Tùy theo việc điều chỉnh vòi nước mà khi rửa tay, ta có thể cảm thấy nước nóng hoặc lạnh (Hình 3.1). Năng lượng nhiệt đã truyền như thế nào giữa tay ta và nước trong mỗi trường hợp này?
Hình 3.1. Rửa tay dưới vòi nước nóng – lạnh
Vận dụng lí thuyết về năng lượng nhiệt
Khi điều chỉnh vòi nước để cảm nhận nước nóng hoặc lạnh khi rửa tay, cảm giác nhiệt độ được tạo ra do năng lượng nhiệt được truyền giữa tay và nước. Quá trình truyền nhiệt này diễn ra qua ba phương tiện chính: dẫn nhiệt, dẫn chất và bức xạ.
- Dẫn nhiệt:
+ Khi vòi nước được đặt ở nhiệt độ cao, nước nóng sẽ chảy qua đường ống và truyền nhiệt độ đến vòi nước và tay bạn.
+ Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt thông qua chất lỏng hoặc rắn mà không có sự chuyển động của chất lỏng đó. Trong trường hợp này, nước đóng vai trò là chất dẫn nhiệt.
- Dẫn chất:
+ Nước chảy qua đầu vòi và tiếp xúc với tay bạn, chất nước này truyền nhiệt cho tay của bạn thông qua tiếp xúc trực tiếp.
+ Dẫn chất là quá trình truyền nhiệt thông qua sự chuyển động của các phân tử chất nhiệt.
- Bức xạ:
+ Nếu nước rất nóng, nó có thể phát ra tia nhiệt bức xạ, tức là nhiệt độ được truyền qua không khí và không gian trống từ nguồn nhiệt đến bề mặt của tay bạn.
+ Bức xạ là quá trình truyền nhiệt thông qua sóng điện từ mà không cần sự truyền trực tiếp của chất lỏng hay chất khí.
Tùy thuộc vào cách bạn điều chỉnh vòi nước, sự kết hợp của các phương tiện truyền nhiệt này sẽ tạo ra cảm giác nhiệt độ khác nhau trên tay của bạn.
Các bài tập cùng chuyên đề
Làm thế nào để nhận biết được sự truyền nhiệt năng giữa các vật? Ví dụ, làm thế nào để nhận biết: “Vật nào là vật truyền nhiệt năng, vật nào là vật nhận nhiệt năng; sự truyền nhiệt năng đã dừng lại hay còn đang tiếp tục;…?”
Chuẩn bị:
- Cốc nhôm đựng khoảng 200 mL nước ở nhiệt độ khoảng 30 °C (1).
- Bình cách nhiệt đựng khoảng 500 mL nước ở nhiệt độ khoảng 60 °C (2).
- Hai nhiệt kế (3).
Tiến hành:
- Đặt cốc nhôm vào trong lòng bình cách nhiệt sao cho nước trong bình cách nhiệt ngập một phần cốc nhôm (Hình 3.1).
- Quan sát sự thay đổi nhiệt độ của nước trong bình và trong cốc từ khi bắt đầu thí nghiệm tới khi hai nhiệt độ này bằng nhau.
Trả lời các câu hỏi sau:
1. Tại sao có thể biết nước trong bình truyền nhiệt năng cho nước trong cốc?
2. Làm thể nào để nhận biết quá trình truyền nhiệt năng giữa nước trong bình và nước trong cốc đã kết thúc?
Có thể nói khi hai vật tiếp xúc với nhau thì nhiệt năng luôn tự truyền từ vật có nội năng lớn hơn sang vật có nội năng nhỏ hơn hay không? Tại sao? Tìm ví dụ minh họa.
Hình 3.3 giới thiệu nhiệt độ của một số sự vật, hiện tượng, quá trình.
1. Nhiệt độ không tuyệt đối là nhiệt độ nào trong hai thang nhiệt độ Celsius và Kelvin?
2. Nêu ý nghĩa của nhiệt độ không tuyệt đối.
3. Hãy dựa vào bảng so sánh hai thang nhiệt độ Celsius và Kelvin ở Hình 3.2 để chứng minh rằng: mỗi độ chia (1 °C) trong thang nhiệt độ Celsius có độ lớn bằng 1 độ chia (1K) trong thang nhiệt độ Kelvin.
4. Chứng minh công thức chuyển nhiệt độ từ thang Celsius sang thang Kelvin và ngược lại:
t (°C) = T (K) - 273,15
T (K) = t (°C) + 273,15.
1. Chuyển đổi nhiệt độ:
a) Từ thang Celsius sang thang Kelvin: 270 °C; -270 °C; 500 °C.
b) Từ thang Kelvin sang thang Celsius: 0 K; 500 K; 1 000 K.
2. Một vật được làm lạnh từ 100 °C xuống 0 °C. Hỏi nhiệt độ của vật theo thang Kelvin giảm đi bao nhiêu độ?
3. Thang nhiệt độ Kelvin có những ưu điểm gì so với thang nhiệt độ Celsius?
Để đo nhiệt độ của vật, người ta sử dụng các loại nhiệt kế có thang đo khác nhau (Hình 2.1). Có những thang nhiệt độ nào và làm thế nào để chuyển đổi nhiệt độ giữa các thang đo ấy?
Cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc nhau, hãy dự đoán chiều truyền năng lượng nhiệt giữa chúng. Đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra
Nêu một vài ví dụ về sự truyền năng lượng nhiệt giữa các vật và cho biết chiều truyền năng lượng nhiệt giữa chúng
Kể tên các thang nhiệt độ mà em biết
Dựa vào cách chia nhiệt độ trong thang nhiệt độ Celsius và thang nhiệt độ Kelvin, hãy chứng minh:
\(1^\circ C = \frac{1}{{100}}\) của khoảng cách giữa nhiệt độ nóng chảy của nước tinh khiết đóng băng và nhiệt độ sôi của nước tinh khiết (ở áp suất 1 atm);
\(1K = \frac{1}{{273,16}}\) của khoảng cách giữa nhiệt độ không tuyệt đối và nhiệt độ điểm mà nước tinh khiết tồn tại đồng thời ở thể rắn, lỏng và hơi (ở áp suất 1 atm)
Hãy thiết lập biểu thức chuyển đổi nhiệt độ của một vật từ thang nhiệt độ Celsius sang thang nhiệt độ Kelvin và ngược lại
1. Nhiệt độ của khối khí trong phòng đo được là 27 ℃. Xác định nhiệt độ của khối khí trong thang nhiệt độ Kelvin
2. Một nhiệt kế có phạm vi đo từ 273 K đến 1273 K dùng để đo nhiệt độ của các lò nùng.
a) Xác định phạm vi đo của nhiệt kế này trong thang nhiệt độ Celcius?
b) Nếu sử dụng nhiệt kế này để đo nhiệt độ lò nung đang nấu chảy đồng có nhiệt độ nóng chảy là 1083 ℃ thì nhiệt kế có đo được không?
Kết luận nào dưới đây là không đúng với thang nhiệt độ Celsius?
A. Kí hiệu của nhiệt độ là t.
B. Đơn vị đo nhiệt độ là °C.
C. Chọn mốc nhiệt độ nước đá đang tan ở áp suất 1 atm là 0 °C.
D. 1 °C tương ứng với 273 K.
Giả sử một học sinh tạo ra một nhiệt kế sử dụng một thang nhiệt độ mới cho riêng mình, gọi là thang nhiệt độ Z, có đơn vị là °Z. Trong đó, nhiệt độ của nước đá đang tan ở 1 atm là - 5 °Z và nhiệt độ nước sôi ở 1 atm là 105 °Z.
a) Thiết lập biểu thức chuyển đổi nhiệt độ từ thang nhiệt độ Celcius sang thang nhiệt độ Z.
b) Nếu dùng nhiệt kế mới này đo nhiệt độ một vật thì thấy giá trị 61 °Z, nhiệt độ của vật trong thang nhiệt độ Celcius là bao nhiêu?
c) Nhiệt độ của vật bằng bao nhiêu (theo thang nhiệt độ Celcius) để số chỉ trên hai thang nhiệt độ bằng nhau?
Đề xuất phương án thí nghiệm với các dụng cụ ở nhà trường để xác định chiều truyền năng lượng nhiệt giữa hai vật.
Dụng cụ
- Cốc thủy tinh (1)
- Cốc kim loại (2)
- Nhiệt kế (3)
Hình 3.2 là ảnh chụp các dụng cụ.
Phương án thí nghiệm
- Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ nêu trên.
- Lập phương án thí nghiệm với các dụng cụ đó.
Tiến hành
Sau đây là một phương án thí nghiệm với các dụng cụ nêu trên.
Bước 1
- Đổ nước từ trong cùng một bình chứa vào hai cốc. Đo nhiệt độ nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc đầu).
- Đặt cốc (2) vào trong (1). Sau hai phút, đo nhiệt độ của nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc sau).
Bước 2
- Giữ nguyên nước trong cốc (1). Đưa cốc (2) ra khỏi cốc (1) và thay nước trong cốc này bằng nước nóng.
- Đo nhiệt độ nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc đầu).
- Đặt cốc (2) chứa nước nóng vào trong cốc (1). Sau hai phút, đo nhiệt độ của nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc sau).
Kết quả
- Rút ra kết luận về sự truyền năng lượng nhiệt giữa nước trong cốc thủy tinh và nước trong cốc kim loại ở hai bước của thí nghiệm.
Ở bước 1 của thí nghiệm này, dựa vào cơ sở nào để suy ra là không có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai cốc nước?
Ở bước 2 của thí nghiệm này, dựa vào cơ sở nào để suy ra là có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai cốc nước?
Hoàn thành bảng ghi nhiệt độ các điểm nóng chảy và sôi (ở áp suất không khí tiêu chuẩn) của các vật liệu khác nhau theo nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin.
Đo nhiệt độ cơ thể người bình thường là 37oC. Trong thang nhiệt độ Farenhai, kết quả đo nào sau đây đúng?
Giá trị nhiệt độ đo được theo thang nhiệt độ Kenvin là 293K. Hỏi theo thang nhiệt độ Farenhai, nhiệt độ đó có giá trị là bao nhiêu? Biết rằng mỗi độ trong thang nhiệt độ Kenvin (1K) bằng 1 độ trong thang nhiệt độ Xenxiut (1oC) và 0oC ứng với 273K.
Trong thang nhiệt độ Farenhai, nhiệt độ của nước đang sôi là:
Nước ở trong trường hợp nào dưới đây có trọng lượng riêng lớn nhất?
Đâu là đơn vị đo nhiệt độ thường được sử dụng ở nước ta?
Để xác định mức độ nóng hay lạnh của vật, chúng ta sử dụng khái niệm nào?
Trong thang đo nhiệt độ Celsius, nhiệt độ của nước đang sôi là:
Việc ước lượng nhiệt độ trước khi đo có tác dụng gì?
Nối nhiệt độ phù hợp với các tình huống sau đây:
(1) Nhiệt độ của cơ thể người
(2) Nhiệt độ đông đặc của nước
(3) Nhiệt độ nóng chảy của đồng
(4) Nhiệt độ ở Bắc Cực
a) – 43oC. b) 37oC.
c) 0oC. d) 1 084oC.
Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì năng lượng nhiệt sẽ truyền một cách tự phát từ
A. vật có nhiệt độ thấp hơn sang vật có nhiệt độ cao hơn.
B. vật có khối lượng lớn hơn sang vật có khối lượng nhỏ hơn.
C. vật có thể tích lớn hơn sang vật có thể tích nhỏ hơn.
D. vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
Hai hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt thì
A. chúng nhất thiết phải ở cùng nhiệt độ.
B. chúng nhất thiết phải chứa cùng một lượng nhiệt.
C. chúng nhất thiết phải có cùng khối lượng.
D. chúng nhất thiết phải được cấu tạo từ cùng một chất.
