Xác định nhiệt dung riêng bằng thí nghiệm

Xác định nhiệt dung riêng bằng thí nghiệma./ Phương pháp hỗn hợp Mohsenin, 1980: - Thùng chứa mẫu có khối lượng và nhiệt dung riêng đã được xác định ví dụ đồng có NDR: 3894 J/KgoC - Bỏ m

Xác định nhiệt dung riêng bằng thí nghiệm

a./ Phương pháp hỗn hợp

(Mohsenin, 1980):

- Thùng chứa mẫu có khối

lượng và nhiệt dung riêng đã được

xác định (ví dụ đồng có NDR:

3894 J/KgoC)

- Bỏ mẫu vật cần đo vào

thùng và nâng đến một nhiệt độ

nhất định (Ti)

- Đổ nước vào ở nhiệt độ

(Tn) (giả sử Ti > Tn)

> Nhiệt độ bên trong sẽ đạt đến nhiệt độ cân bằng Te

- Phương trình cân bằng năng lượng:

CtMt (Ti – Te) + CmMm(Ti – Te) = CnMn(Te-Tn)

Ct ,Cm ,Cn : nhiệt dung riêng của thùng, mẫu đo và nước (kJ/kgoC)

Mt ,Mm ,Mn : khối lượng của thùng, mẫu đo và nước (kg)

Ti : nhiệt độ của thùng và mẫu đo (oC)

Tn : nhiệt độ của nước (oC)

Te : nhiệt độ cân bằng (oC)

=> Cm =

) T -(T M

) T -(T M C ) T -(T M C

e i m

e i t t n

e n n

Chú ý:

- Nếu đo nhiệt dung riêng của vật liệu sinh học, cần tránh làm mất

ẩm độ của vật

Nhiệt nhả

từ thùng Nhiệt nhả từ mẫu

đo

Nhiệt thu

từ nước

Nút

Nắp đậy

Lớp chân không (vd: bình thủy)

Thùng chứa mẫu

- Có thể có sai số do mất mát nhiệt

- Có thể giảm thiểu sai số bằng cch cho thùng và mẫu vật bắt đầu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng và nhiệt độ của nước cao hơn hơn nhiệt độ phòng Khi trao đổi nhiệt để đạt trạng thái cân bằng, tổn thất nhiệt do chênh lệch giữa nhiệt độ cân bằng (Te) và nhiệt độ phòng sẽ được giảm thiểu

- Lúc này, do Ti < Tn nên phương trình viết lại:

CtMt (Te – Ti) + CmMm(Te – Ti) = CnMn(Tn-Te)

=> Cm =

) T -(T M

) T -(T M C ) T -(T M C

i e m

i e t t e

n n n

Nhiệt thu

từ thùng Nhiệt thu từ mẫu

vật đo

Nhiệt nhả

từ nước

b./ Phương pháp hỗn hợp (Lewis, 1981):

- Thùng chứa và chất lỏng được nâng tới cùng một nhiệt độ (Ti)

- Mẫu vật đo được nâng tới nhiệt độ Tm (giả sử Tm>Ti)

- Gọi nhiệt độ cuối cùng là Te

Phương trình cân bằng năng lượng:

(CtMt + CnMn)(Te – Ti) = CmMm(Tm-Te)

=> Cm =

) T -(T M

) T -(T ) M C M

(C

e m m

i e t t n

Nếu Ti > Tm :

=> Cm = ?

Nhiệt thu từ thùng và

chất lỏng Nhiệt nhả từ mẫu vật đo

c./ Phương pháp làm lạnh (dùng để xác định nhiệt dung riêng chất lỏng)

- Ở cùng một nhiệt độ, mức độ tổn thất nhiệt năng của 2 chất lỏng trong 2 thùng chứa giống hệt nhau là như nhau

- Có thể dùng dụng cụ đo như ở phương pháp hỗn hợp, lần lượt chứa nước (hoặc chất lỏng đã biết nhiệt dung riêng) và chất lỏng cần đo

- Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ giảm dần theo thời gian, vẽ đồ thị (T,t)

mức độ tổn thất nhiệt năng của

mức độ tổn thất nhiệt năng của chất lỏng cần đo trong thùng (2)

(CtMt + C1M1)(dT/dt)1 = (CtMt + C2M2)(dT/dt)2

Trong đó:

C1 , C2 , Ct : nhiệt dung riêng của nước, chất lỏng cần đo và thùng chứa

M1 , M2 , Mt : khối lượng của nước, chất lỏng cần đo và thùng chứa

(dT/dt)1 , (dT/dt)2 : tại một nhiệt độ đã định (Tf), xác định bằng cách vẽ tiếp tuyến với đường cong làm mát, hoặc xấp xỉ bằng cách tính ∆T/∆t ở lân cận nhiệt độ cần đo

Nếu có điều kiện để đặt 2 calorimeter vào chung một thùng chứa (hình), ta có thể theo dõi nhiệt độ của hai thùng cùng một lúc Tuy nhiên, cần chú ý để hai thùng chứa hoàn toàn giống nhau về khối lượng, vật liệu và

cả độ nhẵn bên ngoài

dT

dt 2

T f

Thời gian (t)

Nhiệt độ (T)

.

dT

dt 1

Nhiệt kế

1: Nước 2: Chất lỏng

cần đo.

Xác định độ dẫn nhiệt bằng thí nghiệm

- Chuẩn bị vật liệu:

 Vật liệu dẫn điện tốt: dạng trụ hoặc thanh

 Vật liệu dẫn điện kém: đạng đĩa mỏng

1: công tắc điện; 2: nguồn một chiều; 3: các bản cực

V: Vôn kế; A: Am-pe kế

- Đóng công tắc 1, cho điện một chiều đi qua mạch, ghi nhận các giá trị hiệu điện thế (V) qua Vôn kế, và cường độ dòng điện qua Ampe kế

- Khi nhiệt độ ổn định, đo các nhiệt độ T1 và T2 tại hai đầu ngoài cùng của mẫu

- Bỏ qua tổn thất nhiệt vào không khí, pt Fourier:

q = U.I = k.A.(ΔT/Δx) = k.A [(T1-T2)/L]

Do đó:

k = ( 1 2)

T T A

L I U

−

k (W/m.oC): độ dẫn nhiệt; U(V); I (A); T1 và T2 (oC)

A (m2): d.tích tiết diện truyền nhiệt; L (m) chiều dài/bề dày mẫu thử

A

V