Lý thuyết Nhiệt độ. Thang nhiệt độ - Nhiệt kế - Vật lí 12 Kết nối tri thức

Bài 3. Nhiệt độ. Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

I. Khái niệm nhiệt độ

Nhiệt độ cho biết trạng thái cân bằng nhiệt của các vật tiếp xúc nhau và chiều truyền nhiệt năng:

- Khi hai vật có nhiệt độ chênh lệch tiếp xúc nhau thì nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn

- Khi hai vật có nhiệt độ bằng nhau tiếp xúc nhau thì không có sự truyền nhiệt năng giữa chúng. Hai vật ở trạng thái cân bằng nhiệt

II. Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

1. Các thang nhiệt độ

a. Thang nhiệt độ Celsius

- Thang Celsius là thang đo nhiệt độ có một mốc là nhiệt độ nóng chảy của nước đá tinh khiết (quy ước là \(0^\circ C\)) và mốc còn lại là nhiệt độ sôi của nước tinh khiết (quy ước là \(100^\circ C\)). Khoảng giữa hai mốc nhiệt độ này được chia thành 100 khoảng bằng nhau.

- Thực tế là cả hai mốc nhiệt độ này đều không cố định vì có thể thay đổi nếu áp suất thay đổi. Do đó, các mốc nhiệt độ này được quy ước xác định ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn (1 atm).

- Nhiệt độ trong thang Celcius thường được kí hiệu bằng chữ t, đơn vị là độ C (\(^\circ C\)). Các nhiệt độ cao hơn \(0^\circ C\) có giá trị dương, thấp hơn \(0^\circ C\) có giá trị âm.

b. Thang nhiệt độ Kelvin

Thang nhiệt độ Kelvin, còn được gọi là thang đo nhiệt động, mà trong đó mọi nhiệt độ đều có giá trị dương. Hai nhiệt độ được dùng làm mốc là:

- Nhiệt độ không tuyệt đối, được định nghĩa là 0 K.

- Nhiệt độ mà nước đá, nước và hơi nước có thể cùng tồn tại, trong trạng thái cân bằng nhiệt ở áp suất tiêu chuẩn, được định nghĩa là 273,16 K (tương đương với \(0,01^\circ C\)), được gọi là nhiệt độ điểm ba của nước.

0 K được gọi là nhiệt độ không tuyệt đối, tức là không thể có nhiệt độ thấp hơn 0 K. Do đó, 0 K là nhiệt độ mà các phân tử có động năng chuyển động nhiệt bằng không và thế năng tương tác giữa chúng là tối thiểu. Nghĩa là vật ở 0 K sẽ có nội năng tối thiểu.

c. Chuyển đổi giữa các thang nhiệt độ

- Công thức chuyển đổi giữa hai thang nhiệt độ Celsius và Kelvin:

\(T\left( K \right) = t\left( {^\circ C} \right) + 273,15\)

Hoặc \(t\left( {^\circ C} \right) = T\left( K \right) - 273,15\)

- Người ta thường làm tròn số như sau:

\(T\left( K \right) = t\left( {^\circ C} \right) + 273\)

\(t\left( {^\circ C} \right) = T\left( K \right) - 273,15\)

- Một số nước còn sử dụng thang nhiệt độ Fahrenheit. Trong thang này, nhiệt độ của nước đá đang tan là \(32^\circ F\), của nước đang sôi là \(212^\circ F\).

- Công thức chuyển đổi: \(t\left( {^\circ F} \right) = 32 + 1,8t\left( {^\circ C} \right)\)

2. Nhiệt kế

- Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ. Nhiệt kế được chế tạo dựa trên một số tính chất vật lí phụ thuộc vào nhiệt độ của các chất, các vật liệu, các linh kiện và điện tử,…

- Tính chất vật lí được sử dụng nhiều trong việc chế tạo nhiệt kế là sự nở vì nhiệt.

- Các nhiệt kế thường dùng là các nhiệt kế được chế tạo dựa trên sự nở dài của cột chất lỏng trong ống thuỷ tinh (nhiệt kế rượu, nhiệt kế thuỷ ngân, nhiệt kế dầu). Sự nở dài của một thanh kim loại mỏng thẳng hoặc xoắn ốc được dùng trong việc chế tạo các loại nhiệt kế kim loại; sự nở vì nhiệt của thể tích một lượng khí xác định ở áp suất không đổi được dùng để chế tạo các loại nhiệt kế khí.

Sơ đồ tư duy về “Nhiệt độ. Thang nhiệt độ - Nhiệt kế”