- Hiểu được khái niệm nhiệt dung riêng và các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt dung riêng của một chất.
- Biết cách xác định nhiệt dung riêng của chất rắn bằng các phương pháp khác nhau.
II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Nhiệt dung riêng
Nhiệt lượng cần thiết để nung nóng một đơn vị khối lượng của chất lên một độ Celsius (1OC) gọi là nhiệt dung riêng của chất ấy.
Nhiệt dung riêng của một chất phụ thuộc vào bản chất, áp suất và nhiệt độ của nó. Như vậy là nhiệt dung riêng đối với các chất khác nhau là khác nhau, và nhiệt dung riêng của một chất ở các nhiệt độ khác nhau cũng là khác nhau.
Thông thường, ta phân ra làm 3 loại nhiệt dung riêng: nhiệt dung riêng khối lượng, nhiệt dung riêng thể tích, nhiệt dung riêng mol
- Nhiệt dung riêng khối lượng: Khi đơn vị đo môi chất là kg, ta có nhiệt dung riêng khối lượng:
( / . ) . Q C J kg K m T = ∆
- Nhiệt dung riêng thể tích: Áp dụng nếu đơn vị đo môi chất là 3
m . ( / 3. ) . Q C J m K V T = ∆
- Nhiệt dung riêng mol: Áp dụng nếu đơn vị đo môi chất là kmol
( / . ) . Q C J kmol K M T µ = ∆
Đối với chất khí, tùy vào các quá trình khác nhau mà ta có các nhiệt dung riêng khác nhau. Ví dụ như nhiệt dung riêng đẳng tích: CV khi thể tích không thay đổi, nhiệt dung riêng đẳng áp: CP khi áp suất không thay đổi…
Đối với chất rắn, nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp thực tế là bằng nhau và ta gọi chung là nhiệt dung riêng C – vì khi bị đốt nóng thì thể tích của chất rắn thay đổi không nhiều lắm .
Trong một khoảng nhiệt độ nhỏ, nhiệt dung riêng của chất rắn có thể coi là hằng số, không phụ thuộc nhiệt độ. Ta có:
( 2 1)
Q Cm t= −t
Trong đó, C là nhiệt dung riêng của chất rắn, đơn vị J kg K/ . m là khối lượng của khối chất rắn
2 1
t −t khoảng nhiệt độ thay đổi khi bị nung nóng.
Q: nhiệt lượng cung cấp cho vật
2. Xác định nhiệt dung riêng của chất rắn bằng nhiệt lượng kế
Ta sử dụng một nhiệt lượng kế bên trong có chứa một chất lỏng biết trước nhiệt dung riêng, ví dụ là nước.
Vật rắn cần xác định nhiệt dung riêng được nung nóng tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của nước. Sau đó vật rắn được bỏ vào trong nước, khi đó sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa vật rắn và nước. Nếu hệ là cô lập, tức là không có trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài thì nhiệt lượng tỏa ra bằng đúng nhiệt lượng thu vào. Quá trình trao đổi nhiệt sẽ ngừng lại khi nhiệt độ của hệ cân bằng.
Giả sử rằng nhiệt độ ban đầu của chất rắn là t, nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng kế, que khuấy và nước là t1. Nhiệt độ của hệ nhiệt lượng kế, que khuấy, nước và chất rắn ở trạng thái cân bằng là θ.
1, 1
m c : Khối lượng và nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế và que khuấy.
2, 2
m c Khối lượng và nhiệt dung riêng của nước chứa trong nhiệt lượng kế. ,
m c: Khối lượng, nhiệt dung riêng của chất rắn
Khi đó, nhiệt lượng của nhiệt lượng kế, que khuấy và nước hấp thụ là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( ) ( )
1 1 1 2 2 . 1
Q = c m +c m θ−t
Nhiệt lượng mà vật rắn tỏa ra là:
( )
2 .
Q =cm t−θ
Do hệ là cô lập, nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:
1 2
Q =Q hay (c m1 1+c m2 2) (. θ −t1)=cm t.( −θ)
Hình 21. Thiết bị xác định nhiệt dung riêng của chất rắn
Suy ra: ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 . 1 . c m c m t c m t θ θ + − = − III. THỰC HÀNH
- Cân khối lượng của vật rắn (là các viên bi đồng hoặc bi thủy tinh): Sử dụng cân điện tử. Lưu ý trước khi cân phải hiệu chỉnh 0, ta có thể đặt bì lên và hiệu chỉnh 0 cả bì.
- Nung vật rắn lên nhiệt độ t: Có thể cho vật rắn vào nước và nung trong 10 – 15 phút để nhiệt độ vật rắn đạt ổn định. Khi đó, nhiệt độ vật rắn sẽ là nhiệt độ của nước nung.
- Xác định khối lượng nhiệt kế và que khuấy: Chỉnh 0 đối với cân điện tử, đặt nhiệt kế và que khuấy lên, khi đó ta sẽ được khối lượng của chúng.
- Xác định khối lượng của nước trong nhiệt lượng kế: Vẫn đặt nhiệt lượng kế lên trên cân, nhấn vào nút chỉnh 0, sau đó đổ nước vào nhiệt lượng kế, cân sẽ chỉ khối lượng của nước đổ vào.
- Xác định nhiệt độ của hệ nhiệt lượng kế, que khuấy và nước trước khi cho vật rắn vào: Ta dùng que khuấy để cho nhiệt độ trong nước đồng đều. Sau khi nhiệt độ cân bằng, đọc giá trị nhiệt độ trên nhiệt lượng kế.
- Sau khi vật rắn đạt được nhiệt độ t, nhấc nhanh vật rắn rồi thả vào nước trong bình nhiệt lượng kế. Đậy nắp bình lại, dùng que khuấy để giúp cho quá trình trao đổi nhiệt giữa vật rắn và nhiệt lượng kế, que khuấy, nước.
- Khi hệ ở trạng thái cân bằng, nhiệt độ của hệ không thay đổi nữa thì ta có nhiệt độ cuối θ của hệ. - Sử dụng công thức ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 . 1 . c m c m t c m t θ θ + − =
− để tính nhiệt dung riêng của chất
rắn.
- Lặp lại tuần tự thí nghiệm với vật rắn là bi đồng và vật rắn là bi thủy tinh.
Kết quả:
- Xác định nhiệt độ:
Lần TN T1 T2 T 1 2 3 TB Sai số
- Bảng cân khối lượng:
Vật rắn m1 m2 m
Bi thủy tinh Bi đồng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});