nhiệt dung C* hệ nhiệt lợng kế a) Đặt cốc chứa khối lợng nớc m0 vào bình trụ có vỏ cách nhiệt Đậy kín nhiệt lợng kế nắp giữ nguyên mạch điện Bật công tắc mặt sau nhiệt kế số sang vị trí ON để số đo nhiệt độ hiển thị mặt cuả Cắm nhiệt kế qua lỗ nhỏ nắp Dùng que khuấy đảo nhẹ nớc cốc tới nhiệt độ đạt giá trị ổn định t1 Đọc ghi giá trị nhiệt độ đầu t1 vào bảng số liệu b) ấn khoá K nguồn điện U để dòng điện chạy qua điện trë R kho¶ng thêi gian τ = 10 Dùng que khuấy đảo nhẹ nớc cốc Theo dõi điều chỉnh để giữ nguyên giá trị hiệu điện U = 6V theo dõi đồng hồ V1 cờng độ dòng điện I tơng ứng ampe kế A1 Sau thời gian = 10 phút, bấm khoá K nguồn điện U để ngắt dòng điện chạy qua điện trở R Tiếp tục đảo nhẹ nớc cốc 1, đồng thời theo dâi sè chØ trªn nhiƯt kÕ cho tíi đạt giá trị cực đại t2 Đọc ghi giá trị hiệu điện U, cờng độ dòng điện I thời gian có dòng điện chạy qua điện trở R nhiệt độ cuối t2 vào bảng Giá trị nhiệt dung C* hệ nhiệt lợng kế tính theo công thức c) Thực phép đo lần cách lặp lại động tác 3, 4a, 4b Mỗi lần phải thay nớc nóng cốc lợng nớc lạnh có khối lợng m0 = M1 = 100g Giữ nguyên giá trị điện U, cờng độ dòng điện I thời gian có dòng điện chạy qua điện trở R Đọc ghi giá trị nhiệt độ đầu t1 nhiệt độ cuối t2 lần đo vào bảng số liệu để tính giá trị C* sai số tuyệt đối C* 4.5 Xác định nhiệt dung riêng C vật rắn a) Cân khối lợng nớc m0 = M1 = 100g cốc tơng tự động tác Sau cho vật rắn đ cân phần 2b vào cốc có chứa khối lợng nớc m0 đặt chúng vào bình trụ có vỏ cách nhiệt Đậy kín bình nhiệt lợng kế nắp cho đầu dới can nhiệt nằm khoảng vật rắn thành cốc Giữ nguyên mạch điện b) Thực phép đo lần cách lặp lại động tác 4a, 4b giá trị hiệu điện U, cờng độ dòng điện I thời gian nh trờng hợp xác định C* Giá trị nhiệt dung riêng c vật rắn tính theo công thức (5) Đọc ghi giá trị nhiệt độ đầu t 1' nhiệt độ cuối t '2 lần đo vào bảng số liệu để tính giá trị trung bình c sai số tuyệt đối c Chú ý: Khi làm xong thí nghiệm cần phải: - Vặn núm xoay nguồn điện U = ữ 12V vị trí tận bên trái (vặn ngợc chiều kim đồng hồ) rút phích cắm khỏi nguồn điện ~ 220V Tắt nhiệt kế số cách gạt công tắc mặt phía sau vị trí OFF Đổ nớc lấy vật rắn khỏi cốc nhiệt lợng kế Dùng giấy thấm lau khô cốc nhiệt lợng kế vật rắn sau xếp gọn gàng dơng thÝ nghiƯm 5 B¸o c¸o thÝ nghiƯm x¸c định nhiệt dung riêng vật rắn nhiệt lợng kế Xác nhận giáo viên Lớp KÝp Nhãm Hä tên Mục đích thí nghiệm KÕt qu¶ thÝ nghiƯm B¶ng sè liƯu ∆m = (kg) ∆U = (V) ∆I = (A) ∆τ = (s) ∆to = (oC) m = (kg) U = (V) I = (A) = (s) Lần đo i=1 Trung b×nh t1i o ( C) t2i o ( C) t 1' i t '2i (oC) (oC) t = t = t 1' = t '2 = 5.1 Xác định nhiệt dung C* nhiệt lợng kế Giá trị trung bình nhiệt dung C* C* = UIτ = = (J / K ) t − t1 Sai sè tut ®èi cđa nhiÖt dung C*:  ∆U ∆I ∆τ ∆t + ∆t   = ∆C* = C*  + + + I τ t − t   U Suy ra: ∆C* = (J/K) KÕt qu¶ tÝnh nhiÖt dung C*: C* = C* ± ∆C* = ± (J / K ) 5.2.TÝnh nhiƯt dung cđa mẫu vật rắn Giá trị trung bình nhiệt dung riªng c: C *  t − t  c= − = = (J / KgK )  m  t '2 − t 1'  Sai số tuyệt đối nhiệt dung riêng c: ∆C* ∆m  ∆t + ∆t 1   ∆c = c + + + (∆t 1' + ∆t '2 ) + =  (t − t ) − (t ' − t ' ) t ' − t '    C* m ( t − t ) − ( t '2 − t 1' ) 2    (J / KgK ) KÕt qu¶ nhiƯt dung riªng: c = c ± ∆c = ± (J / KgK ) Chú ý: Trong trờng hợp đo đợc lần không giữ đợc điều kiện đo ổn định lần đo sai số ∆t , ∆t , ∆t 1' , ∆t '2 lÊy b»ng sai sè dơng C©u hái kiểm tra 1/ Định nghĩa đơn vị đo nhiệt dung riêng khối chất 2/ Mô tả cấu tạo hệ nhiệt lợng kế Định nghĩa đơn vị đo nhiệt dung nhiệt lợng kế 3/ Trình bày phơng pháp xác định nhiệt dung hệ nhiệt lợng kế cách tính sai số 4/ Trình bày phơng pháp xác định nhiệt dung riêng vật rắn cách tính sai số 5/ Nói rõ cách sử dụng sai số cân kỹ thuật thực phép cân khối lợng vật  ... i =1 Trung b×nh t1i o ( C) t2i o ( C) t 1' i t '2i (oC) (oC) t = t = t 1' = t '2 = 5 .1 Xác định nhiệt dung C* nhiệt lợng kế Giá trị trung bình nhiệt dung C* C* = UIτ = = (J / K ) t − t1... nhiệt lợng kÕ tÝnh b»ng: Q = (m0c0 + m1c1 + m2c2 + m3c3 + m4c4 + m5c5 )(t2- t1) = ∑ m i ci (t − t1 ) i hay Q = C*(t2- t1) (2) Trong ®ã C* = ∑ m i c i nhiệt dung nhiệt lợng kế, tức lợng nhiệt cần... , t 1' hệ nhiệt lợng kế nhiệt kế số Dụng cụ Bộ thí nghiệm xác định nhiệt dung riêng chất rắn (hình 2) gồm: - Nhiệt lợng kế có điện trở nung nóng r = ÷ 10 Ω P = ÷ 15 W - NhiÖt kÕ số: -50 ữ 15 0C