Khi tìm hiểu về quá trình tản nhiệt, một nhóm học sinh thảo luận và cho rằng: Công suất tản nhiệt từ vật ra môi trường tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa chúng. Để kiểm chứng nhận đị
25/28
Khi tìm hiểu về quá trình tản nhiệt, một nhóm học sinh thảo luận và cho rằng: Công suất tản nhiệt từ vật ra môi trường tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa chúng. Để kiểm chứng nhận định đó, nhóm thực hiện thí nghiệm về sự truyền nhiệt của một cốc nước ra môi trường. Các bước thí nghiệm như sau:
Bước 1: Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ như hình vẽ, điện trở chìm hoàn toàn trong nước. Ban đầu K ngắt, nhiệt kế chỉ \({t_0}\).
Bước 2: Đóng khóa K, điều chỉnh công suất đủ nhỏ để nước không sôi, theo dõi nhiệt độ của nước thì nhóm nhận thấy, với một công suất điện P nhất định, nhiệt độ của nước tăng đến một giá trị rồi ổn định. Nhóm ghi lại công suất P và nhiệt độ ổn định t.
Bước 3: Lặp lại thí nghiệm với các giá trị công suất khác nhau.
Coi nhiệt độ môi trường không đổi, bỏ qua sự hóa hơi của nước.
Nhiệt độ môi trường là \({t_0}\).
Nhiệt năng truyền từ điện trở sang nước và từ nước ra môi trường.
Khi nhiệt độ ổn định, công suất tỏa nhiệt của điện trở cho nước và công suất tỏa nhiệt của nước cho môi trường bằng nhau.
Nhóm vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của \({\rm{\Delta }}t = t - {t_0}\) vào P. Nếu đồ thị sau khi xử lí có dạng là đường thẳng đi qua gốc tọa độ thì nhận định ban đầu của nhóm là đúng.
a) Ở bước 1 , khi chưa đóng khóa k , hệ thống chưa được cấp nhiệt và đang ở trạng thái cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh. Vì vậy, nhiệt độ ban đầu của nước \({t_0}\) mà nhiệt kế đo được cũng chính là nhiệt độ của môi trường.
⇒ a đúng.
b) Khi đóng khóa k, dòng điện làm điện trở nóng lên, nhiệt năng truyền từ điện trở sang nước làm nhiệt độ nước tăng. Vì nhiệt độ của nước lúc này lớn hơn nhiệt độ môi trường ( \(t > {t_0}\) ), nước sẽ tiếp tục truyền nhiệt ra môi trường.
⇒ b đúng.
c) Quá trình đạt "nhiệt độ ổn định" có nghĩa là đã ở trạng thái cân bằng. Khi đó, lượng nhiệt mà nước nhận vào từ điện trở mỗi giây bằng đúng lượng nhiệt mà nước tản ra môi trường mỗi giây.
⇒ Công suất tỏa nhiệt của điện trở bằng công suất tản nhiệt của nước.
⇒ c đúng.
d) Nhận định ban đầu của nhóm học sinh là: Công suất tản nhiệt tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ, tức là \({P_{{\rm{tan}}}} = k.\left( {t - {t_0}} \right)\) (với \(k\) là một hằng số).
Theo ý c, ở trạng thái ổn định, công suất điện cung cấp P bằng công suất tản nhiệt \({P_{{\rm{tan\;}}}}\),
Do đó ta có phương trình: \(P = k.\left( {t - {t_0}} \right) = k.{\rm{\Delta }}t\).
⇒ Mối liên hệ giữa \({\rm{\Delta }}t\) và P là hàm bậc nhất dạng \(y = a.x\), có đồ thị là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.
⇒ d đúng.