Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá bằng dụng cụ thực hành. Họ chuẩn bị các dụng
20/27
Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm đo nhiệt nóng chảy riêng của nước đá bằng dụng cụ thực hành. Họ chuẩn bị các dụng cụ gồm: Chai nước (1); bình nhiệt lượng kế (2) cách nhiệt (có que khuấy); cốc nước cùng các viên nước đá (3); cân điện tử (4) có độ chính xác là \(0,01{\rm{\;g}}\); nhiệt kế điện tử (5) có độ chính xác là \({0,1^ \circ }{\rm{C}}\) (hình bên).
Họ đã tiến hành thí nghiệm, kết quả thu được như sau:
Lần đo | Khối lượng của nước mn(g) | Khối lượng của khối nước đá mđ (g) |
1 | 192,92 | 36,71 |
2 | 192,94 | 36,74 |
3 | 192,91 | 36,75 |
- Cân khối lượng nước và nước đá (ở \({0,0^ \circ }{\rm{C}}\)), kết quả các lần cân như bảng bên.
- Nhiệt độ ban đầu của nước và bộ dụng cụ kèm theo (bình nhiệt lượng kế, nhiệt kế, que khuấy) là \({{\rm{t}}_0} = {32,0^ \circ }{\rm{C}}\).
- Nhiệt độ của nước trong bình nhiệt lượng kế ổn định khi nước đá vừa tan hết là \({\rm{t}} = {15,5^ \circ }{\rm{C}}\).
Nhóm học sinh đã xác định được nhiệt dung (nhiệt lượng cần cung cấp cho vật để tăng nhiệt độ thêm \({1,0^ \circ }{\rm{C}}\)) của bộ dụng cụ kèm theo (gồm bình nhiệt lượng kế, nhiệt kế, que khuấy) là \({{\rm{C}}_0} = 41,9{\rm{\;J}}/{\rm{K}}\). Nhiệt dung riêng của nước là \(4180{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}\).
a) Trình tự thí nghiệm: Cân khối lượng của nước rồi cho vào nhiệt lượng kế; Đo nhiệt độ ban đầu của nước và bộ dụng cụ kèm theo; Cân khối lượng của khối nước đá rồi cho vào nhiệt lượng kế; Đo nhiệt độ ổn định của nước khi nước đá vừa tan hết.
b) Để giữ cho nhiệt độ nóng chảy của nước đá không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm phải giữ áp suất tác dụng lên viên đá không đổi.
c) Kết quả phép đo khối lượng nước sử dụng trong thí nghiệm là \({m_n} = 192,92 \pm 0,01{\rm{\;g}}\)
d) Giá trị trung bình của nhiệt nóng chảy riêng của nước đá ở nhiệt độ \({0,0^ \circ }{\rm{C}}\) đo được bởi nhóm học sinh này là \({3,16.10^5}{\rm{\;J}}/{\rm{kg}}\).
Phương pháp:
- Lý thuyết về thí nghiệm đo nhiệt dung riêng.
- Công thức tính giá trị trung bình và sai số của phép đo, cách ghi kết quả đo.
- Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt.
Cách giải:
a) Trình tự thí nghiệm: Cân khối lượng của nước rồi cho vào nhiệt lượng kế; Đo nhiệt độ ban đầu của nước và bộ dụng cụ kèm theo; Cân khối lượng của khối nước đá rồi cho vào nhiệt lượng kế; Đo nhiệt độ ổn định của nước khi nước đá vừa tan hết.
\( \to \) a đúng.
b) Để giữ cho nhiệt độ nóng chảy của nước đá không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm phải giữ áp suất tác dụng lên viên đá không đổi.
\( \to \) b đúng.
c) Khối lượng nước trung bình:
\({\overline m _n} = \frac{{{m_{n1}} + {m_{n2}} + {m_{n3}}}}{3}\)
\( \Rightarrow {\overline m _n} = \frac{{192,92 + 192,94 + 192,91}}{3}\)
\( \Rightarrow {\overline m _n} = \frac{{57877}}{{300}} \approx 192,92\left( {\rm{g}} \right)\)
Sai số tuyệt đối của phép đo:
\({\rm{\Delta }}{m_n} = \overline {{\rm{\Delta }}{m_n}} + {\rm{\Delta }}{m_{dc}} = \overline {{\rm{\Delta }}{m_n}} + 0,01{\rm{\;g}}\)
Kết quả phép đo khối lượng nước sử dụng trong thí nghiệm là \({m_n} = 192,92 \pm {\rm{\Delta }}{m_n}\)
\( \to \) c sai.
d) Ta có:
\(\overline {{m_d}} = \frac{{{m_{d1}} + {m_{d2}} + {m_{d3}}}}{3} = \frac{{36,71 + 36,74 + 36,75}}{3} = \frac{{551}}{{15}}\left( {\rm{g}} \right)\)
Phương trình cân bằng nhiệt:
\({m_d}\left( {\lambda + ct} \right) = \left( {{m_n}c + {C_0}} \right)\left( {t - {t_0}} \right)\)
\( \Rightarrow \frac{{551}}{{15}}{.10^{ - 3}}\left( {\lambda + 4180.15,5} \right) = \left( {\frac{{57877}}{{300}}{{.10}^{ - 3}}.4180 + 41,9} \right).\left( {32 - 15,5} \right)\)
\( \Rightarrow \lambda \approx {3,16.10^5}\left( {{\rm{J}}/{\rm{kg}}.{\rm{K}}} \right)\)
\( \to \) d đúng.