Bài 27: Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng joulemeter

1. Kiến thức trọng tâm

Joulemeter là dụng cụ dùng để đo năng lượng nhiệt mà một vật nhận được hay tỏa ra trong quá trình truyền nhiệt. Dụng cụ này thường gồm một nhiệt lượng kế, một điện trở đốt nóng và một bộ phận hiển thị năng lượng tính bằng jun (J). Khi dòng điện chạy qua điện trở, điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng nước trong nhiệt lượng kế.

Trong thực hành, người ta dùng joulemeter để xác định nhiệt lượng cần cung cấp để làm nóng một lượng nước nhất định, hoặc để kiểm chứng mối liên hệ giữa nhiệt lượng, khối lượng và độ tăng nhiệt độ của vật. Nhiệt lượng $Q$ mà nước thu vào có thể tính bằng công thức $Q = m \cdot c \cdot \Delta t$, trong đó $m$ là khối lượng nước, $c$ là nhiệt dung riêng của nước, $\Delta t$ là độ tăng nhiệt độ.

Khi làm thí nghiệm, cần đo chính xác khối lượng nước, nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của nước, đồng thời ghi lại số chỉ năng lượng trên joulemeter. So sánh hai giá trị giúp học sinh thấy được sự hao phí năng lượng ra môi trường xung quanh.

Khi thực hành, cần cẩn thận với nước nóng và nguồn điện, không để nước tràn vào các bộ phận điện của dụng cụ, và đọc kết quả khi mắt nhìn thẳng mặt hiển thị.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Dùng joulemeter đun nóng $200$ g nước từ $25^\circ C$ lên $45^\circ C$. Biết nhiệt dung riêng của nước là $4200$ J/(kg.K).

Lời giải: Độ tăng nhiệt độ của nước là $\Delta t = 45 - 25 = 20^\circ C$. Nhiệt lượng nước thu vào là $Q = 0,2 \times 4200 \times 20 = 16800$ J. Nếu joulemeter hiển thị $18000$ J, phần năng lượng chênh lệch $1200$ J đã hao phí ra môi trường xung quanh.

3. Ghi nhớ

• Joulemeter dùng để đo năng lượng nhiệt tính bằng jun (J).
• Nhiệt lượng nước thu vào: $Q = m \cdot c \cdot \Delta t$.
• Cần đo chính xác khối lượng, nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của nước.
• Năng lượng hiển thị trên joulemeter thường lớn hơn nhiệt lượng nước thu vào do có hao phí.