Xây dựng một số bài thí nghiệm thuộc chương trình vật lý THPT với các thiết bị thí nghiệm hiện đại

Khảo sát sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lượng khí ở một áp suất nhất định không đổi .... Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lượng khí với một thể tích

Trang 2

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn

Nhật Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời

gian thực hiện khóa luận Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo, cán bộ nhà trường đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt bốn năm học, cảm ơn gia đình bạn bè đã động viên và

tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khóa luận này

Dù đã hết sức cố gắng nhưng khóa luận này không thể tránh khỏi những khó khăn, thiếu sót, vì vậy em rất mong những góp ý

từ quý thầy cô cũng như các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Bùi Văn Quang Thông

Trang 3

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 3

5 CÁCH TIẾP CẬN 3

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

7 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

8 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

9 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

NỘI DUNG 5

BÀI 1 KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ ĐO HẰNG SỐ KHÍ 5

1 Mục đích thí nghiệm 5

2 Dụng cụ thí nghiệm 5

2.1 Giới thiệu 5

2.2 Hướng dẫn sử dụng 10

2.2.1 Máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433 MHz” 10

2.2.2 Máy cảm biến nhiệt 433 MHz 13

2.2.3 Máy điều nhiệt Lauda Alpha 14

2.3 An toàn khi sử dụng 16

3 Cơ sở lý thuyết 16

3.1 Áp suất chất lỏng 16

3.2 Định luật Boyle – Mariotte 17

Trang 4

3.4 Định luật Gay-Lussac 18

3.5 Phương trình Clapeyron – Mendeleev 19

4 Lắp đặt và tiến hành thí nghiệm 20

4.1 Lắp đặt thí nghiệm 20

4.2 Tiến hành thí nghiệm 21

4.2.1 Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích của một lượng khí ở một nhiệt độ không đổi 21

4.2.2 Khảo sát sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lượng khí ở một áp suất nhất định không đổi 22

4.2.3 Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lượng khí với một thể tích nhất định không đổi 23

5 Kết quả thí nghiệm 24

5.1 Bảng số liệu 24

5.1.4 Xác định hằng số khí R 26

5.2 Xử lí số liệu 28

5.2.4 Xác định hằng số khí R 36

5.3 Nhận xét 37

5.3.1 Sai số phép đo 37

5.3.2 Nhận xét về bộ dụng cụ 38

Trang 5

BÀI 2 ĐO TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 40

2.2.1 Nguồn điện “Power supply, universal” 43

2.2.2 Máy đo từ trường kỹ thuật số “Teslameter, digital” 44

4.2.1 Khảo sát sự phụ thuộc của cảm ứng từ sinh ra trong lòng cuộn dây Helmholtz với cường độ dòng điện chạy qua nó 48

4.2.2 Đo thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất 49

4.2.3 Đo thành phần thẳng đứng của từ trường Trái Đất 49

5.1.4 Tính từ trường Trái Đất 52

5.1.4 Tính từ trường Trái Đất 56

5.3 Nhận xét 56

Trang 6

Kết luận bài 2 57

BÀI 3 KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO 58

- Máy đếm đa năng “Universal counter” 61

5.1.1 Khảo sát chuyển động rơi tự do 65

5.1.2 Đo gia tốc rơi tự do g 66

5.2.1 Khảo sát chuyển động rơi tự do 67

5.2.2 Đo gia tốc rơi tự do g 69

5.3 Nhận xét 71

BÀI 4 KHẢO SÁT CHU KÌ CON LẮC ĐƠN 73

- Cổng quang điện với đồng hồ đo thời gian hiện số 76

Trang 7

4.2.1 Kháo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào chiều dài dây treo 79

4.2.2 Khảo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào góc lệch α 79

5.1.1 Khảo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào chiều dài dây treo 80

5.2.1 Khảo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào chiều dài dây treo 82

5.3 Nhận xét 86

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 90

Trang 8

THPT : Trung học phổ thông

Trang 9

Bảng 1.1: Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích của một lượng khí ở một

nhiệt độ không đổi 28

Bảng 1.2: Khảo sát sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lượng khí ở một áp suất nhất định không đổi 31

Bảng 1.3: Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lượng khí với một thể tích nhất định không đổi 34

Bảng 1.4: Xác định hằng số khí R 36

Bảng 2.1: Khảo sát sự phụ thuộc của cảm ứng từ sinh ra trong lòng cuộn dây Helmholtz với cường độ dòng điện chạy qua nó 52

Bảng 2.2: Đo thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất 54

Bảng 2.3: Đo thành phần thẳng đứng của từ trường Trái Đất 55

Bảng 3.1: Khảo sát chuyển động rơi tự do 67

Bảng 3.2: Đo gia tốc rơi tự do g 69

Bảng 4.1: Khảo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào chiều dài dây treo 82

Bảng 4.2: Khảo sát sự phụ thuộc của chu kì con lắc đơn vào góc lệch α 84

Trang 10

Hình 1.1: Mô tả các nút chức năng của máy đo thời tiết “Electronic Weather Station

433 MHz” 10

Hình 1.2a: Hình ảnh thực tế các nút chức năng của máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433 MHz” 12

Hình 1.2b: Hình ảnh thực tế màn hình hiển thị của máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433 MHz” 12

Hình 1.3: Máy cảm biến nhiệt Thermo Sensor 433 MHz 13

Hình 1.4: Mô tả cấu tạo của máy cảm biến nhiệt 13

Hình 1.5: Mô tả mặt trước và mặt sau của máy điều nhiệt Lauda Alpha 14

Hình 1.6: Mô tả cấu tạo mặt trước của máy điều nhiệt Lauda Alpha 14

Hình 1.7: Mô tả mặt sau của máy điều nhiệt Lauda Alpha 15

Hình 1.8 Bố trí thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí 20

Hình 1.9: Mô tả cách bịt chặt đầu ống bên trái bằng nút cao su 20

Hình 1.10: Mô tả ống chứa thủy ngân bên phải có thể được nâng lên, hạ xuống 21

Hình 1.11: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) trong quá trình đẳng nhiệt (T = 299,6K) 29

Hình 1.12: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa thể tích V và nghịch đảo áp suất p trong quá trình đẳng nhiệt (T = 299,6K) của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) 29

Hình 1.13: Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của thể tích V vào nhiệt độ tuyệt đối T ở một áp suất không đổi (p = 101,4 kPa) của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) (Vẽ trên giấy đồ thị) 32

Hình 1.14: Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của thể tích V vào nhiệt độ tuyệt đối T ở một áp suất không đổi (p = 101,4 kPa) của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) (Vẽ trên Excel) 32

Hình 1.15: Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của áp suất p vào nhiệt độ tuyệt đối T ở một thể tích không đổi (V = 20,30 10-6 m3) của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) (Vẽ trên giấy đồ thị) 35

Hình 1.16: Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của áp suất p vào nhiệt độ tuyệt đối T ở một thể tích không đổi (V = 20,30 10-6 m3) của một lượng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) (Vẽ trên Excel) 35

Trang 11

Hình 2.2: Mô tả các nút chức năng của máy đo từ trường kỹ thuật số “Teslameter,

digital” 44

Hình 2.3: Các thành phần vectơ từ trường Trái Đất 46

a) Theo mặt phẳng nằm ngang 46

b) Theo mặt phẳng thẳng đứng 46

Hình 2.4: Bố trí thí nghiệm đo từ trường Trái Đất 48

Hình 2.5: Mô tả từ kế, trục và giá xoay 50

Hình 3.1: Mô tả hình dáng của máy đếm đa năng “Universal counter” 61

Hình 3.2: Mô tả các nút chức năng của máy đếm đa năng “Universal Counter” 61

Hình 3.3: Bố trí thí nghiệm khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do 64

Hình 3.4: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa độ cao vật rơi và bình phương thời gian rơi 68

Hình 3.5: Đồ thị mô tả các giá trị gia tốc trọng trường ở mỗi độ cao khác nhau 70

Hình 4.1: Mô tả các nút chức năng của cổng quang điện với đồng hồ đo thời gian hiện số 76

Hình 4.2: Mô tả chuyển động của con lắc đơn 77

Hình 4.3: Bố trí thí nghiệm khảo sát chu kì con lắc đơn 78

Hình 4.4: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa chiều dài dây treo và bình phương chu kì dao động nhỏ của con lắc 83

Hình 4.5: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa chu kì dao động của con lắc và góc lệch α 85

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu, sách, giáo trình, tài liệu, bài viết, …

liên quan đến việc xây dựng một số bài thí nghiệm thuộc chương trình Vật lý THPT với các thiết bị thí nghiệm đơn giản, hiện đại

Ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Đức v.v… những nước chú trọng thực nghiệm trong dạy học thì có rất nhiều bài thí nghiệm có thể dạy học trong chương trình Vật lý THPT, sử dụng các thiết bị hiện đại Nhiều bài thí nghiệm có thể dùng cho dạy học trong các bài về cơ học, nhiệt học, điện học, từ trường học và kể cả quang học nữa

Trong bối cảnh hội nhập, đất nước ta đang trong thời kì đổi mới giáo dục, nhằm hướng đến phát triển toàn diện cho học sinh Đối với môn Vật lý nói riêng thì việc tiếp cận những bài thí nghiệm sử dụng các thiết bị hiện đại là một xu hướng tất yếu

Ở trường phổ thông hiện nay, trong chương trình Vật lý 10, 11 và 12 đã có rất nhiều bài thí nghiệm, giúp cho các em học sinh tiếp thu bài một cách hiệu quả hơn

Tuy nhiên, chưa có đề tài hay các tài liệu sách nào ở Việt Nam “xây dựng một số

bài thí nghiệm thuộc chương trình vật lý THPT với các thiết bị thí nghiệm hiện đại”

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay chúng ta đang thực hiện đổi mới toàn diện trong giáo dục Việc đầu tư cho giáo dục được Đảng và Nhà nước xác định là “quốc sách hàng đầu” Cơ sở vật chất trang thiết bị phục vụ cho việc dạy và học ngày càng được quan tâm và trang bị đầy đủ, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục, đổi mới nội dung, phương pháp, chương trình giáo dục ở tất cả các cấp học, bậc học Đồng thời nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên

Trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy môn Vật lý nói riêng, thực nghiệm

có vai trò hết sức quan trọng Đặc biệt, Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, hầu hết các kiến thức được xây dựng hoặc rút ra từ thực nghiệm Vì thế thông qua thực nghiệm giúp cho quá trình lĩnh hội kiến thức của học sinh được diễn ra một cách chủ động, phát huy được tính năng động, sáng tạo, rèn luyện kỹ năng thực hành, tư duy phán đoán của học sinh, giúp cho quá trình nhận thức được rõ ràng

Trang 13

hơn về bản chất của các hiện tượng Vật lý Điều này làm cho hiệu quả dạy và học được nâng cao

Thực trạng khảo sát việc sử dụng các thiết bị tại các trường THPT trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam cho thấy một thực trạng đáng báo động về tình trạng xuống cấp các bộ thiết bị cũng như hiệu quả sử dụng các thiết bị thí nghệm còn rất thấp Vấn đề hệ thống lại các bài thí nghiệm cũng như việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại hơn để làm được nhiều bài thí nghiệm quan trọng mà các bộ thí nghiệm ở phổ thông chưa làm được cũng như bổ sung vào kho thiết bị thí nghiệm ở cấp THPT là hết sức cần thiết

Do đó, để có thể nắm vững các thao tác thực hành, hình thành các kỹ năng, kỹ xảo trong khi tiến hành thí nghiệm và hướng dẫn học sinh thực hiện thí nghiệm khi

về dạy học ở trường phổ thông, tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hành các bài thí nghiệm có trong chương trình Vật lí bậc trung học phổ thông theo chương trình của

Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành với việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại

mà ở phổ thông hiện nay chưa có Đó là những lý do tôi chọn đề khóa luận tốt nghiệp: “Xây dựng một số bài thí nghiệm thuộc chương trình vật lý THPT với các thiết bị thí nghiệm hiện đại”

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Biên soạn được hướng dẫn sử dụng một số loại thiết bị thí nghiệm hiện đại sử

dụng trong đề tài

- Đề xuất được các bước tiến hành một số thí nghiệm có thể từ những thiết bị thí

nghiệm hiện đại đó

+ Khảo sát các định luật chất khí: Định luật Boyle – Mariotte, định luật Charles, định luật Gay – Lussac, đo hằng số khí R

+ Đo từ trường Trái Đất

+ Kháo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do

+ Khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn

- Thực hiện được thí nghiệm trên các bước tiến trình đã đề xuất và đưa ra kết quả tính toán

- Đưa ra được các nhận xét về sai số của bài thí nghiệm và một số lưu ý trong phòng thí nghiệm

Trang 14

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Xác định được mục tiêu sử dụng các loại thiết bị thí nghiệm hiện đại đó trong việc giảng dạy các phần cụ thể có trong chương trình Vật lý phổ thông

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của những bài thí nghiệm định thực hiện trong đề tài

- Biên soạn được hướng dẫn sử dụng một số loại thiết bị thí nghiệm hiện đại sử dụng trong đề tài

- Đề xuất được các bước tiến hành một số thí nghiệm có thể từ những thiết bị thí

nghiệm hiện đại đó

+ Khảo sát các định luật chất khí: Định luật Boyle – Mariotte, định luật Charles, định luật Gay – Lussac, đo hằng số khí R

+ Đo từ trường Trái Đất

+ Kháo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do

+ Khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn

- Thực hiện được thí nghiệm trên các bước tiến trình đã đề xuất và đưa ra kết quả tính toán

- Đưa ra được các nhận xét về sai số của bài thí nghiệm và một số lưu ý, kinh nghiệm rút ra được trong phòng thí nghiệm

5 CÁCH TIẾP CẬN

Tìm hiểu cách sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại có thể dạy học được môn Vật lý trong chương trình THPT và xu hướng thay đổi nâng cao giảng dạy thí nghiệm trong học tập Vật lý để phát triển toàn diện năng lực học sinh

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện các nhiệm vụ trên, tôi đã tiến hành các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu những tài liệu liên quan trong chương trình Vật

lý phổ thông, những tài liệu hướng dẫn sử dụng các bộ dụng cụ thí nghiệm liên quan Nghiên cứu những tài liệu về phương pháp dạy học thí nghiệm Vật lý trong trường phổ thông

- Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành các bài thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm, kết hợp với quá trình quan sát, thực hiện rút ra những kết luận và những hướng dẫn

sư phạm cần thiết

Trang 15

7 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Các tài liệu liên quan đến cơ sở lý thuyết của các bài thí nghiệm phần Chất khí,

Từ trường, Chuyển động cơ và Dao động cơ, trong chương trình Vật lý bậc Trung học phổ thông

- Các dụng cụ thiết bị thí nghiệm hiện đại của Đức và các bài thí nghiệm thuộc

chương trình Vật lý THPT

8 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Xây dựng một số bài thí nghiệm thuộc chương trình Vật lý THPT với các thiết

bị thí nghiệm hiện đại của Đức

9 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu và biên soạn hướng dẫn sử dụng một số loại thiết bị thí nghiệm hiện đại

sử dụng trong đề tài Đề xuất được các bước tiến hành một số thí nghiệm có thể từ những thiết bị thí nghiệm hiện đại đó Từ các bước tiến hành đã được đề xuất, tôi sẽ thực hiện thí nghiệm để khảo sát và đưa ra kết quả Sau khi có được kết quả, tôi sẽ kiểm nghiệm lại đúng sai so với lý thuyết Vật lý Bên cạnh đó, trong quá trình thí nghiệm và xử lý số liệu, tôi sẽ đưa ra các nhận xét về sai số của bài thí nghiệm và một số lưu ý, kinh nghiệm rút ra được trong phòng thí nghiệm

Khóa luận gồm có 3 phần

- Phần mở đầu

- Phần nội dung:

Bài 1: Khảo sát các định luật của chất khí Đo hằng số khí

Bài 2: Đo từ trường Trái Đất

Bài 3: Khảo sát sự rơi tự do Đo gia tốc rơi tự do

Bài 4: Khảo sát chu kì của con lắc đơn

- Phần kết luận

Trang 16

- Nghiệm lại định Charles, sự tương quan giữa áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T của khí lý tưởng ở một thể tích nhất định không đổi Đo áp suất p và nhiệt độ T tương ứng ở thể tích không đổi và vẽ đồ thị (p,T) để rút ra nhận xét

- Nghiệm lại định Gay-Lussac, sự tương quan giữa thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối

T của khí lý tưởng ở một áp suất nhất định không đổi Đo thể tích V và nhiệt độ T tương ứng ở áp suất không đổi và vẽ đồ thị (V,T) để rút ra nhận xét

Trang 17

2 Máy điều nhiệt Lauda

Trang 18

5 Máy đo thời tiết

“Electronic Weather

Station” 433 MHz

6 Ống cao su chịu nhiệt

7 Giá đỡ ống cao su

Trang 19

8 Ống đựng thủy ngân

(Ống bên phải)

9 Ống chứa khí (Ống bên

trái)

Trang 20

10 Thước đo milimet

11 Nút cao su hoặc một

mảnh keo nến

12 Nước cất

Trang 21

2.2 Hướng dẫn sử dụng

2.2.1 Máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433 MHz”

Hình 1.1: Mô tả các nút chức năng của máy đo thời tiết “Electronic Weather

Station 433 MHz”

Phần A – Màn hình LCD

A1: Dự báo thời tiết

A2: Chiều hướng áp suất (tăng hoặc giảm …)

A3: Nhiệt độ ngoài trời

A4: Chiều hướng của nhiệt độ ngoài trời (tăng hoặc giảm …)

A5: Nhiệt độ trong phòng

A6: Độ ẩm trong phòng

A7: Biểu đồ áp suất

Trang 22

A8: Chiều hướng trong một giờ trước (lịch sử của các lần đo trước)

A9: Áp suất khí quyển

A10: Chiều hướng thủy triều

A11: Pha trăng

A12: Đồng hồ radio

Phần B – Các nút

B1: Nút “MODE/SET” cài đặt chế độ

B2: Nút “ALARM ON/OFF” cài đặt báo thức

B3: Nút “SNOOZE/LIGHT” cài đặt khoảng thời gian nghỉ giữa hai lần báo thức liên tiếp

B4: Nút “HISTORY” hiển thị giá trị của các lần đo trước

B5: Nút “ALERT” hiển thị các cảnh báo

B6: Nút “”

B7: Nút “+12/24” điều chỉnh chế độ hiển thị thời gian radio theo kiểu 12h hoặc 24h B8: Nút “”

B9: Nút “-(C/F)” chuyển đổi đơn vị nhiệt độ 0C sang 0F và ngược lại

B10: Nút “MAX/MIN” hiển thị nhiệt độ phòng và nhiệt độ ngoài trời lớn nhất và nhỏ nhất có thể

Trang 23

Hình 1.2a: Hình ảnh thực tế các nút chức năng của máy đo thời tiết

“Electronic Weather Station 433 MHz”

Hình 1.2b: Hình ảnh thực tế màn hình hiển thị của máy đo thời tiết “Electronic

Weather Station 433 MHz”

- Lúc này áp suất khí quyển là 1014 hPa tức là 101,4 kPa

Trang 24

2.2.2 Máy cảm biến nhiệt 433 MHz

Hình 1.3: Máy cảm biến nhiệt Thermo Sensor 433 MHz

Hình 1.4: Mô tả cấu tạo của máy cảm biến nhiệt

D1: Màn hình hiển thị nhiệt độ môi trường

D2: Đèn led báo hiệu

Trang 25

- Hướng dẫn sử dụng: Mở nắp pin (D8) và lắp pin vào D7 Sau đó cho đầu dò

nhiệt (D3) tiếp xúc với thứ cần đo nhiệt độ Có thể dùng nút D4 để đổi từ độ C sang

độ F

2.2.3 Máy điều nhiệt Lauda Alpha

Hình 1.5: Mô tả mặt trước và mặt sau của máy điều nhiệt Lauda Alpha

Hình 1.6: Mô tả cấu tạo mặt trước của máy điều nhiệt Lauda Alpha

Trang 26

1 Công tắc chính

2 Màn hình hiển thị nhiệt độ điều chỉnh với 4 chữ số

3 Nút báo làm nóng (đèn LED sáng màu vàng)

4 Nút báo làm lạnh (đèn LED sáng màu xanh)

5 Nút báo lỗi (đèn LED màu đỏ nhấp nháy)

6 Các nút chức năng, lựa chọn và nút Enter,

7 Ống nung nóng

8 Que dò nhiệt Pt100

9 Ống bơm áp suất, bơm nước, ống thoát nước

10 Máy bơm

Hình 1.7: Mô tả mặt sau của máy điều nhiệt Lauda Alpha

1 Nút restart (Chỉ dùng khi máy báo SAFE)

2 Nhãn hiệu của máy

- Hướng dẫn sử dụng:

+ Gắm phích vào ổ cắm điện

+ Bật công tắc chính

Trang 27

+ Màn hình (2) sẽ hiển thị nhiệt độ hiện tại của bể chứa nước

+ Muốn điều chỉnh nhiệt độ tăng hoặc giảm thì ta bấm nút “lựa chọn” , sau

đó muốn tăng nhiệt độ thì ta bấm nút “chức năng” , muốn hạ nhiệt độ thì ta

bấm nút “chức năng”

+ Sau khi tăng hoặc giảm nhiệt độ đến nhiệt độ cần rồi thì bấm nút “Enter”

để máy điều nhiệt Lauda Alpha hoạt động, tăng giảm đến nhiệt độ điều chỉnh đó

2.3 An toàn khi sử dụng

- Đối với máy điều nhiệt Lauda Alpha

+ Nếu như nước đổ vào bể điều nhiệt không dâng lên ngập ống lò xo làm nóng

của nó thì máy sẽ báo lỗi và trên màn hình hiển thị nhấp nháy chữ SAFE

+ Nhiệt độ cài đặt của máy điều nhiệt quá lớn, khi làm thí nghiệm thực tế thì

nhận thấy rằng khoảng nhiệt độ 85-870C trở lên sẽ làm máy báo lỗi, trên màn hình

nhấp nháy chữ SAFE

- Khi máy báo lỗi thì ta cần nhanh tay tắt máy, gạt công tắc Rút phích

cắm điện ra cho an toàn Sau đó, nhấn nút “Restart” đằng sau máy

- Cắm điện lại và bật máy, máy sẽ hoạt động bình thường trở lại

Trang 28

Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín đƣợc truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình

Với png là áp suất ngoài

Trong thí nghiệm này, chúng ta xác định áp suất của khối khí bằng công thức

3.2 Định luật Boyle – Mariotte

- Quá trình đẳng nhiệt: là quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ đƣợc giữ không đổi

- Nội dung định luật:

“Trong quá trình đẳng nhiệt của một lƣợng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích”

- Quá trình đẳng tích: là quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi

Trang 29

“Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”

- Gọi p1, T1 là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí ở trạng thái 1; p2;

T2 là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của lượng khí này ở trạng thái 2 Ta có phương trình:

- Quá trình đẳng áp: là quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi

“Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”

- Gọi V1, T1 là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí ở trạng thái 1; V2;

T2 là thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của lượng khí này ở trạng thái 2 Ta có phương trình:

1 2

- Đường đẳng áp: là đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi

áp suất không đổi

Trang 30

(Đồ thị của đường đẳng áp trong các hệ trục tọa độ)

3.5 Phương trình Clapeyron – Mendeleev

n chứa trong lượng khí đó sẽ là m

n

 (nếu m tính ra gam thì  tính ra g/mol)

Đặt lượng khí đó trong điều kiện chuẩn, nghĩa là có:

- Áp suất p0 = 1 atm = 1,013.105 Pa

Vậy R = 8,31 Nm K-1 mol-1 = 8,31 J/mol.K

R là một hằng số Giá trị của R là như nhau đối với mọi chất khí, vì vậy R gọi là hằng số của các khí Thay giá trị của hằng số C = nR vào vế phải của phương trình trạng thái, ta cópV C

T 

Trang 31

- Đổ nước vào trong bể chứa sao cho mực nước dâng lên ngập lò xo xoắn của máy điều nhiệt

Hình 1.8 Bố trí thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí

- Dùng một nút cao su bịt chặt đầu ống bên trái như hình

Hình 1.9: Mô tả cách bịt chặt đầu ống bên trái bằng nút cao su

Trang 32

Chú ý: Khi không thí nghiệm có thể tháo nút ra, nhưng khi thí nghiệm thì phải bắt

buộc dùng nút cao su bịt chặt đầu ống lại, tránh hiện tượng nước bị tràn ra)

4.2 Tiến hành thí nghiệm

4.2.1 Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích của một lượng khí ở một nhiệt độ không đổi

- Sử dụng máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433MHz” để đo áp suất

khí quyển tại lúc thí nghiệm

- Bật công tắc hoạt động của máy điều nhiệt Lauda Alpha và chờ cho đến khi nhiệt độ của bể chứa nước ổn định Chọn một nhiệt độ T0 nào đó trên máy đo điều nhiệt rồi ghi kết quả vào bảng số liệu

- Ống thủy ngân bên phải có thể được nâng lên hoặc hạ xuống (cầm miếng sắt bên phải ống để kéo lên kéo xuống)

Hình 1.10: Mô tả ống chứa thủy ngân bên phải có thể được nâng lên, hạ xuống

- Ban đầu, điều chỉnh ống thủy ngân bên phải sao cho mực thủy ngân ở hai ống trái phải là như nhau Sau đó đo chiều cao của cột không khí trong ống bên trái rồi ghi vào bảng số liệu Chiều cao của cột không khí này không tính phần đỉnh ống màu nâu Thể tích của phần ống màu nâu này được người ta ước chừng là VR = 1,01 m

Trang 33

- Tiếp tục nâng ống thủy ngân bên phải lên sao cho mực thủy ngân ở hai ống trái phải chênh lệch nhau một độ cao h Giữ ống và chờ nhiệt độ của bể chứa nước ổn định và bằng T0 Sau đó ta mới chiều cao của cột không khí trong ống bên trái

- Hai đại lượng áp suất p và thể tích V của lượng khí mà chúng ta xét được xác định bằng công thức

- Cứ tiếp tục như vậy, với khoảng tầm 10 – 15 lần đo, tương ứng với 10 – 15 cặp

và h Từ đó suy ra áp suất p và thể tích V của khí Ghi vào bảng số liệu

- Độ cao chênh lệch hcủa hai mực thủy ngân và chiều cao của cột không khí được đọc trên các vạch chia của thước đo milimet bên cạnh

4.2.2 Khảo sát sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lượng khí ở một

áp suất nhất định không đổi

- Sử dụng máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433Mhz” để đo áp suất

khí quyển tại lúc thí nghiệm

- Bật công tắc hoạt động của máy điều nhiệt Lauda Alpha và chờ cho đến khi nhiệt độ của bể chứa nước ổn định Chọn một nhiệt độ ban đầu T0 trên máy đo điều nhiệt này, thường thì người ta chọn nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ phòng, xấp xỉ 300K

- Ở nhiệt độ ban đầu T1300 K, thể tích tương ứng với áp suất p = pa được xác định bằng cách nâng hoặc hạ mức thủy ngân trong ống bên phải cho đến khi thủy ngân ở trong hai ống trái phải có cùng một độ cao Đánh dấu mức thủy ngân này ở ống bên trái

- Sau đó, đo chiều cao của cột không khí ống bên trái tương tự như thí nghiệm khảo sát ở trên để tính ra thể tích V tương ứng của không khí trong ống bằng công thức (1.11) rồi ghi vào bảng số liệu

Trang 34

- Tiếp theo, nâng nhiệt độ mỗi lần đo lên 5K, tức 50C bằng cách chỉnh các nút trên máy điều nhiệt Lauda Alpha

- Trong mỗi lần nâng nhiệt độ thì ta chờ nhiệt độ của máy điều nhiệt ổn định rồi sau đó nâng hoặc hạ mức thủy ngân trong ống bên phải cho đến khi thủy ngân ở trong hai ống trái phải có cùng một độ cao, rồi đo chiều cao của cột không khí ống bên trái Sử dụng công thức (1.11) để tính ra thể tích khí V tương ứng cho mỗi nhiệt độ Ghi kết quả vào bảng số liệu

4.2.3 Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lượng khí với một thể tích nhất định không đổi

- Ở thí nghiệm khảo sát này, ta làm tương tự như thí nghiệm khảo sát 4.2.2 ở trên

- Sử dụng máy đo thời tiết “Electronic Weather Station 433Mhz” để đo áp suất

khí quyển tại lúc thí nghiệm

- Bật công tắc hoạt động của máy điều nhiệt Lauda Alpha và chờ cho đến khi nhiệt độ của bể chứa nước ổn định Chọn một nhiệt độ ban đầu T0 trên máy đo điều nhiệt này, thường thì người ta chọn nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ phòng, xấp xỉ 300K

- Ở nhiệt độ ban đầu T1300 K, thể tích tương ứng với áp suất p = pa được xác định bằng cách nâng hoặc hạ mức thủy ngân trong ống bên phải cho đến khi thủy ngân ở trong hai ống trái phải có cùng một độ cao Đánh dấu mức thủy ngân này ở ống bên trái bằng bút dạ hoặc bất cứ thứ gì có thể nhận biết được

- Ở nhiệt độ ban đầu T1 này ta tính được độ chênh lệch mức thủy ngân của hai ống là h = 0 Rồi sử dụng công thức (1.12) để tìm áp suất p của khí tương ứng

- Tiếp theo, nâng nhiệt độ mỗi lần đo lên 5K, tức 50C bằng cách chỉnh các nút trên máy điều nhiệt Lauda Alpha

- Ở mỗi lần nâng nhiệt độ, ta phải chờ nhiệt độ của máy điều nhiệt ổn định rồi mới tiếp tục thực hiện thí nghiệm Sau đó ta nâng lên hay hạ xuống ống thủy ngân bên phải để cho mực thủy ngân bên trái trùng với vạch đánh dấu bằng bút dạ ở trên Lúc này thể tích khí không đổi trong mỗi lần đo Sau đó ta đo độ chênh lệch mức thủy ngân ở hai ống h rồi dùng công thức (1.12) để tìm ra áp suất p tương ứng cho mỗi nhiệt độ Ghi kết quả vào bảng số liệu

Trang 35

Chú ý: Đối với thí nghiệm 4.2.2 và 4.2.3 thì các bước tiến hành tương tự nhau Vì

vậy, khi thực hiện hai thí nghiệm này, ta nên tiến hành đo song song áp suất p và thể tích V của khí tương ứng với mỗi nhiệt độ

Trang 36

- Từ đó rút ra mối liên hệ giữa p và V Nhận xét và so sánh kết quả với lý thuyết

5.1.2 Khảo sát sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lƣợng khí ở một

áp suất nhất định không đổi

- Áp suất khí quyển: (kPa)

- Từ đó rút ra mối liên hệ giữa V và T Nhận xét và so sánh kết quả với lý thuyết

5.1.3 Khảo sát sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ của một lƣợng khí với một thể tích nhất định không đổi

- Áp suất khí quyển: (kPa)

- Thể tích lƣợng khí: (m )

- Số mol lƣợng khí: (mmol)

Trang 37

Bảng 1.3

Nhiệt độ tuyệt đối

T/K

Độ chênh lệch mức thủy ngân

Trang 40

- Vẽ đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lƣợng khí nhất định không đổi trong quá trình đẳng nhiệt V = f(p)

Hình 1.11: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lƣợng khí nhất định (n = 0,8695 mmol) trong quá trình đẳng nhiệt (T = 299,6K)

- Vẽ đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa thể tích V và nghịch đảo của áp suất 1/p của một lƣợng khí nhất định không đổi trong quá trình đẳng nhiệt

Hình 1.12: Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa thể tích V và nghịch đảo áp suất p

trong quá trình đẳng nhiệt (T = 299,6K) của một lƣợng khí nhất định (n =

0,8695 mmol)

- Nhận xét:

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	4,66 MB