KHẢO SÁT TÍNH DẪN NHIỆT CỦA CÁC VẬT LIỆU


SGK Vật lý 8 – Bài 22 – Trang 77

1. Mục tiêu

Khảo sát tính dẫn nhiệt của 4 loại vật liệu, gỗ, nhựa, inox và đồng

2. Chuẩn bị lý thuyết

Trong nhiệt học, nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

Như vậy, sự dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt lượng từ phần này sang phần khác của một vật, từ vật này sang vật khác. Nếu xét trong một qui mô nhỏ, dẫn nhiệt xảy ra khi các phân tử, nguyên tử hoặc các hạt nhỏ hơn (như electron) ở vùng nóng (dao động nhanh) tương tác với các hạt lân cận ở vùng lạnh (dao động chậm).

Khi mật độ các hạt giảm, tức là khoảng cách giữa các hạt trở nên xa hơn, sự va chạm giữa các nguyên tử ít hơn, do đó tính dẫn nhiệt giảm. Điều này giải thích vì sao chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém, chất rắn dẫn nhiệt tốt. Trong chất rắn, kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. Nếu coi khả năng dẫn nhiệt của không khí là 1 thì khả năng dẫn nhiệt của một số chất có giá trị như bảng sau:

Chất

Khả năng dẫn nhiệt

Chất

Khả năng dẫn nhiệt

Len
Gỗ
Nước
Thủy tinh
Đất
2
7
25
44
56
Nước đá
Thép
Nhôm
Đồng
Bạc
88
2860
8770
17370
17720

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 4 cảm biến nhiệt độ, 1 cốc nhựa 250 ml, 1 khay nhựa, 4 thanh vật liệu khác nhau, 1 bộ thí nghiệm tính dẫn nhiệt.

v9 0 bốn thanh vật liệu         v9 0 dụng cụ trong bộ thí nghiệm

Hóa chất

Nước nóng (khoảng 80oC)

4. Tiến hành

Bước 1: Mở MGA, kết nối 4 cảm biến nhiệt độ vào 4 kênh của MGA.

Bước 2: Nhấn vào biểu tượng bt3 và trong mục “Thời gian hiển thị”, chọn “5 phút”. Mục “Chế độ kiểm tra”, chọn “Dừng sau 5 phút” rồi nhấn “Chạy”.

v9 2 chọn thời gian và mẫu

Bước 3: Chèn tấm giữ thanh vật liệu vào hộp mica. Sau đó chèn các thanh vật liệu (đồng, inox, gỗ, nhựa) vào các lỗ trên tấm giữ thanh. Cuối cùng dùng nắp đậy hộp mica lại.

v9 3 chèn tấm giữ thanh vào hộp           v9 3 chèn thanh vật liệu vào

Bước 4: Chèn đầu cảm biến nhiệt độ vào các lỗ ở phần lồi ra trên nắp hộp mica. Vị trí của đầu các cảm biến tương ứng như sau: CH 1, 2, 3, 4 nằm trên thanh đồng, inox, gỗ, nhựa.

v9 4 sơ đồ thí nghiệm

II. Thu thập dữ liệu

Bước 5: Để cân bằng các cảm biến nhiệt độ, nhấn vào biểu tượng bt22 trên màn hình MGA, sau đó nhấn chọn 4 ô vuông bên cạnh CH 1, 2, 3 và 4. Rồi nhấn “Chạy”.

Chú ý: Phải có ít nhất 2 cảm biến giống nhau kết nối với các kênh của MGA ta mới sử dụng được chức năng này.

v9 5 cân bằng cảm biến

Bước 7: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Lấy nước ấm và đổ vào hộp mica nhẹ nhàng qua lỗ ở giữa tới khi mực nước đến vạch đánh dấu “—“.

v9 7 đổ nước vào hộp mica    v9 7 vạch đánh dấu mức nước

Bước 8: Khi quá trình thu thập dữ liệu tự động dừng sau 5 phút, nhấn vào biểu tượng bt4 để mở rộng đồ thị.

Bước 9: Phác họa lại 4 đồ thị nhiệt độ theo thời gian quan sát được trên màn hình MGA vào đồ thị phác họa.

Bước 10: Nhấn vào biểu tượng bt8 rồi nhấn vào điểm đầu của đồ thị tương ứng của thanh đồng. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Tiếp tục nhấn vào điểm cuối của cùng đồ thị và dấu ‘+’ khác sẽ xuất hiện. Trên màn hình MGA sẽ xuất hiện 2 giá trị, ghi lại giá trị “Độ lệch biên độ” (khoanh chữ nhật) vào mục nhiệt độ tăng trong Bảng 1.

Chú ý: Ta có thể di chuyển dấu ‘+’ đến vị trí chính xác bằng cách sử dụng các phím mũi tên trên MGA.

v9 10 phân tích đồ thịphimmuiten

Bước 11: Nhấn vào biểu tượng bt11 để xóa đi giá trị vừa đọc.

Bước 12: Lặp lại các bước 10 và 11 với đồ thị của inox, gỗ, nhựa. Ghi lại giá trị thu được vào Bảng 1.

v9 13 đồ thị phác họa

Bảng 1

Vật liệu

Nhiệt độ tăng (oC)

Đồng
Inox
Gỗ
Nhựa

5. Kết luận

Trong thí nghiệm trên, những dụng cụ như hộp mica, nắp hộp, tấm đỡ thanh đồng, các thanh vật liệu có thể tự chế tạo nếu bạn muốn. MGA có 4 kênh giúp ta có thể đo đạc cùng một lúc 4 vật liệu khác nhau rất tiện dụng.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Dựa vào đồ thị phác họa, bạn hãy mô tả sơ lược về chiều hướng và tốc độ tăng nhiệt độ trong thí nghiệm?

2. Từ kết quả thí nghiệm trong Bảng 1 so sánh về tính dẫn nhiệt của các vật liệu.

3. Hãy nêu các ứng dụng của tính dẫn nhiệt trong thực tế hàng ngày?