BÀI 24 - NĂNG LƯỢNG NHIỆT

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Đặt một chiếc thìa vào cốc nước nóng (hình 24.1). Một lúc sau chạm tay vào thìa, ta cảm thấy nóng. Điều gì đã thay đổi ở chiếc thìa mà nhiệt độ của thìa tăng lên?

Trả lời:

Khi đặt một chiếc thìa vào cốc nước nóng, nhiệt độ của thìa ban đầu thấp hơn so với nhiệt độ của nước trong cốc. Tuy nhiên, do tính dẫn nhiệt của kim loại, nhiệt độ từ nước trong cốc được dẫn đến chiếc thìa, làm tăng nhiệt độ của thìa lên.

I. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG NHIỆT

Câu hỏi 1: Năng lượng nhiệt của một vật là gì?

Trả lời:

Tổng động năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là năng lượng nhiệt của vật.

II. NỘI NĂNG CỦA VẬT

Câu hỏi 2: Nội năng của một vật là gì?

Trả lời:

Tổng động năng và thế năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là nội năng của vật.

Câu hỏi 3: Thả một miếng sắt nóng vào một cốc nước lạnh. Nội năng của miếng sắt và của nước trong cốc thay đổi thế nào? Giải thích.

Trả lời:

Khi miếng sắt và nước trong cốc tiếp xúc và truyền nhiệt cho nhau, các phân tử bên trong chúng sẽ trao đổi năng lượng nhiệt. Điều này làm cho năng lượng động của các phân tử trong miếng sắt và nước trong cốc thay đổi, nhưng năng lượng tiềm năng của chúng không thay đổi.

Do đó, tổng nội năng của hệ thống không thay đổi trong quá trình truyền nhiệt. Năng lượng nhiệt được truyền từ miếng sắt sang nước trong cốc, làm tăng nhiệt độ của nước và giảm nhiệt độ của miếng sắt. Tuy nhiên, lượng năng lượng bị chuyển đổi này không ảnh hưởng đến tổng nội năng của hệ thống.

Luyện tập 1: Nội năng của vật có liên hệ với năng lượng nhiệt của vật không? Vì sao?

Trả lời:

Có, nội năng của vật có liên hệ mật thiết với năng lượng nhiệt của vật. Vì chúng cùng liên quan đến sự chuyển đổi và truyền năng lượng giữa các phân tử của vật.

Luyện tập 2: Khi vật lạnh đi, nội năng của vật thay đổi như thế nào?

Trả lời:

Khi vật lạnh đi, nội năng của vật sẽ giảm đi. Các phân tử trong vật trong trạng thái lạnh có động năng thấp hơn so với trạng thái nóng. Do đó, năng lượng của chúng sẽ tập trung vào các trạng thái năng lượng thấp hơn, góp phần làm giảm tổng nội năng của vật.

III. ĐO NĂNG LƯỢNG NHIỆT

Câu hỏi 4: Ở thí nghiệm nhóm em tiến hành, khi nhiệt độ nước tăng thêm 20°C so với nhiệt độ ban đầu thì nhiệt lượng mà nước trong bình nhận được là bao nhiêu jun?

Trả lời:

Để tính nhiệt lượng này, ta sử dụng công thức:

Q = mcΔt

Khối lượng nước tùy vào thí nghiệm của học sinh là m (đơn vị lit)

Sau đó, ta có thể tính Q bằng cách sử dụng giá trị năng lượng riêng của nước (4,184 J/g.°C):

Q = mcΔt = m x 4,184 x 20

Vận dụng: Giả sử có hai cốc giống nhau, chứa cùng một lượng nước như nhau. Đặt một lượng thuốc tím bằng nhau vào một vị trí ở đáy mỗi cốc nước. Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước nào lan ra nhanh hơn? Vì sao?

Trả lời:

Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước có nhiệt độ cao hơn sẽ lan ra nhanh hơn. Lý do là do động năng phân tử của nước ở nhiệt độ cao cao hơn so với nước ở nhiệt độ thấp. Điều này dẫn đến việc các phân tử nước ở nhiệt độ cao di chuyển nhanh hơn và kết quả là thuốc tím ở cốc nước có nhiệt độ cao hơn sẽ bị lan ra nhanh hơn.