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

Theo chương trình học Vật lý 8 ta đã tìm hiểu cơ năng là gì? Cơ năng liên quan đến lực tác động đến vật. Ngoài cơ năng ra, còn có một thuật ngữ liên quan đến nhiệt hay nhiệt độ đó là nhiệt năng. Đây là một phần kiến thức khá thú vị đối với các em học sinh. Hãy cùng Monkey tìm hiểu nhiệt năng là gì, tính chất và ứng dụng của nó ra sao qua bài viết dưới đây.

Nhiệt năng là gì? Đơn vị của nhiệt năng là gì

Nếu ta nói cơ năng là tổng của động năng và thế năng thì nhiệt năng được định nghĩa như sau:

Nhiệt năng của một vật chính bằng tổng động năng của những phân tử cấu tạo nên vật.

=> Nhiệt năng phụ thuộc vào động năng.

Đơn vị của nhiệt năng là jun (J).

Chú thích: Nguyên tử và phân tử là các thành phần làm nên các chất bên trong vật. Các nguyên tử và phân tử này không đứng im và chuyển động không ngừng. Chúng chuyển động càng nhanh khi gặp nhiệt độ càng cao. Chính vì vậy ta nói nhiệt năng có quan hệ rất chặt chẽ với nhiệt độ.

=> Khi nhiệt độ càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh nên nhiệt năng sẽ càng lớn.

Ví dụ về nhiệt năng: Lấy hai bàn tay xoa vào nhau liên tục và nhanh, một lúc sau ta thấy hai bàn tay nóng lên. Hiện tượng này cho thấy cơ năng đã chuyển hóa sang nhiệt năng.

Có mấy cách làm thay đổi nhiệt năng của vật

Để làm thay đổi nhiệt năng có hai cách: Làm tăng nhiệt độ của vật bằng cách thực hiện công và cách thứ hai truyền nhiệt. Cùng tìm hiểu về hai cách cụ thể dưới đây.

Thực hiện công

Quay lại với ví dụ bên trên, trường hợp ta dùng hai tay xoa vào nhau. Để ý thấy hai bàn tay chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ ở tay cũng nóng nhanh hơn. Ta thấy được nhiệt năng ở tay đã tăng lên. Bản chất bên trong là các phân tử đã chuyển động nhanh hơn, và bàn tay cũng không còn nóng lên nếu ta dừng lại.

Hay để làm một đồng xu nóng lên, ta có thể dùng lực tác động vào đồng xu để thực hiện công bằng cách cọ xát đồng xu vào bề mặt cứng nào đó. Chắc chắn nhiệt độ của nó sẽ nóng dần lên và nhiệt năng tăng. Đa số dùng cách này với các vật thì đều khiến vật tăng nhiệt năng.

Vậy kết luận ta có cách đầu tiên là thực hiện công là dùng lực tác động lên vật để có thể làm tăng nhiệt năng của vật.

Truyền nhiệt

Truyền nhiệt là hiện tượng dễ thấy trong đời sống. Đơn giản khi ta cho tay vào ly nước nóng cũng bị nhiệt độ nóng của nước làm cho tay bị nóng, hay bỏng tay.

Tương tự bỏ một vật như đồng xu vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của đồng xu cũng tăng lên, vì thế nhiệt năng tăng. Nước nóng đã truyền nhiệt độ sang cho đồng xu.

Quá trình truyền nhiệt chỉ xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau. Và nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

Kết luận: Ta có cách thứ hai để thay đổi nhiệt năng của vật chính là truyền nhiệt sang vật. Có một số hình thức truyền nhiệt khác nhau như: Phơi vật dưới ánh nắng mặt trời, hơ vật trên ngọn lửa, thả vật vào nước nóng…

Nhiệt lượng là gì

Một phần liên quan trực tiếp đến nhiệt năng là nhiệt lượng. Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt của vật.

Kí hiệu nhiệt lượng là Q, đơn vị của nhiệt lượng là J (Jun), 1 kJ = 1000 J. (Trên thực tế cũng có nhiều đơn vị khác dùng để đo nhiệt lượng và ta hoàn toàn có thể quy đổi lẫn nhau).

Công thức tính nhiệt lượng

Công thức để tính được nhiệt lượng là:

Q = m . c . ∆t

Chú thích:

Q: Nhiệt lượng (J)
m: Khối lượng của vật (kg)
c: Nhiệt dung của vật (J/kg.K)
∆t : Độ tăng hay giảm nhiệt độ của vật (hay còn gọi là biến thiên nhiệt độ. ∆t = t2 – t1)
∆t > 0 thì vật toả nhiệt, ∆t < 0 thì vật thu nhiệt).

Lưu ý: Nhiệt dung riêng của một chất cho chúng ta biết được nhiệt lượng cần có để làm cho 1 kg chất đó tăng lên 1 độ C so với nhiệt độ ban đầu.

Ứng dụng của nhiệt năng trong đời sống

Nhận thấy rõ rằng trong đời sống có những loại năng lượng phục vụ con người chính yếu như điện năng, quang năng, cơ năng, nhiệt năng. Trong đó nhiệt năng đặc biệt được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp sản xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày.

Một vài ví dụ thực tế liên quan đến sự có mặt của nhiệt năng:

Các thiết bị gia đình như nồi cơm điện, ấm siêu tốc dùng để nấu chín cơm và đun sôi nước. Đó chính là ứng dụng của nhiệt năng.
Bếp ga giúp đun nấu
Các loại máy làm khô như máy sấy giúp sấy khô thực phẩm…

Trong những ứng dụng về nhiệt năng ở trên đều thuộc quá trình chuyển hóa năng lượng. Sự chuyển hóa năng lượng liên tục xảy ra giữa điện năng sang cơ năng, cơ năng sang nhiệt năng. Qua đó ta thấy được các nguồn năng lượng khác nhau đều có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.

Xem thêm: Kiến thức cơ năng vật lý 8 từ A-Z (Thế năng, động năng, bảo toàn cơ năng)

Giải bài tập nhiệt năng vật lý 8 bài 21

Câu 1: Khi để bầu nhiệt kế vào luồng khí phun mạnh ra từ một quả bóng thì mực thủy ngân trong nhiệt kế dâng lên hay tụt xuống. Tại sao?

Trả lời: Mực thủy ngân trong nhiệt kế tụt xuống vì không khí phun mạnh ra từ quả bóng thực hiện công sẽ đẩy các phân tử khí xung quanh bầu nhiệt kế văng ra xa, làm cho mật độ không khí xung quanh bầu nhiệt kế giảm, nên tổng động năng của các phân tử khí sẽ giảm xuống. Quá trình đó làm cho nhiệt năng giảm đi.

Câu 2: Nhỏ một giọt nước đang sôi vào một cốc đựng nước ấm thì nhiệt năng của giọt nước và của nước trong cốc thay đổi như thế nào?

Trả lời: Nhiệt năng của giọt nước giảm, của nước trong cốc tăng.

Câu 3: Khi chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh lên thì đại lượng nào của vật không tăng?

Trả lời: Khối lượng của vật không tăng vì khi chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên vật nhanh lên thì nhiệt độ, nhiệt năng và thể tích của vật đều tăng (thể tích tăng lên do khoảng cách các phân tử tăng theo).

Câu 4: Gạo đang nấu trong nồi và gạo đang xát đều nóng lên. Hỏi về mặt thay đổi nhiệt năng thì có gì giống nhau, khác nhau trong hai hiện tượng trên?

Trả lời:

Sự giống nhau: Nhiệt năng đều tăng.

Sự khác nhau: Khi nấu nhiệt năng tăng do truyền nhiệt, khi xát nhiệt tăng do nhận công.

Câu 5: Ở giữa một ống thủy tinh được hàn kín có một giọt thủy ngân. Người ta quay lộn ngược ống nhiều lần. Hỏi nhiệt độ của giọt thủy ngân có tăng lên hay không? Tại sao?

Trả lời: Nhiệt độ của giọt thủy ngân tăng do khi ta quay lộn ngược ống nhiều lần thủy ngân ma sát với thủy tinh. Đó là sự tăng nhiệt năng do nhận được công.

Kết luận

Bài học trên đã giúp học sinh có một cái nhìn rõ ràng hơn về bản chất của nhiệt năng, hiểu được nhiệt năng là gì và có những cách nào để giúp vật thay đổi nhiệt năng. Trên hết chúng ta cũng nhận biết được sự có mặt của nhiệt năng trong đời sống. Monkey hy vọng rằng bạn đã hoàn toàn được giải đáp qua bài viết này, nhanh tay theo dõi chuyên mục kiến thức cơ bản từ Monkey để cập nhật thêm nhiều kiến thức bổ ích nhé.