Thực hành đo nhiệt dung riêng và nhiệt hoá hơi riêng

Dụng cụ: bình nhiệt lượng kế cách nhiệt có nắp; dây đun (điện trở) nhúng trong nước; nguồn điện, vôn kế, ampe kế; nhiệt kế (hoặc cảm biến); cân; đồng hồ bấm giây; que khuấy.

Nguyên lí: điện năng toả ra trong dây đun $A=UI\tau=P\tau$ gần như toàn bộ thành nhiệt cho nước. Nếu bỏ qua mất mát và nhiệt dung của bình: $P\tau=mc\,\Delta T\quad\Rightarrow\quad c=\dfrac{UI\tau}{m\,\Delta T}.$ Nếu vẽ đồ thị $T$ theo $\tau$ là đường thẳng với hệ số góc $k=\dfrac{\Delta T}{\Delta\tau}$ thì $c=\dfrac{P}{m\,k}.$ Dùng đồ thị tốt hơn một lần đo vì dùng nhiều điểm và nhìn thấy ngay điểm đo lệch.

Các bước:

1. Cân bình trống, đổ nước, cân lại để có $m$ nước.
2. Lắp mạch, cắm nhiệt kế, đợi số chỉ ổn định (cân bằng nhiệt), ghi $T_0$.
3. Đóng điện, bấm giờ, khuấy nhẹ liên tục, ghi $T$ mỗi $30$ s trong $5$ phút; ghi $U$, $I$ trong lúc đun.
4. Ngắt điện, ghi $T$ cao nhất.
5. Lập bảng, vẽ đồ thị, tính $c$.

Vì sao làm thế:

• Khuấy: để nhiệt độ đồng đều khắp nước, nhiệt kế mới đo đúng.
• Cách nhiệt, đậy nắp: giảm nhiệt thất thoát ra môi trường.
• Đợi cân bằng nhiệt trước khi đọc $T_0$: nhiệt kế phải bằng nhiệt độ nước.
• Chỉ đun lên vài độ gần nhiệt độ phòng: để mất mát ra môi trường nhỏ; lí tưởng là bắt đầu thấp hơn nhiệt độ phòng vài độ rồi kết thúc cao hơn vài độ.

Nguyên lí: khi nước đã sôi ổn định, dây đun công suất $P$ trong thời gian $\tau$ làm một lượng $m$ nước hoá hơi (khối lượng nước giảm $m$, đo bằng cân). Bỏ qua hao phí: $P\tau=Lm\quad\Rightarrow\quad L=\dfrac{P\tau}{m}.$

Lưu ý:

• Chỉ tính thời gian kể từ lúc sôi ổn định, không tính lúc đun nóng đến sôi.
• $m$ là khối lượng nước đã bay hơi (hiệu hai lần cân), không phải khối lượng nước ban đầu.
• Hao phí ra môi trường làm $P\tau$ lớn hơn nhiệt thật sự dùng để hoá hơi, nên $L$ đo thường lớn hơn giá trị chuẩn. Hơi mang theo giọt nước li ti làm khối lượng mất đi lớn hơn lượng nước hoá hơi thật, kéo $L$ đo nhỏ đi.

Thả đá đang tan $m_đ$ vào nước ấm trong nhiệt lượng kế: nước nguội đi, đá tan. Từ nhiệt độ cuối $t$ suy ra $\lambda=\dfrac{m_nc_n(t_n-t)-m_đc_n\,t}{m_đ}$ (bỏ qua nhiệt dung bình). Phải lau khô đá và dùng đá đang tan ở $0\,^\circ\text{C}$ để khỏi mang theo nước hay thiếu nhiệt đưa đá lên $0\,^\circ\text{C}$.

Với $c=\dfrac{UI\tau}{m\Delta T}$: nếu mỗi đại lượng có sai số tương đối $\delta_U$, $\delta_I$, $\delta_\tau$, $\delta_m$, $\delta_{\Delta T}$ thì sai số tương đối của $c$ gần đúng bằng tổng chúng: $\delta_c\approx\delta_U+\delta_I+\delta_\tau+\delta_m+\delta_{\Delta T}.$ Sai số tuyệt đối $\Delta c=\delta_c\cdot c$. Viết kết quả $c=\bar c\pm\Delta c$, số chữ số của $\bar c$ khớp với $\Delta c$ (cách làm ở phần Đo lường, sai số của Vật lý 10). Độ lệch so với giá trị chuẩn: $\dfrac{\lvert c_{\text{đo}}-c_{\text{chuẩn}}\rvert}{c_{\text{chuẩn}}}$.

• Nhiệt lượng kế điện: $c=\dfrac{UI\tau}{m\Delta T}=\dfrac{P}{mk}$; có bình: trừ $C_b$.
• Đo $L$: $L=\dfrac{P\tau}{m}$, $\tau$ tính từ khi sôi ổn định, $m$ là khối lượng bay hơi.
• Sai số tương đối của thương = tổng sai số tương đối.
• Khuấy, cách nhiệt, đợi cân bằng; hao phí làm $c$ và $L$ đo lệch hệ thống.