Thực hành đo nhiệt dung riêng và nhiệt hoá hơi riêng

Dây đun $24\ \text{W}$ chạy $240\ \text{s}$ làm $0{,}30\ \text{kg}$ chất lỏng nóng thêm $4{,}6\ \text{K}$. Tính $c$ và so với nước ($4180$).

Giải. $c=\dfrac{24\cdot240}{0{,}30\cdot4{,}6}=\dfrac{5760}{1{,}38}\approx4{,}17\cdot10^3\ \text{J/(kg·K)}$. Lệch so với $4180$: $\dfrac{4180-4174}{4180}\approx0{,}15\%$.

Đồ thị $T$–$\tau$ là đường thẳng đi qua $(0;\ 20{,}0\,^\circ\text{C})$ và $(300\ \text{s};\ 30{,}35\,^\circ\text{C})$. Nguồn $36\ \text{W}$, khối lượng nước $0{,}25\ \text{kg}$. Tính $c$.

Giải. $k=\dfrac{30{,}35-20{,}0}{300}=0{,}0345\ \text{K/s}$. $c=\dfrac{P}{mk}=\dfrac{36}{0{,}25\cdot0{,}0345}\approx4{,}17\cdot10^3\ \text{J/(kg·K)}$.

Nhiệt lượng kế nhôm $0{,}05\ \text{kg}$ ($c=880$) chứa $0{,}25\ \text{kg}$ nước. Dây đun $30\ \text{W}$ chạy $300\ \text{s}$ làm cả nước và bình nóng thêm $8{,}3\ \text{K}$. Tính $c$ nước khi (a) bỏ qua bình; (b) có kể bình.

Giải. Nhiệt cấp $=30\cdot300=9000\ \text{J}$. (a) $c=\dfrac{9000}{0{,}25\cdot8{,}3}\approx4337\ \text{J/(kg·K)}$, lệch $3{,}8\%$ so với $4180$. (b) Nhiệt dung bình $0{,}05\cdot880=44\ \text{J/K}$: $c=\dfrac{9000/8{,}3-44}{0{,}25}=\dfrac{1084{,}3-44}{0{,}25}\approx4161\ \text{J/(kg·K)}$, lệch $0{,}45\%$. Kể thêm bình cho kết quả sát bảng hơn.

Dây đun $200\ \text{W}$ chạy $600\ \text{s}$ trong lúc nước đang sôi ổn định, khối lượng nước giảm $0{,}050\ \text{kg}$. Tính $L$; so với $2{,}26\cdot10^6\ \text{J/kg}$.

Giải. $L=\dfrac{200\cdot600}{0{,}050}=2{,}4\cdot10^6\ \text{J/kg}$. Lớn hơn chuẩn $\dfrac{2{,}4-2{,}26}{2{,}26}\approx6{,}2\%$. Nguyên nhân: hao phí nhiệt ra môi trường và nhiệt làm nóng bình, hơi mang theo giọt nước.

Ở ví dụ 4: cân đọc chính xác đến $1\ \text{g}$, đồng hồ đến $1\ \text{s}$, công suất sai số $1\%$. Ước lượng sai số tương đối và tuyệt đối của $L$.

Giải. $\delta_m=\dfrac{1}{50}=2\%$; $\delta_\tau=\dfrac{1}{600}\approx0{,}17\%$; $\delta_P=1\%$. $\delta_L\approx2+0{,}17+1=3{,}2\%$; $\Delta L=0{,}032\cdot2{,}4\cdot10^6\approx0{,}08\cdot10^6\ \text{J/kg}$. Kết quả: $L=(2{,}40\pm0{,}08)\cdot10^6\ \text{J/kg}$. Giá trị chuẩn $2{,}26\cdot10^6$ nằm ngoài khoảng, nên sai lệch là hệ thống (hao phí), không do sai số ngẫu nhiên.

Thả $0{,}05\ \text{kg}$ đá đang tan vào $0{,}30\ \text{kg}$ nước $40\,^\circ\text{C}$ (bỏ qua bình). Nhiệt độ cuối $22{,}9\,^\circ\text{C}$. Tính $\lambda$.

Giải. $\lambda=\dfrac{0{,}30\cdot4180\cdot(40-22{,}9)-0{,}05\cdot4180\cdot22{,}9}{0{,}05}=\dfrac{21\,443-4786}{0{,}05}\approx3{,}33\cdot10^5\ \text{J/kg}$.