CHƯƠNG I - VẬT LÍ NHIỆT II. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT NÓNG CHẢY RIÊNG CỦA NƯỚC ĐÁ 1. Mục đích thí nghiệm Xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá. Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ thí nghiệm như bài đo nhiệt dung riêng (Hình 4.
Các viên nước đá nhỏ và nước lạnh. Thiết kế phương án thí nghiệm ——— Hãy trả lời các câu hỏi sau: Từ công thức (5.3), hãy cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá? Nhiệt lượng làm các viên nước đá trong nhiệt lượng kế nóng chảy được lấy từ đâu? Nhiệt lượng nước đá thu được trong bình nhiệt lượng kế được xác định bằng cách nào? Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm. Tiến hành thí nghiệm Cho viên nước đá (khối lượng m kg) và một ít nước lạnh vào bình nhiệt lượng kế, sao cho toàn bộ điện trở chìm trong hỗn hợp nước và nước đá. Cắm đầu đo của nhiệt kế vào bình nhiệt lượng kế.
Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện. Bật nguồn điện. Khuấy liên tục nước đá, cứ sau mỗi khoảng thời gian 2 phút lại đọc số đo thời gian trên oát kế và nhiệt độ trên nhiệt kế rồi ghi kết quả vào vở theo mẫu tương tự Bảng 5. Tắt nguồn điện.
Ví dụ về kết quả thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá. Khối lượng nước đá m = 0,25 kg 0 0 14,25 øị 1,2 120 0 14,23 4 240 0 14,19 0,8 360 0 14,25 1 0,4 480 0 14,23 wot | | | | | 600 0 14,24 i 0 100 Sai 20 300 400 %O &0 700 800 900 1000 1100 Ts). Đồ fh/ biêu diễn sự thay đôi nhiệt độ theo thoi 940 0,8 14,32 gian của nước trong bình nhiệt lượng kê từ sô liệu Bang 5.2 960 LS 14,26 25 MC HUONG | - VAT LI NHIET 5. Két qua thi nghiém Từ kết quả thí nghiệm thu được thực hiện yêu cầu sau: Vẽ đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ t theo thời gian +.
Vẽ hai đường thẳng đi gần nhất các điểm trên đồ thị (tham khảo Hình 5. Chọn điểm M là giao điểm của hai đường thắng, đọc giá trị Tụ, Tính công suất trung bình Z2 của dòng điện qua điện trở trong nhiệt lượng kế. Tính nhiệt nóng chảy riêng của nước đá theo công thức: — Py %m,o 1m Trong đó Pr, là nhiệt lượng do dòng điện qua điện trở toả ra trong thời gian r,„ và m là khối lượng nước đá. Xác định sai số của phép đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá.
So sánh giá trị nhiệt nóng chảy riêng của nước đá đo được với giá trị ở Bảng 5.1 và giải thích nguyên nhân gây ra sự sai khác (nếu có). Nhiệt nóng chảy riêng của một chất là nhiệt lượng cần để làm cho một kilôgam chất đó nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy. Đơn vị của nhiệt nóng chảy riêng là: J /kg. Hệ thức tính nhiệt lượng trong quá trình truyền nhiệt để làm vật nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ nóng chảy: Q = Am.
Cách xác định nhiệt nóng chảy riêng của nước đá. EM CÓ THẾ Xác định được nhiệt nóng chảy riêng của một chất. Dùng khái niệm nhiệt nóng chảy riêng để giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan. Ví dụ: công nghệ phân kim (tách kim loại) bằng nóng chảy, dùng thiếc để hàn,.
2ó Khi nước bắt đầu sôi, phải tiếp tục cung cấp nhiệt lượng cho nước để nước tiếp ‘ o " As 2 ne ~ A L x ft mM tục sôi (hoá hơi). Làm thế nào để xác định được độ lớn của nhiệt lượng làm hoá hơi hoàn toàn một lượng nước ở nhiệt độ không đối? I. KHÁI NIỆM NHIỆT HOÁ HƠI RIÊNG 1. Hệ thức tính nhiệt lượng trong quá trình truyền nhiệt khi một lượng chất lỏng hoá hơi ở nhiệt độ không đổi Bảng 6.
Giá trị gần đúng của nhiệt Nhiệt lượng cần cung cấp cho một lượng chất lỏng hoá hoá hơi ở nhiệt độ sôi dưới áp suất hơi ở nhiệt độ không đổi phụ thuộc vào khối lượng và tiêu chuẩn của một số chất bản chất của chất lỏng. Thí nghiệm cho thấy nhiệt lượng này tỉ lệ thuận với khối lượng của chất lỏng: a hằng số (6.1) m Trong đó: Q là nhiệt lượng cần truyền cho chất lỏng (1); mì là khối lượng chất lỏng (kg); Nước 100 2,26.10° Với mỗi chất lỏng, hằng số trong hệ thức (6. Hằng số này được gọi là nhiệt Thuy ngan 357 2,85.10° hoá hơi riêng của chất lỏng, kí hiệu là L, có giá trilaL = s (6.2), đơn vị là J/kg. m Do đó, hệ thức tính nhiệt lượng cần cung cấp cho một lượng chất lỏng hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ không đổi là: Q=Lm (6.
Định nghĩa nhiệt hoá hơi riêng ViL = Q nên có thể định nghĩa nhiệt hoá hơi riêng của một chất lỏng ở một nhiệt độ xác m định như sau: Nhiệt hoá hơi riêng của một chất lỏng là nhiệt lượng cần để làm cho một kilôgam chất lỏng đó hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ xác định. Œ Chất lỏng có thể hoá hơi ở các nhiệt độ khác nhau. Thường thì nhiệt hoá hơi riêng của một chất tăng khi nhiệt độ giảm. Ví dụ, nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 100 °C là 2,26.
Nhiệt hoá hơi riêng là thông tin cần thiết trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm có sử dụng hiện tượng hoá hơi nhằm tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường. Ví dụ như các thiết bị làm lạnh (máy điều hoà nhiệt độ, dàn lạnh, dàn bay hơi,.), nồi hấp tiệt trùng trong y học, thiết bị xử lí rác thải ứng dụng công nghệ nhiệt hoá hơi,. 27 MC HUONG | - VAT LI NHIET 1. Tính nhiệt lượng cần thiết để làm cho 10 kg nước ở 25 °€ chuyển hoàn toàn thành hơi ở 100 °C.
Cho nhiệt dung riêng của nước là 4 200 J/kg.K; nhiệt hoá hơi riêng của nước ở 100 °€ là 2,26. Vận động viên chạy Marathon mất rất nhiều nước trong khi thi đấu. Các vận động t3 viên thường chỉ có thể chuyển hoá khoảng 20% năng lượng hoá học dự trữ trong cơ thể thành năng lượng dùng cho các hoạt động của cơ thể, đặc biệt là hoạt động chạy. Phần năng lượng còn lại chuyển thành nhiệt thải ra ngoài nhờ sự bay hơi của nước qua hô hấp và da để giữ cho nhiệt độ của cơ thể không đổi.
Nếu vận động viên dùng hết 11 000 kJ trong cuộc thi thì có khoảng bao nhiêu lít nước đã thoát ra khỏi cơ thé? Coi nhiệt độ cơ thể của vận động viên hoàn toàn không đổi và nhiệt hoá hơi riêng của nước trong cơ thể vận động viên là 2,45. THỰC HÀNH ĐO NHIỆT HOÁ HƠI RIÊNG CỦA NƯỚC 1. Mục đích thí nghiệm Xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi (100 °€). Dụng cụ thí nghiệm - Chuẩn bị bộ dụng cụ thí nghiệm như bài đo nhiệt dung riêng (Hình 4.
—_ Một lượng nước nóng. Thiết kế phương án thí nghiệm Hãy trả lời các câu hỏi sau: - _ Từ công thức (6.3), cho biết cần đo đại lượng nào để xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước? -. Nhiệt lượng làm cho nước trong bình nhiệt lượng kế hoá hơi được lấy từ đâu? -. Xác định nhiệt lượng nước trong bình nhiệt lượng kế thu được để hoá hơi bằng cách nào? — Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm.
Để đảm bảo an toàn trong khi làm thí nghiệm cần phải chú ý điều gì? 4. Tiến hành thí nghiệm - Đặt nhiệt lượng kế lên cân. Đổ nước nóng vào nhiệt lượng kế. Xác định khối lượng nước trong bình.
- Tháo nắp bình ra khỏi nhiệt lượng kế. - Nối oát kế với điện trở và nguồn điện. - Đặt dây điện trở vào nhiệt lượng kế sao cho toàn bộ dây điện trở chìm trong nước. -_ Bật nguồn điện.
- Đun sôi nước trong bình nhiệt lượng kế. Sau mỗi khoảng thời gian 2 phút, đọc số đo công suất trên oát kế, khối lượng nước trong bình nhiệt lượng kế trên cân. Ghi các kết quả vào vở theo mẫu tương tự Bảng 6. -_ Tắt nguồn điện.
28 CHƯƠNG I - VẬT LÍ NHIỆT 5. Kết quả thí nghiệm Bảng 6. Ví dụ về kết quả thí nghiệm đo nhiệt hoá hơi riêng của nước THUÊ = 4 120 240 360 480 600 720 840 T(S) Công suất Bì 0 | 4521|| 1519 | 4521 | 1593 | 1519) 1591 | 1516 Ø(W) ¬. 01200 0/1191 0/1184 0/1179 01170 01161 0/1152 0/1141 === m(kg) © 0,121 0,120 Từ kết quả thí nghiệm thu được, thực | hiện các yêu cầu sau: lle rs oe: - Vẽ đồ thị khối lượng m theo thời 0.
đê -_ Vẽ đường thẳng đi gần các điểm thực 0,116 nghiệm nhất (tham khảo Hình 6.m#==se=km=eeememeleeesemeleeemmidimmee Chọn hai điểm P, Q tuỳ ý trên đồ thị, vrs ị xác định giá trị khối lượng m,„ m, và 0/114 † ị. thời gian r„, r, tương ứng. 0/114 8 100 200 300 400 500 600 700 800 g00 Ts) E don côn, su ư _ớơ—, Hình 6. Đồ thị quan hệ giữa khối lượng và thời gian dòng điện qua điện trở của nhiệt của quá trình hoá hơi của nước được lượng kế.
vẽ từ số liệu Bảng 6.2 —_ Tính nhiệt hoá hơi riêng của nước EM ĐÃ HỌC theo công thức: r tf. ee m Nhiệt hoá hơi riêng của một chất lông L Le P(t - ty) là nhiệt lượng cần để làm cho một m mẹ —mo kilôgam chất lỏng đó hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ xác định. Trong d6 P(t, —t,) là nhiệt Đơn vị của nhiệt hoá hơi riêng là: J/kg. lượng do dòng điện qua điện trở toa Hệ thức tính nhiệt lượng trong quá ra trong thời gian t, - t,; (m, - m,) trình truyền nhiệt để làm chất lỏng là khối lượng nước đã hoá hơi trong hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ xác định: khoảng thời gian trên.
- Xác định sai số của phép đo nhiệt hoá hơi riêng của nước. m Cách xác định nhiệt hoá hơi riêng của nước. EM CO THE y EM CÓ BIẾT m Xác định được nhiệt hoá hơi riêng Người ta gọi nhiệt nóng chảy riêng và của nước ở nhiệt độ sôi. nhiệt hoá hơi riêng là “ẩn nhiệt riêng” vì m Sử dụng khái niệm nhiệt hoá hơi sự truyền nhiệt trong các trường hợp này riêng để giải thích các hiện tượng có không được biểu hiện bằng sự thay đổi liên quan.
29 BÀI TẬP VỀ VẬT LÍ NHIỆT Để giải các bài tập Vật lí nhiệt cần đến những kiến thức và công thức cơ bản nào? I.