B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
31
biÓu diÔn c¸c ch÷ c¸i hay ký hiÖu th× ng−êi ta dïng ®Ìn 16 thanh vµ ma trËn
®iÓm.
§èi víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ b»ng LED 7 thanh: ®©y lµ mét linh kiÖn quang
®iÖn tö. −u ®iÓm cña nã lµ tÇn sè ho¹t ®éng cao, thÓ tÝch nhá, c«ng suÊt tiªu
hao kh«ng lín l¾m, kh«ng lµm sôt ¸p khi khëi ®éng… §Æc ®iÓm quan träng
cña LED lµ kh«ng cÇn kÝnh läc vÉn cho ra mÇu s¾c (th−êng lµ mÇu xanh, vµng
hoÆc ®á) sù ph¸t s¸ng cña LED kh¸c víi ®Ìn th−êng. ë ®©y chÊt ph¸t s¸ng
®−îc nung nãng lµm cho ph«ton ®−îc gi¶i phãng. §iÒu kiÖn ®Ó nã ®−îc gi¶i
phãng lµ do cã sù tËp chung cao ®é cña electron vµ lç trèng. Ngoµi ra LED
còng cã cÊu tróc ®Æc tr−ng cña nh÷ng Diode th«ng th−êng tøc lµ còng cã d¹ng
mét mÆt ghÐp P-N, cã chiÒu dÉn ®iÖn vµ chiÒu kh«ng dÉn ®iÖn, v× nã cã thÓ
tÝch nhá, c«ng suÊt tiªu thô thÊp. Do ®ã nã rÊt thÝch hîp víi c¸c m¹ch logic
nªn LED ®−îc øng dông rÊt réng r·i trong mäi lÜnh vùc chØ b¸o vµ hiÓn thÞ kÕt
qu¶ ®o (nh− nhiÖt ®é, ®é Èm, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, thêi gian…) hoÆc mét tr¹ng
th¸i cña m¹ch logic. §èi víi LED 7 thanh hiÖn nay trªn thÞ tr−êng cã hai lo¹i
lµ: lo¹i an«t chung vµ lo¹i cat«t chung nh− h×nh 2.11.
H×nh 2.11. LED 7 ®o¹n lo¹i an«t (b) vµ cat«t (a) chung
ë lo¹i cat«t chung th× cat«t cña ®Ìn ®−îc nèi ®Êt cßn ®Çu an«t ®−îc nèi
qua c¸c ®iÖn trë lªn ®Çu ra cña m¹ch gi¶i m·, m¹ch gi¶i m· lµm c«ng viÖc cÊp
®iÖn ¸p Vcc cho LED (th−êng lµ 5V). ë lo¹i an«t chung, an«t cña c¸c LED
®−îc nèi ®Õn ®iÖn ¸p Vcc (th−êng lµ 5V), muèn ®o¹n nµy s¸ng ta nèi ®Çu cat«t
cña ®o¹n ®ã xuèng møc thÊp th«ng qua ®iÖn trë ®Ó giíi h¹n dßng ®iÖn, R cã
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
32
gi¸ trÞ trong kho¶ng
Ω
≤
≤
Ω
390180 R nÕu Vcc lµ 5V. Cßn cæng gi¶i m· lµm
nhiÖm vô nèi c¸c ®Çu cat«t xuèng m¸t.
2.2.5. C¶m biÕn nhiÖt ®é
C¶m biÕn nhiÖt ®é lµ mét dông cô chuyªn biÖt, ®−îc dïng ®Ó ®o vµ
khèng chÕ nhiÖt ®é. §©y mét ph−¬ng thøc ®o l−êng kh«ng ®iÖn, ®o vµ khèng
chÕ nhiÖt ®é ®−îc chia thµnh nhiÒu gi¶i nhiÖt ®é kh¸c nhau cã thÓ lµ ®o vµ
khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt ®é thÊp, ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt
®é trung b×nh, còng cã thÓ lµ ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt ®é cao.
Trong tÊt c¶ c¸c ®¹i l−îng vËt lý th× nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng ®¹i
l−îng ®−îc quan t©m nhiÒu nhÊt. §ã lµ v× nhiÖt ®é cã vai trß quyÕt ®Þnh trong
nhiÒu tÝnh chÊt cña vËt chÊt. Mét trong nh÷ng ®Æc ®iÓm t¸c ®éng cña nhiÖt ®é
lµ lµm thay ®æi mét c¸ch liªn tôc c¸c ®¹i l−îng chÞu ¶nh h−ëng cña nã. Bëi
vËy, trong nghiªn cøu khoa häc, trong c«ng nghiÖp vµ trong ®êi sèng hµng
ngµy viÖc ®o nhiÖt ®é lµ ®iÒu rÊt cÇn thiÕt.
Tuy nhiªn, ®Ó ®o ®−îc trÞ sè chÝnh x¸c cña nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò rÊt
phøc t¹p. PhÇn lín c¸c ®¹i l−îng vËt lý ®Òu cã thÓ x¸c ®Þnh mét c¸ch ®Þnh
l−îng nhê so s¸nh chóng víi mét ®¹i l−îng cïng b¶n chÊt ®−îc gäi lµ ®¹i
l−îng so s¸nh. Nh÷ng ®¹i l−îng nh− thÕ gäi lµ ®¹i l−îng më réng bëi v× chóng
cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng béi sè hoÆc −íc sè cña ®¹i l−îng chuÈn. Ng−îc l¹i, nhiÖt
®é lµ mét ®¹i l−îng gia t¨ng nªn viÖc nh©n vµ chia nhiÖt ®é kh«ng cã mét ý
nghÜa vËt lý râ rµng. Bëi vËy, nghiªn cøu c¬ së vËt lý ®Ó thiÕt lËp thang ®o
nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt.
* Thang ®o nhiÖt ®é: c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña vËt liÖu phô thuéc vµo
nhiÖt ®é cña chóng. Tõ sù thay ®æi nhiÖt cña mét ®Æc tr−ng vËt lý cña vËt liÖu
cho tr−íc ng−êi ta lu«n lu«n cã thÓ x¸c ®Þnh mét thang nhiÖt ®é cho phÐp ®o
nhiÖt ®é vµ ®Æc biÖt lµ nhËn biÕt sù c©n b»ng cña hai nhiÖt ®é. Tuy vËy, thang
nhiÖt ®é nh− thÕ lµ hoµn toµn tuú tiÖn bëi v× nã liªn quan ®Õn mét tÝnh chÊt ®Æc
biÖt cña mét vËt thÓ ®Æc biÖt, nã kh«ng cho phÐp g¸n cho gi¸ trÞ nhiÖt ®é mét ý
nghÜa vËt lý riªng. ChØ cã xuÊt ph¸t tõ c¸c ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc míi cã thÓ
x¸c ®Þnh thang nhiÖt ®é cã ®Æc tr−ng tæng qu¸t.
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
33
C¸c thang nhiÖt ®é tuyÖt ®èi ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng tù nh− nhau vµ dùa trªn
c¸c tÝnh chÊt cña chÊt khÝ lý t−ëng. §Þnh luËt Carnot nªu râ: hiÖu suÊt
η
cña mét
®éng c¬ nhiÖt thuËn nghÞch ho¹t ®éng gi÷a hai nguån (víi nhiÖt ®é 1
θ
vµ nhiÖt ®é
2
θ
t−¬ng øng), trong mét thang ®o bÊt kú, chØ phô thuéc vµo 1
θ
vµ 2
θ
:
()
()
1
2
F
F
θ
η
θ
= (2-1)
Nh− vËy, hµm F phô thuéc vµo thang ®o nhiÖt ®é. Ng−îc l¹i, viÖc lùa
chän hµm F sÏ quyÕt ®Þnh thang ®o nhiÖt ®é. §Æt
)
TF
=
θ
khi ®ã sÏ x¸c ®Þnh
®−îc T nh− lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng häc tuyÖt ®èi vµ hiÖu suÊt cña ®éng c¬ nhiÖt
thuËn nghÞch ®−îc viÕt nh− sau:
2
1
1T
T
−=
η
(2-2)
Trong ®ã: T1 vµ T2 lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng häc tuyÖt ®èi cña hai nguån.
MÆt kh¸c ta còng biÕt, chÊt khÝ lý t−ëng ®−îc x¸c ®Þnh bëi: néi n¨ng U chØ phô
thuéc vµo nhiÖt ®é cña chÊt khÝ, ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng liªn hÖ gi÷a ¸p suÊt p,
thÓ tÝch v vµ nhiÖt ®é
θ
nh− sau:
p.v = G(
θ
) (2-3)
Ngoµi ra còng cã thÓ chøng minh ®−îc lµ:
G(
θ
) = RT (2-4)
Trong ®ã: R lµ h»ng sè cña chÊt khÝ lý t−ëng. Gi¸ trÞ R cña mét ph©n tö
gam chÊt khÝ chØ phô thuéc vµo ®¬n vÞ ®o nhiÖt ®é. ®Ó cã thÓ g¸n mét gi¸ trÞ sè
cho T, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®¬n vÞ cho nhiÖt ®é. Muèn vËy chØ cÇn g¸n mét gi¸ trÞ
sè cho nhiÖt ®é t−¬ng øng víi mét hiÖn t−îng nµo ®ã víi ®iÒu kiÖn lµ hiÖn
t−îng nµy hoµn toµn x¸c ®Þnh vµ cã tÝnh lÆp l¹i.
+ Thang ®o nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi: thang Kelvin ( ®¬n vÞ lµ 0K)
trong thang ®o nµy ng−êi ta g¸n cho nhiÖt ®é cña ®iÓm c©n b»ng cña ba tr¹ng
th¸i n−íc- n−íc ®¸- h¬i mét gi¸ trÞ sè b»ng 273,150K. Tõ thang nhiÖt ®é ®éng
häc tuyÖt ®èi ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc c¸c thang míi lµ thang Celsius vµ
thang Fahrenheit b»ng c¸ch dÞch chuyÓn c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é.
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
34
+ Thang Celsius: trong thang nµy ®¬n vÞ nhiÖt ®é lµ (0C). Quan hÖ gi÷a
nhiÖt ®é Celsius vµ nhiÖt ®é Kelvin ®−îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc sau:
T(0C) = T(0K) - 273,15 (2-5)
+ Thang Fahrenheit: ®¬n vÞ ®o nhiÖt ®é lµ Fahrenheit (0F). Quan hÖ gi÷a
nhiÖt ®é Celsius víi nhiÖt ®é Fahrenheit x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc sau:
() (){}
9
5
32
00 −= FTCT (2-6)
() ()
32
5
900 += CTFT (2-7)
B¶ng 3.1 d−íi ®©y ghi c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña mét sè nhiÖt ®é quan
trong ë c¸c thang ®o kh¸c nhau.
B¶ng 2.1
NhiÖt ®é Kelvin
(0K)
Celsius
(0C)
Fahrenheit
(0F)
§iÓm 0 tuyÖt ®èi 0 -273,15 -459,67
Hçn hîp n−íc-n−íc ®¸ 273,15 0 32
C©n b»ng n−íc-n−íc ®¸-h¬i n−íc 273,16 0,01 32,018
N−íc s«i 373,15 100 212
Thùc tÕ cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é kh¸c nhau, trong ®ã ®Ó cã
thÓ ®o trùc tiÕp gi¸ trÞ nhiÖt ®é th× ng−êi ta th−êng sö dông mét sè ph−¬ng
ph¸p d−íi ®©y.
2.2.5.1. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ
§Ó khèng chÕ nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn hiÖn nay mµ dïng
b»ng nhiÖt kÕ th× ng−êi ta sö dông mét sè dông cô nh−:
+ NhiÖt kÕ d·n në chÊt láng trong èng thuû tinh: dông cô nµy ®−îc dïng
®Ó khèng chÕ nhiÖt ®é trong kho¶ng tõ -2000C ®Õn 7500C, nguyªn lý ho¹t ®éng
cña lo¹i nhiÖt kÕ nµy lµ dùa trªn sù d·n në v× nhiÖt cña chÊt láng trong nhiÖt
kÕ. Mµ tiªu biÓu cho dông cô nµy mµ cã mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn do Liªn
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
35
X« vµ Trung Quèc s¶n xuÊt tr−íc ®©y vÉn ®ang ®−îc sö dông lµ nhiÖt kÕ c«ng
t¾c nguyªn lý vµ cÊu t¹o cña nã nh− sau:
• CÊu t¹o cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c :
NhiÖt kÕ c«ng t¾c cã d¹ng nh− h×nh 2.12 sau:
H×nh 2.12. S¬ ®å cÊu t¹o cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c
Trong ®ã: 1- BÇu thñy ng©n; 2- Cét cho thñy ng©n d©ng lªn; 3- D©y b¹ch
kim; 4- Gèi vÝt v« tËn vµ cÇu nèi tiÕp ®iÓm ®éng; 5-Trôc vÝt v« tËn; 6- B¶ng ®Æt
nhiÖt ®é trªn; 7- Vá ngoµi; 8- Lâi s¾t non; 9- Nam ch©m vÜnh cöu; 10-VÝt ®Þnh
vÞ nhiÖt ®é; 11- æ c¾m nhiÖt kÕ; 12- Nhùa g¸ lâi nhiÖt kÕ; 13- £cu ®Æt nhiÖt ®é
vµ g¾n tiÕp ®iÓm ®éng; 14- B¶ng ®Æt nhiÖt ®é trªn; 15- B¶ng xem nhiÖt ®é.
• Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c:
Khi xoay nam ch©m vÜnh cöu (9) th× lâi s¾t non (8) còng chuyÓn ®éng
theo lµm cho ªcu ®Æt nhiÖt ®é vµ g¾n tiÕp ®iÓm (13) ch¹y trªn trôc vÝt (5), ®ång
thêi thay ®æi kho¶ng c¸ch cÆp tiÕp ®iÓm mµ mét m¸ cña tiÕp ®iÓm chÞu sù ®iÒu
khiÓn cña cét thñy ng©n, cßn mét m¸ cña tiÕp ®iÓm lµ d©y b¹c nhá nh− sîi tãc
vµ còng cã thÓ dao ®éng lªn xuèng ®−îc. D−íi t¸c ®éng cña nhiÖt ®é lµm cho