Cách giải bài tập Hiện tượng nhiệt điện, Suất điện động nhiệt điện hay, chi tiết - Vật Lí lớp 11

Cách giải bài tập Hiện tượng nhiệt điện, Suất điện động nhiệt điện hay, chi tiết

Với Cách giải bài tập Hiện tượng nhiệt điện, Suất điện động nhiệt điện hay, chi tiết Vật Lí lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Hiện tượng nhiệt điện, Suất điện động nhiệt điện từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

A. Phương pháp & Ví dụ

Biểu thức suất điện động nhiệt điện: ζ = α_T(T₁ - T₂) = α_T (t^o₁ - t^o₂)

Trong đó:

   + α_T là hệ số nhiệt điện động (μV/K)

   + T₁ và T₂ lần lượt là nhiệt độ của đầu nóng và đầu lạnh.

Ví dụ 1: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 6,5 μV/K được đặt trong không khí ở t₁ = 20^o C, còn đầu kia được nung nóng ở nhiệt độ t₂.

a) Tìm suất điện động nhiệt điện khi t₂ = 200^oC

b) Để suất điện động nhiệt điện là 2,6 mV thì nhiệt độ t₂ là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

a) Suất điện động nhiệt điện khi t₂ = 200^oC:

E = α_T(T₂ - T₁) = 6,5(200 - 20) = 1170(μV) = 1,17(mV)

b) Ta có: E = α_T(T₂ - T₁) = α_T (t^o₂ - t^o₁)

Ví dụ 2: Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 65 μV/K được đặt trong không khí ở 20^oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 320^oC. Tính suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện đó.

Hướng dẫn:

Đáp án: E = α_T(T₂ – T₁) = 0,0195 V.

Ví dụ 3: Một mối hàn của cặp nhiệt điện nhúng vào nước đá đang tan, mối hàn kia được nhúng vào hơi nước sôi. Dùng milivôn kế đo được suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện là 4,25 mV. Tính hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện đó.

Hướng dẫn:

Đáp án: E = α_T(T₂ – T₁) → α_T = 42,5.10^-6 V/K.

Ví dụ 4: Nhiệt kế điện thực chất là một cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp mà ta không thể dùng nhiệt kế thông thường để đo được. Dùng nhiệt kế điện có hệ số nhiệt điện động α_T = 42 μV/K để đo nhiệt độ của một lò nung với một mối hàn đặt trong không khí ở 20^oC còn mối hàn kia đặt vào lò thì thấy milivôn kế chỉ 50,2 mV. Tính nhiệt độ của lò nung.

Hướng dẫn:

Đáp án: E = α_T(T₂ – T₁) → T₂ = 1488 K = 1215^o C.

B. Bài tập

Bài 1. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động là 32,4 μV/K được đặt trong không khí, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 330^oC thì suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện này có giá trị là 10,044 mV.

a) Tính nhiệt độ của đầu mối hàn trong không khí.

b) Để suất nhiệt động nhiệt điện có giá trị 5,184 mV thì phải tăng hay giảm nhiệt độ của mối hàn đang nung một lượng bao nhiêu ?

Lời giải:

a) Ta có: E = α_T(T₂ - T₁) = α_T(t^o₂ - t^o₁)

b) Ta có: E = α_T(T₂ - T₁) = α_T(t^o₂ - t^o₁)

   + Vậy phải giảm nhiệt độ mối hàn nung nóng một lượng là: Δt^o = 330^o - 180^o = 150^o

Bài 2. Cặp nhiệt điện Sắt – Constantan có hệ số nhiệt điện động α_T = 50,4 μV/K và điện trở trong r = 0,5Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở R_G = 19,5 Ω. Đặt mối hàn thứ nhất vào trong không khí ở nhiệt t1 = 27^oC, nhúng mối hàn thứ hai vào trong bếp điện có nhiệt độ 327^oC. Cường độ dòng điện chạy qua điện kế G là

Lời giải:

   + Suất nhiệt điện động: E_T = α_T|T₂ - T₁| = 50,4(327 - 27) = 15120(μV) = 15,12(mV)

   + Dòng điện qua điện kế:

Bài 3. Hai dây dẫn có hệ số nhiệt điện trở α₁, α₂ ở 0^oC có điện trở R₀₁, R₀₂. Tìm hệ số nhiệt điện trở chung của hai dây khi chúng mắc:

a) Nối tiếp.

b) Song song.

Lời giải:

Điện trở 2 dây dẫn ở nhiệt độ t: R₁ = R₀₁(1 + α₁t); R₂ = R₀₂(1 + α₂t) (với α₁t, α₂t << 1)

Gọi R₀ là điện trở chung của hai dây dẫn ở 0^oC; α là hệ số nhiệt điện trở chung của hai dây dẫn. Điện trở chung của hai dây dẫn ở nhiệt độ t là: R = R₀(1 + αt) (1)

a) Khi mắc nối tiếp: R = R₁ + R₂ = R₀₁(1 + α₁t) + R₀₂(1 + α₂t)

⇒ R = (R₀₁ + R₀₂) + (R₀₁α₁ + R₀₂α₂)t

Từ (1) và (2) suy ra:

b) Khi mắc song song:

Với α₁, α₂ << 1, ta có các công thức gần đúng:

nên (1 + α₁t)(1 + α₂t) ≈ 1 + (α₁ + α₂)t

Từ (1) và (3) suy ra: