Bài 27. Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng joulemeter
|
Khái niệm, thuật ngữ
|
Kiến thức, kĩ năng
|
Trong thí nghiệm, năng lượng điện được chuyển hoá thành năng lượng nhiệt. Joulemeter cho phép đo năng lượng điện cung cấp cho bộ phận đun, từ đó đối chiếu với nhiệt lượng nước nhận được.
1. Chuẩn bị
Các dụng cụ chính của thí nghiệm gồm bộ phận chứa nước và đun, nhiệt kế, joulemeter, nguồn điện và dây nối.
Hình 27.1. Dụng cụ thí nghiệm đo năng lượng nhiệt.
Kiểm tra dụng cụ trước khi tiến hành, đặc biệt là các đầu nối điện và nhiệt kế.
2. Tiến hành thí nghiệm
Lắp các dụng cụ theo bố trí thí nghiệm: nguồn điện nối với joulemeter và bộ phận đun trong bình; đặt nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ nước.
Hình 27.2. Bố trí thí nghiệm đo năng lượng nhiệt.
Cho lượng nước theo yêu cầu vào bình, xác định nhiệt độ ban đầu \(t_1\).
Bật nguồn để dòng điện làm nóng nước; theo dõi nhiệt độ và số chỉ năng lượng trên joulemeter. Khi đạt nhiệt độ theo yêu cầu của phép đo, ngắt nguồn, đọc nhiệt độ \(t\) và năng lượng joulemeter chỉ.
Ghi kết quả vào bảng.
Thực hiện phép đo với lượng nước thứ nhất, sau đó lặp lại theo cùng quy trình với lượng nước thứ hai như hướng dẫn trong bài.
Bảng 27.1. Kết quả lần đo thứ nhất
| Đại lượng | Giá trị đo |
|---|---|
| Khối lượng nước \(m\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt độ ban đầu \(t_1\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt độ sau khi đun \(t\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Năng lượng joulemeter chỉ | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt lượng \(Q\) | Tính theo \(Q=mc(t-t_1)\) |
Bảng 27.2. Kết quả lần đo thứ hai
| Đại lượng | Giá trị đo |
|---|---|
| Khối lượng nước \(m\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt độ ban đầu \(t_1\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt độ sau khi đun \(t\) | Ghi theo thí nghiệm |
| Năng lượng joulemeter chỉ | Ghi theo thí nghiệm |
| Nhiệt lượng \(Q\) | Tính theo \(Q=mc(t-t_1)\) |
3. Xử lí kết quả và kết luận
Nhiệt lượng nước nhận được được xác định theo: \(Q=mc(t-t_1)\)
Trong đó \(m\) là khối lượng nước, \(t_1\) là nhiệt độ ban đầu, \(t\) là nhiệt độ sau khi đun và nhiệt dung riêng của nước \(c=4180\,\mathrm{J/(kg.K)}\).
Với từng lần đo, tính \(Q\), sau đó so sánh với năng lượng mà joulemeter ghi nhận. Qua đó nhận xét về sự chuyển hoá năng lượng điện thành năng lượng nhiệt và các hao phí trong thí nghiệm.
Tên đơn vị joule gắn với nhà vật lí James Prescott Joule (1818–1889).
Hình 27.3. James Prescott Joule (1818–1889).
Em đã học: Có thể dùng joulemeter để đo năng lượng điện cung cấp trong thí nghiệm và dùng số liệu nhiệt độ, khối lượng để xác định nhiệt lượng nước nhận được.
Em có thể: Thực hiện phép đo, xử lí số liệu và so sánh các dạng năng lượng trong quá trình chuyển hoá.
Hoàn thành các bảng kết quả theo số liệu thực nghiệm; tính nhiệt lượng nước nhận được bằng công thức \(Q=mc(t-t_1)\), với \(c=4180\,\mathrm{J/(kg.K)}\), rồi so sánh với năng lượng đo được trên joulemeter.
Nhận xét: Từ số liệu đo và giá trị tính toán, đối chiếu năng lượng điện cung cấp với nhiệt lượng mà nước nhận được, đồng thời xem xét nguyên nhân của sự chênh lệch nếu có.