Lý thuyết về đối lưu và bài tập ứng dụng có đáp án chi tiết

Đối lưu là gì? 

Đối lưu (hay convection) chính là chỉ lưu động tương đối của nội bộ chất lưu (chất lỏng và chất khí) bởi vì nhiệt độ của các bộ phận không giống nhau cho nên hình thành. Có thể hiểu cách khác là chất lưu thực hiện quá trình chuyển giao nhiệt lượng thông qua tính lưu động vĩ mô của tự thân các bộ phận.

Trong cuộc sống hằng ngày, hiện tượng đối lưu có thể xảy ra và dễ nhận biết nhất chính là khi ta đun nước, dòng nước bên dưới sẽ nóng lên, trọng lượng riêng giảm và chuyển động dần dần lên phía trên, còn phần nước ở phía trên có trọng lượng riêng lớn hơn nên sẽ chuyển động xuống dưới. Cứ như vậy tạo thành dòng đối lưu. 

Các loại đối lưu 

Đối lưu được chia làm 2 loại, dựa vào cách phát sinh mà đối lưu gồm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức:

Đối lưu tự nhiên

Đối lưu tự nhiên là loại đối lưu được hình thành tự nhiên dựa trên sự chênh lệch về nồng độ hay nhiệt độ, gây nên biến đổi mật độ. Gradien nhiệt độ bên trong chất lưu sẽ làm biến đổi gradien mật độ.

Nếu chất lưu (chất lỏng hay chất khí) có mật độ thấp ở phần dưới và chất lưu có mật độ cao ở phần trên, thì dưới tác dụng trọng lực mà sẽ hình thành đối lưu tự nhiên.

Đối lưu cưỡng bức 

Khác với đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng bức là loại đối lưu được hình thành bởi có sự thúc đẩy của ngoại lực. Vận tốc lưu động của chất lưu càng lớn thì mức truyền nhiệt càng nhanh. Dựa vào các tác động đến từ bên ngoài để làm cho chất lỏng hay khí lưu động tuần hoàn và có thể truyền nhiệt chính.

Cơ chế của đối lưu là gì?

Nguyên lý hoạt động của đối lưu dựa trên sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí trong một môi trường có sự chênh lệch về nhiệt độ hoặc nồng độ. Hiện tượng này có thể được mô tả như sau:

Convection nhiệt

Khi có sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai vùng chất lỏng hoặc khí, vùng có nhiệt độ cao sẽ có mật độ thấp hơn vùng có nhiệt độ thấp hơn. Do đó, vùng nóng sẽ nổi lên và vùng lạnh sẽ chìm xuống. Quá trình này tạo ra một luồng chất lỏng hoặc khí chuyển động theo chiều dọc.

Đối lưu nồng độ

Khi có sự khác biệt về nồng độ giữa hai vùng chất lỏng hoặc khí, vùng có nồng độ cao sẽ có mật độ cao hơn vùng có nồng độ thấp hơn. Do đó, vùng nồng độ cao sẽ chìm xuống và vùng nồng độ thấp sẽ nổi lên. Quá trình này tạo ra một luồng chất lỏng hoặc khí chuyển động theo chiều ngang.

Lưu ý: Các nguyên tắc này có thể kết hợp để tạo ra hiện tượng đối lưu khuếch tán kép, trong đó sự khác biệt về nhiệt độ và nồng độ đều đóng vai trò trong quá trình tạo ra sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí.

Hiện tượng đối lưu trong cuộc sống & ứng dụng 

Qua phần trên, bạn đã nắm được khái niệm, cơ chế của đối lưu là gì? Ở phần này, bạn có thể tìm hiểu thêm một số ứng dụng của đối lưu trong đời sống và các hiện tượng đối lưu trong cuộc sống.

Hiện tượng đối lưu trong cuộc sống

Một số hiện tượng đối lưu bạn có thể gặp trong đời sống như:

Gió từ biển

Trên biển, khi đất liền nhanh nóng hơn nước biển vào một ngày nắng, gió thổi từ biển vào đất liền mạnh mẽ. Tuy nhiên, đất liền cũng giảm nhiệt độ nhanh hơn so với nước biển vào ban đêm, do đó gió sẽ thổi từ đất liền ra biển. đó là lý do tại sao chúng ta cảm thấy mát mẻ hơn khi nhìn ra biển vào buổi chiều và tối trong một ngày nắng nóng. Vào ban đêm, hiện tượng ngược lại xảy ra, gió mát thổi từ đất liền vào.

Đun sôi nước

Khi chúng ta đun nước trong một ấm hoặc nồi, các lớp nước tại đáy sẽ được nóng lên trước. Sau đó, nước nở ra và khối lượng riêng của nó giảm đi, do đó nước lạnh sẽ dịch chuyển xuống dưới và nước nóng nổi lên trên cùng. Trong một quá trình tuần hoàn khép kín, vào một thời điểm nào đó, nước trong ấm sẽ có cùng nhiệt độ trong toàn bộ khối lượng nước đó.

Dòng chảy đại dương

Nước ngầm dưới lòng biển hoạt động tương tự như không khí trong khí quyển. Vùng nước ấm hơn thường nằm gần bề mặt, trong khi vùng nước mát hơn lại nằm sâu hơn. Điều này tạo ra một hiện tượng này trong dòng chảy của nước trong đại dương.

Hiệu ứng Dynamo

Hiệu ứng Dynamo xảy ra trong lõi nóng chảy của hành tinh và Mặt Trời, kết hợp với sự quay của Trái Đất, tạo ra một dòng điện và từ đó phát sinh ra trường từ của Trái Đất. Hiệu ứng này là kết quả của sự đối lưu trong chất lỏng dẫn nhiệt bên trong hành tinh hoặc ngôi sao.

Năng lượng bên trong sao

Các ngôi sao như Mặt Trời là các cầu khí khổng lồ với nguồn khí chính là helium và hydro. Trong sao, đối lưu và lực hấp dẫn là cơ chế chính vận chuyển năng lượng. Phân tử khí tự do di chuyển giữa các khu vực bên trong sao, tạo thành sự trao đổi nhiệt và năng lượng trong quá trình đối lưu.

Ứng dụng của đối lưu 

• Trong phòng thí nghiệm, đối lưu được ứng dụng thông qua các tủ sấy được xem là một thiết bị không thể thiếu. Nó được dùng với mục đích là để sấy khô, diệt khuẩn và tiệt trùng các dụng cụ thí nghiệm hoặc dùng để bảo quản mẫu.

• Đèn kéo quân nhờ đối lưu không khí để xoay.

• Được ứng dụng để sản xuất nhiều loại thiết bị như lò nướng, máy sưởi,....

Xem thêm: Lý thuyết vật lý 8: Nhiệt năng là gì? & Ứng dụng của nó ra sao?

Giải bài tập đối lưu vật lý 8 

Câu 1: Đối lưu là sự truyền nhiệt xảy ra trong chất nào?

A. Chỉ ở chất lỏng.

B. Chỉ ở chất khí.

C. Chỉ ở chất lỏng và chất khí.

D. Ớ các chất lỏng, chất khí và chất rắn.

Câu 2: Câu nào dưới đây so sánh dẫn nhiệt và đối lưu là đúng?

A. Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt, đối lưu không phải là quá trình truyền nhiệt

B. Cả dẫn nhiệt và đối lưu đều có thể xảy ra trong không khí

C. Dẫn nhiệt xảy ra trong môi trường nào thì đôi lưu cũng có thể xảy ra trong môi trường đó.

D. Trong nước, dẫn nhiệt xảy ra nhanh hơn đối lưu

Câu 3: Ngăn đá của tủ lạnh thường đặt ở phía trên ngăn đựng thức ăn, để tận dụng sự truyền nhiệt bằng

A. Dẫn nhiệt

B. Bức xạ nhiệt

C. Đối lưu

D. Bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt

Câu 4: Khi hiện tượng đối lưu đang xảy ra trong chất lỏng thì:

A. trọng lượng riêng của khối chất lỏng đều tăng lên

B. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên nhỏ hơn của lớp ở dưới

C. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên lớn hơn của lớp ở dưới

D. trọng lượng riêng của lớp chất lỏng ở trên băng của lớp dưới

Câu 5: Để tay bên trên một hòn gạch đã được nung nóng thấy nóng hơn để tay bên cạnh hòn gạch đó vì

A. sự dẫn nhiệt từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

B. sự bức xạ nhiệt từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

C. sự đối lưu từ hòn gạch tới tay để bên trên tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

D. cả sự dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu từ hòn gạch tới tay để bên trên đều tốt hơn từ hòn gạch tới tay để bên cạnh

ĐÁP ÁN: 

• Câu 1: C
• Câu 2: B
• Câu 3: C
• Câu 4: C
• Câu 5: C

Bài viết trên đã giúp các em hiểu rõ đối lưu là gì trong chương trình vật lý 8. Hy vọng rằng, thông qua bài viết này các em có thể nắm chắc được lý thuyết cũng như áp dụng được nhiều trong cuộc sống của mình nhé!