Một nhóm học sinh làm thí nghiệm để xác định nhiệt dung riêng của một mẫu kim loại. Họ có một bình xốp hình trụ có vỏ và nắp cách nhiệt, một que khuấy, một nhiệt kế, mẫu kim loại, một chiếc c
21/28
Một nhóm học sinh làm thí nghiệm để xác định nhiệt dung riêng của một mẫu kim loại. Họ có một bình xốp hình trụ có vỏ và nắp cách nhiệt, một que khuấy, một nhiệt kế, mẫu kim loại, một chiếc cân và một bình đun nước. Ban đầu, mẫu kim loại được để ở nhiệt độ phòng \(27^\circ C.\)
Nhóm học sinh sử dụng cân và xác định được khối lượng nước đổ vào bình xốp là \(0,225\,\,kg,\) khối lượng của mẫu kim loại là \(0,409\,\,kg.\) Số chỉ của nhiệt kế nhúng trong nước nóng ngay trước khi thả mẫu kim loại là \(67,5^\circ C\) và số chỉ của nhiệt kế khi mẫu kim loại và nước đạt trạng thái cân bằng nhiệt là \(56,0^\circ C.\) Biết nhiệt dung riêng của nước là \(4180\,\,J/(kg \cdot K).\) Từ các số liệu trên, nhóm học sinh xác định được nhiệt dung riêng của mẫu kim loại là \(889\,\,J/(kg \cdot K).\)
Nhóm học sinh cho rằng, nếu đun nóng nước tới khoảng \(70,0^\circ C,\) đổ vào bình xốp đã cắm sẵn nhiệt kế, nhẹ nhàng nhúng chìm mẫu kim loại trong nước, đóng kín nắp lại và khuấy nhẹ tay thì số chỉ trên nhiệt kế sau đó sẽ thay đổi liên tục và chỉ dừng lại khi bình xốp chứa nước cùng mẫu kim loại đạt trạng thái cân bằng nhiệt.
Nhóm học sinh cho rằng, kết quả tính được ở câu a) nhỏ hơn giá trị nhiệt dung riêng chính xác của mẫu kim loại do trong phép tính đã bỏ qua nhiệt lượng trao đổi với môi trường.
Một học sinh trong nhóm cho rằng, nếu bỏ qua thất thoát nhiệt với môi trường thì nhiệt lượng nước thu vào bằng với nhiệt lượng mẫu kim loại tỏa ra.
a) Sai. Khi cân bằng nhiệt \({Q_{toa}} = {Q_{thu}} \leftrightarrow {m_n}{c_n}({t_n} - t) = {m_{kl}}{c_{kl}}(t - {t_{kl}})\)
\( \leftrightarrow 0,225 \cdot 4180 \cdot (67,5 - 56) = 0,409 \cdot {c_{kl}} \cdot (56 - 27) \to {c_{kl}} \approx 912\,\,J/(kg \cdot K).\)
b) Đúng. Khi cân bằng nhiệt thì không có trao đổi nhiệt giữa nước và kim loại, nhiệt độ của hệ không thay đổi.
c) Đúng. Khi có trao đổi nhiệt với môi trường \({Q_{toa}} > {Q_{thu}} \leftrightarrow {c_{kl}} < 912\,\,J/(kg \cdot K)\)
d) Sai. Nếu bỏ qua thất thoát nhiệt với môi trường thì nhiệt lượng nước tỏa ra bằng với nhiệt lượng mẫu kim loại thu vào.