📖 Bài 27: Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng JOULEMETER - lớp 8

💡 Bài 27: Thực hành đo năng lượng nhiệt bằng JOULEMETER

I – Mục tiêu và Chuẩn bị

Mục tiêu: Đo được năng lượng nhiệt mà vật (nước) nhận được khi bị đun nóng.
Chuẩn bị dụng cụ:
- Bình nhiệt lượng kế có dây đốt và que khuấy.
- Nhiệt kế.
- Joulemeter: Thiết bị dùng để đo năng lượng điện cung cấp (sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng).
- Nguồn điện 12 V và dây nối.
- Một lượng nước sạch.

II – Cách tiến hành

Lắp đặt: Đổ nước vào bình nhiệt lượng kế sao cho ngập dây đốt và đầu nhiệt kế.
Mắc mạch điện: Nối nguồn điện vào joulemeter, rồi từ joulemeter nối vào dây đốt của bình nhiệt lượng kế (theo Hình 27.2).
Đo đạc:
- Ghi lại nhiệt độ ban đầu ($t_0$) của nước.
- Bật nguồn, khuấy nhẹ nước và đọc giá trị năng lượng trên màn hình joulemeter khi nhiệt độ tăng thêm $3^\circ C, 6^\circ C, 9^\circ C$.
- Ghi các số liệu vào bảng để so sánh.
Thí nghiệm mở rộng: Lặp lại các bước với một lượng nước khác để thấy sự thay đổi của năng lượng nhiệt cần thiết.

EM ĐÃ HỌC

Cách sử dụng thiết bị joulemeter để đo năng lượng nhiệt mà một vật nhận được khi bị đun nóng.
Hiểu được mối liên hệ giữa độ tăng nhiệt độ và năng lượng nhiệt cung cấp: Nhiệt độ tăng càng nhiều thì năng lượng nhiệt cần cung cấp càng lớn.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

Tính toán năng lượng đun nấu: Em có thể tính được năng lượng nhiệt cần thiết để đun sôi một ấm nước ở nhà nếu biết khối lượng nước và độ tăng nhiệt độ.
Hiểu về hóa đơn tiền điện: Các thiết bị đun nóng như bình nóng lạnh, ấm điện đều tiêu thụ điện năng để chuyển thành nhiệt năng. Việc đo bằng joulemeter giúp ta hiểu cách các thiết bị này "ngốn" điện như thế nào để làm nóng nước.
Ứng dụng công thức tính nhiệt lượng: Từ kết quả thực hành, các em làm quen với công thức $Q = m \cdot c \cdot (t_2 - t_1)$. Trong đó $c$ là nhiệt dung riêng (của nước là $4180\ J/kg.K$), giúp các kỹ sư thiết kế các hệ thống sưởi ấm hoặc làm mát hiệu quả.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Từ kết quả thí nghiệm, hãy nhận xét về năng lượng nhiệt cần thiết để đun nóng nước khi lượng nước thay đổi?

Trả lời: Khi lượng nước càng lớn, năng lượng nhiệt cần cung cấp để tăng cùng một độ nhiệt độ sẽ càng lớn.

Câu 2: Nếu nước từ $30^\circ C$ đun lên $33^\circ C$ tốn năng lượng là $E$, thì dự đoán đun từ $30^\circ C$ lên $36^\circ C$ tốn bao nhiêu năng lượng?

Giải thích: Vì độ tăng nhiệt độ gấp đôi ($6^\circ C$ so với $3^\circ C$), nên năng lượng cần cung cấp sẽ xấp xỉ gấp đôi ($2E$).

Câu 3: Tại sao trong thí nghiệm cần phải khuấy nước liên tục?

Giải thích: Để nhiệt lượng từ dây đốt tỏa ra được truyền đều khắp khối nước, giúp nhiệt kế đo được nhiệt độ trung bình chính xác của cả bình nước.

Câu 4: Tính năng lượng nhiệt cần để đun $1\ kg$ nước tăng thêm $10^\circ C$? (Biết nhiệt dung riêng của nước là $4180\ J/kg.K$)

Giải: Áp dụng công thức $Q = m \cdot c \cdot \Delta t = 1 \cdot 4180 \cdot 10 = 41,800\ (J)$.

Câu 5: Nêu vai trò của James Prescott Joule trong lĩnh vực nhiệt học?

Trả lời: Ông là người đầu tiên thiết lập mối quan hệ giữa công cơ học và nhiệt lượng, tên của ông được đặt cho đơn vị năng lượng (Joule - J).

Hình 27.1: Các dụng cụ thí nghiệm đo năng lượng nhiệt Hình 27.1: Bộ dụng cụ gồm bình nhiệt lượng kế, joulemeter, nguồn điện và nhiệt kế.
Hình 27.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo năng lượng nhiệt thực tế Hình 27.2: Cách kết nối các thiết bị để thực hiện phép đo.