NHIỆT NĂNG A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Nhiệt nãng : Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Các cách làm thay đổi nhiệt năng : Nhiệt năng của một vật có thể thay đổi bằng hai cách : thực hiện công hoặc truyền nhiệt. Nhiệt lượng : Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm được hay .mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. Đơn vị của nhiệt năng và nhiệt lượng là Jun [J]. Lưu ỷ : Khái niệm nhiệt năng đưa ra là rất trừu tượng. Song ta có thể hình dung rằng, khi một vật chuyển động thì có động năng, vật ở trên cao so với mặt đất thì có thế năng là do tương tác giữa vật với Trái Đất. Từ kiến thức đã học về cấu tạo chất cho thấy, dù vật chuyển động hay đứng yên thì bên trong vật các phân tử cấu tạo nên vật vẫn chuyển động hỗn độn không ngừng. Do đó, các phân tử cũng có động năng gọi là động nãng phân tử. Tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật làm cho vật có năng lượng, năng lượng này gọi là nhiệt năng của vật. Về hai cách làm thay đổi nhiệt năng : Đối với cách thực hiện công, HS được nhìn thấy chuyển động cơ học là nguyên nhân làm vật tăng nhiệt độ. Còn cách truyền nhiệt thì HS không nhìn thấy một cách trực tiếp các phân tử chuyển động nhanh lên mà vẫn thấy vật nóng lên, HS cũng không đo trực tiếp nhiệt năng mà chỉ có thể đo nhiệt độ và muốn biết nhiệt năng có thay đổi hay không thì phải thông qua đại lượng trung gian là nhiệt độ. Song để hiểu kĩ hơn vấn đề này HS có thể hình dung như sau : khi nhiệt độ của vật tãng, thì vận tốc của các phân tử tăng, động năng phân tử tăng. Do đó khi nhiệt độ của vật tăng thì nhiệt năng của vật tăng và ngược lại. Thực hiện công và truyền nhiệt là các hình thức truyền năng lượng khác nhau. Thực hiện công là hình thức truyền năng lượng giữa các vật thể vĩ mô, gắn với sự chuyển dời có hướng của vật thể, còn truyền nhiệt là hình thức truyền năng lượng giữa các nguyên tử, phân tử. Thực hiện công có thể làm tăng một dạng năng lượng bất kì, nhưng truyền nhiệt chỉ có thể làm tăng nội năng, sau đó nội năng mới chuyển hoá thành các dạng nãng lượng khác. Công là số đo cơ năng được truyền đi, còn nhiệt lượng là số đo nhiệt năng được truyền đi. Vì đều là các số đo năng lượng truyền đi nên công và nhiệt lượng có cùng thứ I.guyên và cùng đơn vị. Cũng vì công và nhiệt lượng chỉ là các số đo năng lượng truyền đi, nên công và nhiệt lượng chỉ xuất hiện khi có quá trình truyền năng lượng, còn nếu không có quá trình truyền năng lượng thì chẳng có gì để nói tới công và nhiệt lượng. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT C1 và C2. Tuỳ theo từng HS có thể đứa ra các phương án khác nhau. C3. Nhiệt năng của miếng đồng giảm, của nước tăng. Đây là sự truyền nhiệt. C4, Từ cơ năng sang nhiệt nãng. Đây là sự thực hiện công. C5. Một phần cơ năng đã biến thành nhiệt năng của không khí gần quả bóng, của quả bóng và mặt sàn. c. 21.2. B. Động năng, thế năng, nhiệt năng. Khi đun nước có sự truyền nhiệt từ ngọn lửa sang nước. Khi hơi nước giãn nở làm bật nút ống nghiệm thì có sự thực hiện công. 21.5*. Mực thuỷ ngân trong nhiệt kế tụt xuống vì không khí phì ra từ quả bóng thực hiện công, một phần nhiệt năng của nó chuyển hoá thành cơ năng. 21.6*. Không khí bị nén trong chai thực hiện công làm bật nút ra. Một phần nhiệt năng của không khí đã chuyển hoá thành cơ năng nên không khí lạnh đi. Vì không khí có chứa hơi nước nên khi gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ thành các hạt nước nhỏ li ti tạo thành sương mù. B. 21.8. c. 21.9. D. 21.10. D. c. 21.12. B. 21.13. c. 21.14*. Nhiệt năng của khí trong nửa ống bên phải đã thay đổi bằng các quá trình : Truyền nhiệt khi được đốt nóng. Thực hiện công khi giãn nở đẩy giọt thuỷ ngân chuyển dời. 21.15*. a] Truyền nhiệt. Thực hiện công. Nhiệt năng của nước không thay đổi vì nhiệt độ của nước không đổi. Nhiệt lượng do bếp cung cấp được dùng để biến nước thành hơi nước. - Giống nhau : Nhiệt năng đều tăng. Khác nhau : Khi nấu nhiệt năng tăng do truyền nhiệt, còn khi xát nhiệt năng tăng do thực hiện' công. 21.17*. - Giống nhau : Đều có thể làm tăng hoặc giảm nhiệt năng. - Khác nhau : Trong sự truyền nhiệt không có sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, còn trong sự thực hiện công thì có sự chuyển hoá từ cơ năng sang nhiệt năng và ngược lại. Nếu nói : "Một giọt nước ở nhiệt độ 60°C có nhiệt năng lớn hơn nước trong một cốc nước ở nhiệt độ 30°C" là sai. Vì nhiệt năng của vật không những phụ thuộc nhiệt, độ mà còn phụ thuộc số phân tử cấu tạo nên vật đó, nghĩa là còn phụ thuộc khối lượng của vật. Phải nói : "Một giọt nước ở nhiệt độ 60°C có nhiệt năng lớn hơn một giọt nước có cùng khối lượng lấy từ cốc nước ở nhiệt độ 30°C". Nhiệt độ của giọt thuỷ ngân tăng do thuỷ ngân ma sát với thuỷ tinh. Đó là sự tăng nhiệt năng do nhận được công. c. BÀI TẬP BỔ SUNG 21a. Nếu nung nóng một thỏi sắt rồi thả vào cốc nước lạnh. Hỏi nhiệt năng của thỏi sắt v^của nước trong cốc thay đổi như thê' nào ? Nguyên nhân của sự thay đổi đó là gì ? 21b. Tại sao khi đóng đinh, nếu dùng búa đập nhiều lần vào đầu đinh thì đinh nóng lên ? 21c. Có hai cốc nước đựng hai lượng nước như nhau nhưng có nhiệt độ khác nhau : một cốc nước lạnh và một cốc nước nóng. Hỏi cốc nước nào có nhiệt năng lớn hơn ? Vì sao ? Nếu trộn hai cốc nước với nhau, nhiệt năng của'chúng thay đổi thế nào ?
Một học sinh nói: “ Một giọt nước ở nhiệt độ 60oC có nhiệt năng lớn hơn nước trong một cốc nước ở nhiệt độ 30oC”
Theo em bạn đó nói đúng hay sai? Tại sao? Phải nói thế nào mới đúng?
Trong dân gian ta có câu: “Thùng rỗng kêu to”. Dựa vào kiến thức vật lý đã học hãy cho biết câu nói đó đúng hay sai? Tại sao?
Câu hỏi: Nhiệt năng là gì?
Lời giải:
Nhiệt năng của vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật.
Nhiệt năng có bản chất là tổng của các động năng được tạo thành từ chuyển động hỗn loạn của các hạt cấu tạo. Những chuyển động này bao gồm chuyển động của khối tâm phân tử, dao động của các hạt cấu tạo với quỹ đạo lấy hạt nhân của nguyên tử làm tâm và chuyển động quay của các phân tử quanh khối tâm. Tổng các động năng phát sinh từ các chuyển động kể trên được gọi là nhiệt năng.
Cùng Top lời giải mở rộng thêm về nhiệt năng và tìm hiểu xem nhiệt năng và nhiệt độ có quan hệ như thế nào nhé!
1. Cách để làm thay đổi nhiệt năng là gì?
Để thay đổi nhiệt năng của một vật chúng ta thường có hai cách làm cơ bản.Đó chính là thực hiện công hoặc hoạt động truyền nhiệt. Nhiệt năng có thể sinh ra đồng thời khi vật thực hiện công. Chính vì điều đó, các nhà khoa học đã đưa ra cách làm này để ứng dụng. Truyền nhiệt cho vật sẽ giúp nhiệt độ của vật tăng lên.
Thực hiện công
Để làm tăng nhiệt năng của vật, người ta thường thực hiện công. Chúng ta làm cho vật chuyển động, hoặc tác động lực lên vật. Khi đó, vật sẽ tăng nhiệt độ hay nói cách khác là tăng nhiệt năng. Vật di chuyển, các phân tử cấu tạo nên vật cũng di chuyển nhanh hơn. Từ đó nhiệt độ của vật tăng lên không ngừng cho đến khi vật dừng lại.
Truyền nhiệt
Bên cạnh việc thực hiện công, truyền nhiệt cũng là cách để tăng giảm nhiệt năng của vật. Truyền nhiệt là một cách vô cùng đơn giản. Chúng ta chỉ cần khiến cho vật nóng lên mà không thực hiện công. Ví dụ để vật ngâm trong nước nóng. Nhiệt độ từ nước nóng truyền sang vật mà chúng ta không cần thực hiện bất cứ điều gì. Vật sẽ từ từ nóng lên. Nhiệt năng của vật cũng tăng lên đáng kể sau khi ngâm. Đây chính là một cách nhanh chóng để tăng nhiệt năng.
2. Nhiệt lượng là gì?
Nhiệt lượng được hiểu là một phần nhiệt năng mà vật sẽ nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt.Nhiệt lượng của 1 vật phụ thuộc vào 3 yếu tố:
- Khối lượng của vật: Nếu khối lượng của vật càng lớn thì nhiệt lượng của vật thu vào càng lớn và ngược lại.
- Độ tăng nhiệt độ: Khi nhiệt độ của vật càng tăng thì nhiệt là vật thu vào càng lớn
- Chất cấu tạo nên vật.
Công thức tính nhiệt lượng
Nhiệt lượng có công thức tính:
Q = m.c.∆t
Trong đó:
- Q là nhiệt lượng mà vật tỏa ra hoặc thu về. Có đơn vị là Jun [J]
- m là khối lượng của vật, đơn vị kilogram [kg]
- c là nhiệt dung riêng của vật chất, đo bằng J/kg.K
- ∆t là độ tăng nhiệt của vật [ độ C hoặc K]
Nhiệt dung của 1 chất có thể cho bạn biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1 kg chất tăng thêm 1 độ C. ∆t chính là độ thay đổi nhiệt độ. Hay nói cách khác dây chính là sự biến thiên nhiệt độ [Độ C hoặc K]:
∆t= t2-t1
∆t > 0: vật tỏa nhiệt
∆t < 0: vật thu nhiệt.
3. Ứng dụng của nhiệt năng trong cuộc sống
Để cuộc sống của con người tồn tại, năng lượng là yếu tố quan trọng không thể thiếu. Năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng cụ thể như:
- Điện năng: Gồm năng lượng của dòng điện do các phân tử điện chuyển động theo một hướng.
- Cơ năng: Đây là nguồn năng lượng của các chuyển động cơ học với 2 hình thức chuyển động là thế năng và động năng.
- Nhiệt năng: Là nguồn nhiệt được tạo ra do các phân tử của vật chuyển động.
Trong những năng lượng kể trên nhiệt năng là năng lượng được con người ứng dụng nhiều trong cuộc sống và sản xuất. Được ứng dụng để phục vụ cho nhiều nhu cầu của con người đó là:
- Ứng dụng trong các thiết bị như bếp ga, bếp từ,..
- Ứng dụng trong các thiết bị nóng lạnh, bình đun nước,…
- Ứng dụng trong sản xuất gối sưởi, lò sưởi, quạt sưởi,…
- Ứng dụng trong máy sấy, máy hút ẩm, tủ sấy,….
4. Mối quan hệ giữa nhiệt năng và nhiệt độ
Nhiệt năng và nhiệt độ là hai khái niệm vật lý có sự liên kết và phụ thuộc lớn nhau vô cùng chặt chẽ. Nhiệt năng là tổng động năng phát sinh từ chuyển động của nguyên tử và các hạt cơ bản. Trong khi đó, nhiệt độ chính là đại lượng vật lý biểu hiện cho nhiệt năng của một vật. Vật thể có nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nó có lượng điện năng lớn. Điều này là do các nguyên tử và hạt cơ bản chuyển động nhanh hơn trong môi trường nhiệt độ cao, đồng thời tạo ra nhiều nhiệt lượng hơn từ những chuyển động hỗn loạn của chúng.