Nhiệt Dung Riêng
Khái niệm và ý nghĩa nhiệt dung riêng, công thức tính nhiệt lượng $Q = mc\Delta T$ và thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước
▸ Thí nghiệm mở đầu
Dùng đèn cồn đun cùng một khối lượng hai chất lỏng khác nhau (một cốc dầu ăn, một cốc nước) trong cùng một khoảng thời gian (1 phút), rồi đo nhiệt độ mỗi cốc.
| Đại lượng | Dầu ăn | Nước |
|---|---|---|
| Khối lượng | m | m (như nhau) |
| Nhiệt lượng nhận được | Q | Q (như nhau) |
| Nhiệt độ sau 1 phút | Cao hơn | Thấp hơn |
Giải thích: Cùng khối lượng, cùng nhiệt lượng nhận được, nhưng dầu nóng lên nhiều hơn nước. Nghĩa là dầu cần ít nhiệt lượng hơn nước để tăng thêm 1°C. Lượng nhiệt năng đặc trưng này gọi là nhiệt dung riêng của chất.
- Kí hiệu: c.
- Đơn vị: J/(kg·K) hoặc J/(kg·°C). Vì 1 K = 1°C nên J/(kg·K) = J/(kg·°C).
▸ Ý nghĩa vật lí
| Nhiệt dung riêng | Ý nghĩa |
|---|---|
| c lớn | Cần nhiều nhiệt để tăng nhiệt độ → khó nóng lên, khó nguội đi. |
| c nhỏ | Cần ít nhiệt để tăng nhiệt độ → dễ nóng lên, dễ nguội đi. |
| Chất | c (J/kg·K) |
|---|---|
| Nước | 4 200 |
| Nước đá | 2 100 |
| Không khí | 1 000 |
| Thủy tinh | 840 |
| Đất | 800 |
| Sắt | 440 |
| Đồng | 380 |
| Chì | 130 |
Nhận xét:
- Nước có nhiệt dung riêng lớn nhất trong các chất thường gặp.
- Kim loại thường có nhiệt dung riêng nhỏ.
- Nhiệt dung riêng của nước (4200) gấp đôi của nước đá (2100).
Nhiệt lượng cần cung cấp cho một vật để làm tăng nhiệt độ của nó được tính bằng:
với $\Delta T = T_2 - T_1 = t_2 - t_1$ là độ biến thiên nhiệt độ.
| Đại lượng | Kí hiệu | Đơn vị |
|---|---|---|
| Nhiệt lượng | $Q$ | J (Jun) |
| Khối lượng | $m$ | kg |
| Nhiệt dung riêng | $c$ | J/(kg·K) |
| Độ biến thiên nhiệt độ | $\Delta T$ | K hoặc °C |
▸ Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt lượng
| Yếu tố | Mối quan hệ với Q |
|---|---|
| Khối lượng $m$ | Tỉ lệ thuận ($Q$ càng lớn khi $m$ càng lớn). |
| Độ tăng nhiệt độ $\Delta T$ | Tỉ lệ thuận. |
| Nhiệt dung riêng $c$ | Tỉ lệ thuận. |
Từ công thức gốc $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, ta suy ra:
| Cần tính | Công thức |
|---|---|
| Nhiệt lượng | $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ |
| Khối lượng | $m = \dfrac{Q}{c \cdot \Delta T}$ |
| Nhiệt dung riêng | $c = \dfrac{Q}{m \cdot \Delta T}$ |
| Độ biến thiên nhiệt độ | $\Delta T = \dfrac{Q}{m \cdot c}$ |
Mục đích: Xác định nhiệt dung riêng của nước bằng phương pháp thực nghiệm.
| Dụng cụ | Chức năng |
|---|---|
| Biến thế nguồn | Cung cấp điện cho điện trở nhiệt. |
| Oát kế | Đo công suất điện, kèm chức năng đo thời gian. |
| Nhiệt kế điện tử | Đo nhiệt độ của nước. |
| Nhiệt lượng kế (vỏ xốp) | Chứa nước, cách nhiệt với môi trường, có điện trở nhiệt bên trong. |
| Cân điện tử | Đo khối lượng nước. |
▸ Cơ sở lí thuyết
Nhiệt lượng nước nhận được bằng điện năng tiêu thụ của điện trở nhiệt:
Suy ra nhiệt dung riêng của nước:
trong đó $P$ là công suất điện (W), $t$ là thời gian đun (s).
▸ Các bước tiến hành
| Bước | Thao tác |
|---|---|
| 1 | Đổ nước vào nhiệt lượng kế sao cho ngập điện trở nhiệt; cân khối lượng nước. |
| 2 | Cắm đầu đo nhiệt kế vào nhiệt lượng kế. |
| 3 | Nối oát kế với nhiệt lượng kế và nguồn điện. |
| 4 | Bật nguồn, khuấy đều; đọc công suất và nhiệt độ sau mỗi 1 phút. |
| 5 | Ghi số liệu vào bảng và xử lí kết quả. |
Với hai vật (không đổi thể), gọi $t_1 > t_2$, $t$ là nhiệt độ cân bằng:
Giải: $Q_{\text{tỏa}} = 0{,}5 \cdot 380 \cdot (100 - t) = 190(100 - t)$; $Q_{\text{thu}} = 1 \cdot 4200 \cdot (t - 20) = 4200(t - 20)$.
$190(100 - t) = 4200(t - 20) \Rightarrow t \approx 23{,}46°C$.
▸ Công thức cần nhớ
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ | Nhiệt lượng cần cung cấp/tỏa ra. |
| $c = \dfrac{Q}{m \cdot \Delta T}$ | Tính nhiệt dung riêng. |
| $m = \dfrac{Q}{c \cdot \Delta T}$ | Tính khối lượng. |
| $\Delta T = \dfrac{Q}{m \cdot c}$ | Tính độ biến thiên nhiệt độ. |
| $c = \dfrac{P \cdot t}{m \cdot \Delta T}$ | Đo nhiệt dung riêng bằng thí nghiệm. |
▸ Nhiệt dung riêng cần nhớ
| Chất | c (J/kg·K) |
|---|---|
| Nước | 4 200 |
| Nước đá | 2 100 |
| Không khí | 1 000 |
| Sắt | 440 |
| Đồng | 380 |
▸ Lỗi sai thường gặp
| ❌ Sai | ✅ Đúng |
|---|---|
| Đơn vị nhiệt dung riêng là J/kg | Đơn vị là J/(kg·K) |
| Q phụ thuộc kích thước vật | Q chỉ phụ thuộc $m$, $c$, $\Delta T$ |
| c nước < c nước đá | c nước (4200) > c nước đá (2100) |
| Nhầm $\Delta T$ với $T$ | $\Delta T = T_2 - T_1$ (độ biến thiên) |
Sơ đồ tư duy, bảng tóm tắt công thức, các mẹo tính nhanh và lỗi sai thường gặp.
Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát SGK nhé!
Cùng luyện Bài 4 – Nhiệt dung riêng!
23 câu: 18 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn