Thực hành vật lý đại cương: Bài 6 Kháo sát sự biến đổi điện năng thành nhiệt | Lí thuyết Vật lý đại cương | Trường Đại học khoa học Tự nhiên

Nguyễn Đăng Vượng MSV: 21000806 K66 QTL
THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
BÀI SỐ 6: KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI ĐIỆN NĂNG THÀNH NHIỆT Ngày làm:
Nhận xét của giáo viên về bài chuẩn bị Nhận xét của giáo viên về kết quả xử lí
và công việc thực hành: số liệu Chữ kí: Chữ kí: MỤC ĐÍCH CỦA BÀI:
- Khảo sát quá trình biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt.
- Kiểm nghiệm lại sự tương đương giữa điện năng 1Ws và nhiệt năng 1J. I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Năng lượng là hình thức đo mức độ vận động của vật chất dưới mọi hình thức.
Mỗi hình thức vận động cụ thể tương ứng với một dạng năng lượng cụ thể. Năng
lượng có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác trong hệ cô lập, tổng năng lượng được bảo toàn.
Điện năng cung cấp cho hệ được xác định bởi công thức: (1) Trong đó: U: hiệu điện thế
I: cường độ dòng điện T: thời gian
- Theo công thức (1), năng lượng điện Eel có thể được xác định bằng
cách đo hiệu điện thế U,
dòng điện I và thời gian t
- Năng lượng điện được đo bằng máy đo năng lượng và công suất. -
Năng lượng điện được xác định bởi công thức: (2)
Trong đó P(t) là công suất điện ở thời điểm t, giá trị Eel được hiển thị trên máy theo
thời gian đo với đơn vị Ws.
Nhiệt lượng được đo xác định bởi công thức: (3)
Trong đó: T0 là nhiệt độ ban đầu1 T là nhiệt độ cuối C là nhiệt dung của hệ
Nhiệt dung của hệ bao gồm nhiệt dung của nhiệt lượng kế và nhiệt dung của 1g nước
chứa trong khoang rỗng của nhiệt lượng kế. (4)
Với ccal là nhiệt dung của nhiệt lượng kế.
Cw là nhiệt dung của 1g nước.
Theo (3) nếu đo được T và T0 sẽ xác định được năng lượng nhiệt Eth. 3.Thực hành a. Dụng cụ thí nghiệm STT Tên dụng cụ Số lượng 1
Nhiệt lượng kế( nhôm lớn, nhôm nhỏ, đồng) 03 2 Máy biến áp 01 3
Máy đo năng lượng và công suất 01 4 Cassy di động 01 5
Cảm biến nhiệt độ NiCr-Ni 01 Các nhiệt lượng kế Nhiệt lượng kế Nhiệt dung c (J/K) Đồng(388 02)
264 + 4,2 (đối với 1g nước trong khoang) Nhôm nhỏ( 388 03)
188 + 4,2 (đối với 1g nước trong khoang) Nhôm lớn(388 04)
384 + 4,2 (đối với 1g nước trong khoang)
Lưu ý: Khi sử dụng nhiệt lượng kế cần cẩn thận, không làm rơi, trầy xước. b. Thực hành
- Chuẩn bị nhiệt lượng kế và cảm biến nhiệt độ.
* Tháo nút nhựa màu xám ở phía trên cùng của nhiệt lượng kế
* Mở nút xám, lấy vòng đệm cao su trong nhiệt lượng kế ra
* Đổ 1g vào khoang trống của nhiệt lượng kế (Lưu ý: nước chỉ ngập đên svij trí của đệm cao su)
* Đặt đệm cao su trở lại nhiệt lượng kế, vặn nút nhựa màu xám trở lại
* Làm giảm nhiệt độ của nhiệt lượng kế xuống dưới nhiệt độ phòng 50 C bằng cách
ngâm nhiệt lượng kế trong nước đá ( Lưu ý không làm ướt phần dây điện trở và chốt cắm dây điện )
* Đưa đầu đo của cảm biến nhiệt độ vào trong nhiệt lượng kế ( Lưu ý: đưa vào càng
sâu càng tốt và đầu đo không được phép chạm vào thành của nhiệt lượng kế) - Mắc mắc mạch điện.
Kiểm tra sơ đồ mạch điện được mắc theo hình 3:
* Nối nguồn điện từ máy biến áp vào ổ cắm (7) của máy đo năng lượng và công suất như hình 3a.
* Nối dây dẫn từ ổ cắm đầu ra (6) của máy đo năng lượng và công suất với 2 chốt
trênnhiệt lượng kế (hình 3a)
* Kết nối cảm biến nhiệt độ với Cassy di động (hình 3b)
- Đo sự phụ thuộc nhiệt độ vào năng lượng điện cung cấp cho hệ.
Bảng 3: Quy luật biến đổi nhiệt độ của nhiệt lượng kế nhôm nhỏ theo năng lượng điện cung cấp cho hệ. ( E el (Ws) T-T 0 E th (J) 22.5 0 0 0 23 67 ,82 ,5 0 96, 1 23.5 160 1 192,2 24 247,9 1 ,5 288,3 24.5 337,6 2 384,4 25 429,8 2 ,5 480,5 25.5 514,3 576,6 26 618,6 672,7 26.5 729,6 761,8 27 841,4 4 ,5 864,2 3 3,5 4 27.5 956,3 5 961 28 1077 1057,1 28.5 1215 1133,2 29 1352 1249,3 29.5 1501 7 1345,4 30 1647 7 ,5 1441,5 30.5 1789 8 1537,6 31 1964 8 ,5 1633,7 31.5 2137 9 1729,8 32 2356 9 ,5 1825,9 32.5 2531 10 1922 5,5 6 6,5
Bảng 4: Quy luật biến đổi nhiệt độ của nhiệt lượng kế nhôm lớn theo năng lượng điện cung cấp cho hệ. ( E el (Ws) T-T 0 E th (J) 22.5 0 0 0 23 123,6 , 0 5 194,1 23.5 296,6 1 388,2 24 479,8 1 , 5 582,3 24.5 589,7 2 776,4 25 759,4 2 , 5 970,5 25.5 932,5 3 1164,6 26 1107 3 , 5 1358,7 26.5 1328 1552,8 27 1529 1746,9 27.5 1743 1941 28 1951 5 , 5 2135,1 4 4,5 5 28.5 2175 6 2329,2 29 2411 2523,3 29.5 2614 2717,4 30 2931 2911,5 30.5 3139 8 3105,6 31 3396 8 , 5 3299,7 31.5 3621 9 3493,8 32 3848 9 , 5 3687,9 32.5 4150 10 3882 6,5 7 7,5
Bảng 5: Quy luật biến đổi nhiệt độ của nhiệt lượng kế đồng theo năng lượng điện cung cấp cho hệ. ( E el (Ws) T-T 0 E th (J) 19.5 0 0 0 20 141,2 , 0 5 134,1 20.5 315,4 1 268,2 21 467,3 1 , 5 402,3 21.5 645,8 2 536,4 22 784,9 2 , 5 670,5 22.5 917,2 3 804,6 23 1062 3 , 5 938,7 23.5 1231 1072,8 24 1350 1206,9 24.5 1500 1341 25 1628 5 , 5 1475,1 4 4,5 5 25.5 1758 6 1609,2 26 1903 1743,3 26.5 2037 1877,4 27 2191 2011,5 27.5 2382 8 2145,6 28 2548 8 , 5 2279,7 28.5 4685 9 2413,8 29 2838 9 , 5 2547,9 29.5 2986 10 2682 6,5 7 7,5 4. Xử lý số liệu.
+ Giá trị nhiệt năng của các nhiệt lượng kế nhôm nhỏ, nhôm lớn, đồng đã được xác
định theo công thức () và trình bày trên các bảng 3, 4, 5 tương ứng.
+ Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của nhiệt năng vào điện năng của các nhiệt lượng kế
nhôm nhỏ, nhôm lớn, đồng lần lượt được trình bày trên các hình 4,5,6.
Hình 4. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của nhiệt năng vào điện năng của nhiệt lượng kế nhôm nhỏ.
Bảng 6: bảng thông số của đường fit trong đồ thị trên hình 4 Equation y = a + b*x Plot B Weight No Weighting Intercept 148,54264 ± 30,26452 Slope 0,75799 ± 0,02305
Residual Sum of Squares 122704,89679 Pearson's r 0,99133 R-Square (COD) 0,98273 Adj. R-Square 0,98183
Từ thông số đường fit trên trong bảng 6 Hệ số biến đổi từ điện năng sang nhiệt
năng của nhiệt lượng kế nhôm nhỏ là 0,758 với hệ số phù hợp giữa đường fit và các
điểm thực nghiệm là 98,27% Hình 5 Hình 6 Nhận xét:
Khi dưới nhiệt độ phòng- trên nhiệt độ phòng, hệ kín, Nhận xét riêng đồng.
Hệ số biến đổi có phụ thuộc do sự truyền truyền qua nhiều môi truờng khác nhau…
Hệ số góc: Nhôm nhỏ: a= 192,2 Nhôm lớn: a= 388,2
- Sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt vào năng lượng điện của nhôm nhỏ và
nhôm lớn là hàm bậc nhất.
- Số liệu thu được cho thấy hệ số biến đổi nhiệt phụ thuộc vào chất liệu và khối lượng của nhiệt kế.
- Giải thích: Các nhiệt lượng kế bản chất đóng vai trò là vật dẫn giữa 2 nguồn
năng lượng, mà khối lượng chất liệu của nhiệt lượng kế này thể hiện thông số thể
tích và mật độ phân bố của các phần tử nếu càng lớn thì khả năng truyền năng lượng
càng tốt và sự chuyển hóa năng lượng sẽ càng rõ nét.