C. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM – BÌNH LUẬN : 7 N:
2. Tĩm tắt lý thuyết :
2.1. Cơng và nhiệt :
2.1.1. Cơng (W):
...Cơng là hình thức trao đổi năng lượng gắn liền với sự chuyển động cĩ trật tự của tồn hệ.
2.1.2. Nhiệt (Q):
... Nhiệt là hình thức trao đổi năng lượng gắn với sự chuyển động hỗn loạn của các phần tử cấu tạo nên hệ.
2.1.3. Nội năng (U) :
Nội năng là phần năng lượng ứng với sự vận động bên trong của hệ.
2.2. Nguyên lý thứ nhất Nhiệt động học :
2.2.1. Phát biểu :
Độ biến thiên nội năng của hệ trong quá trình nào đĩ cĩ giá trị bằng cơng và nhiệt mà hệ trao đổi với mơi trường ngồi trong quá trình đĩ : ∆ =U W+Q
Đối với một quá trình nguyên tố : dU =δW+δQ
...Trong đĩ : U là hàm trạng thái; W, Q là hàm quá trình.
2.2.2. Các hệ quả :
1) Hệ cơ lập :
Nội năng của hệ cơ lập được bảo tồn : ∆ =U const
2) Hệ làm việc theo chu trình :
...Hệ nhận vào bao nhiêu nhiệt thì sẽ sinh ra bấy nhiêu cơng và ngược lại :
W ¬ →hoµn toµn Q
2.2.3. Ý nghĩa của nguyên lý thứ nhất :
Nguyên lý thứ nhất là định luật bảo tồn và biến đổi năng lượng trong Nhiệt động học. Mọi quá trình nhiệt động học phải tuân theo nguyên lý thứ nhất.
Hệ quả 2 của nguyên lý thứ nhất cho thấy : Một máy muốn sinh ra cơng phải nhận năng lượng. Cơng sinh ra khơng thể lớn hơn năng lượng nhận vào.
Động cơ mà cơng sinh ra lớn hơn năng lượng nhận vào hay sinh cơng mà khơng nhận năng lượng được gọi là động cơ vĩnh cửu.
Cĩ thể phát biểu Nguyên lý thứ nhất như sau : Khơng thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại I.
2.3. Nhiệt dung riêng :
Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một kg chất tăng lên 10.
2.3.1. Quá trình cân bằng đẳng tích : Nhiệt dung đẳng tích : V V U C T ∂ = ∂ ÷ . Đơn vị : J.K-1. Đối với khí lý tưởng :
2
V iR
C = . Đơn vị : J.K-1. Với : cV : nhiệt dung riêng đẳng tích.
V
C : nhiệt dung đẳng tích : CV =mcV; m : khối lượng của chất. Vm
C : nhiệt dung phân tử đẳng tích : V
V V
C
C c
n
µ
= = ; µ : khối lượng mol; n : số mol. 2.3.2. Quá trình cân bằng đẳng áp : Nhiệt dung đẳng áp : P P H C T ∂ = ∂ ÷ . Đơn vị : J.K-1 Với : H là hàm enthalpie: H = U + PV
Đối với khí lý tưởng : ( 2) 2
Pm
i R C = + Với : cP : nhiệt dung riêng đẳng áp.
V
C : nhiệt dung đẳng áp : CP =mcP; m : khối lượng của chất.
Pm
C : nhiệt dung phân tử đẳng áp : P
P P C C c n µ = =
µ : khối lượng mol; n : số mol.
2.4. Các phương pháp đo nhiệt dung riêng :
2.4.1. Phương pháp pha trộn :
Nhiệt lượng kế chứa một khối lượng nước m1, cĩ nhiệt dung riêng c1, cĩ nhiệt độ T1. Cho vào nhiệt lượng kế vật cần nghiên cứu, cĩ khối lượng m2, nhiệt dung riêng c2 cần tìm, cĩ nhiệt độ T2.
Hệ biến đổi sang trạng thái cân bằng nhiệt động ở nhiệt đồng nhất T1, ở áp suất khí quyển khơng đổi.
Hệ cơ lập (W = Q = 0), nên cân bằng năng lượng giữa thời điểm thả vật và và thời điểm cuối khi nhiệt độ đồng nhất bằng : ∆ =H QP =0
Gọi CP là nhiệt dung của các phụ tùng và phần bên trong của bình, với giả thiết là các nhiệt dung khơng đổi trong khoảng nhiệt độ đang xét, ta cĩ :
1 1 0 1 2 2 2
(m c +C T)( f −T)+m c T( f −T ) 0= (1)
2.4.2. Phương pháp điện :
Phương pháp này được dùng để đo nhiệt dung của chất lỏng.
Nhiệt lượng kế chứa khối lượng m của chất cần nghiên cứu, cĩ nhiệt dung riêng c, ở nhiệt độ T1 và một dây điện trở R.
Cho dịng điện I chạy qua R trong thời gian t, do hiệu ứng Joule, điện trở truyền nhiệt cho chất lỏng và nhiệt độ tăng lên đến giá trị T2.
Cân bằng năng lượng cho ta :
2 P H Q RI t ∆ = = ⇒ 2 0 2 1 (mc C T+ )( −T)=RI t
...Đo I và thời gian t, cĩ thể tìm được nhiệt dung riêng c của chất lỏng.
2.4.3. Phương pháp điện theo chế độ dừng :
Một chất lưu (lỏng hay khí) cĩ nhiệt dung riêng c, lưu thơng trong một ống cách nhiệt với bên ngồi (thường là trong bình chân khơng). Ống cĩ chứa một vật dẫn cĩ điện trở R cĩ dịng điện I chạy qua.
Khi thiết lập chế độ dừng (ổn định), ta đo nhiệt độ chất lưu, nhiệt độ T1 ở lối vào, nhiệt độ T2 ở lối ra của ống (ở chế độ dừng, hai nhiệt độ này khơng thay đổi).
Nhiệt kế hiện số 27.30C Nút lie Máy khuấy Bình chân khơng Nước Vật cần nghiên cứu Nhiệt kế hiện số 27.30C Nút lie Máy khuấy Bình chân khơng Nước Điện trở R e I
Gọi Dm là lưu lượng khối lượng (khơng đổi) của chất lưu trong ống (nghĩa là khối lượng chất lưu đi qua ống trong một đơn vị thời gian), cân bằng năng lượng trong một đơn vị thời gian là :
2
2 1
( )
m
D c T −T =RI (2)
Chế độ dừng cho phép khơng tính đến nhiệt dung C0 của máy vì enthalpie của nĩ là khơng đổi.
Nếu biết Dm, R, I, T1. T2, sẽ tính được c.
3. Tiến hành thí nghiệm :3.1. Mơ tả dụng cụ thí nghiệm :