Nhiệt kế làm thay đổi nhiệt độ mẫu nhỏ: tính và hiệu chỉnh

Vật lý 12 · Ôn tập kiến thức THPT

Nhiệt kế cũng có nhiệt dung, nên khi đo một mẫu nhỏ, nó có thể làm đổi nhiệt độ của chính mẫu. Nếu mẫu và nhiệt kế gần cô lập, nhiệt độ cân bằng là T_f = (C_mT_m + C_kT_k)/(C_m + C_k).

C_m và C_k là nhiệt dung toàn phần, đơn vị J/K; không phải nhiệt dung riêng J/(kg·K). Dùng Celsius cho chênh nhiệt độ và trung bình trọng số là được, vì hai nhiệt dung dùng cùng thang.

Mẫu có C_m = 40 J/K, ban đầu 60 °C. Nhiệt kế có C_k = 10 J/K, ban đầu 20 °C. Không có chuyển thể, bỏ qua môi trường.

T_f = (40 × 60 + 10 × 20)/50 = 52 °C. Nhiệt kế cuối cùng đọc đúng nhiệt độ chung, nhưng nhiệt độ ấy thấp hơn 8 °C so với mẫu trước lúc đo.

Kiểm tra bằng nhiệt lượng: mẫu nhường 40 × 8 = 320 J, nhiệt kế nhận 10 × 32 = 320 J. Việc đợi lâu cho cân bằng không xóa tác động của nhiệt kế lên mẫu trong mô hình này.

Nếu đã biết C_m, C_k, T_k và số đọc T_f, nhiệt độ mẫu trước đo là T_m = T_f + (C_k/C_m)(T_f − T_k). Với số đọc 52 °C, ta suy lại 60 °C.

Lỗi thường gặp: bỏ nhiệt dung nhiệt kế trong mọi tình huống hoặc gọi số đọc cân bằng là nhiệt độ ban đầu. Hiệu chỉnh trên không dùng trực tiếp khi có thất thoát đáng kể hoặc nhiệt dung chưa biết.

Tự luyện: Đổi sang nhiệt kế C_k = 2 J/K, vẫn ban đầu 20 °C. Số đọc cuối khoảng 58,095 °C; tác động lên mẫu nhỏ đi vì nhiệt dung dụng cụ thấp hơn.

Đọc tiếp: Nhiệt dung riêng · Cân bằng nhiệt.