BÀI 25 - TRUYỀN NĂNG LƯỢNG NHIỆT

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Bằng cách nào mà năng lượng nhiệt có thể truyền từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác có nhiệt độ thấp hơn?

Trả lời:

Năng lượng nhiệt có thể truyền từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác có nhiệt độ thấp hơn thông qua các quá trình chuyển động của các phân tử hoặc nguyên tử. Cụ thể, có ba cơ chế truyền nhiệt chính: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.

I. CÁC HÌNH THỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG NHIỆT

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Câu hỏi 1: Khi chạm vào một vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của tay, em cảm thấy nóng hay lạnh? Vì sao?

Trả lời:

Khi chạm vào một vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của tay, cảm thấy nóng. Thông qua các dây thần kinh nhạy cảm với nhiệt độ ở tay, cảm giác nóng được truyền lên não. 

Luyện tâp 1: Nêu ví dụ về hiện tượng dẫn nhiệt và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.

Trả lời:

Đặt cốc nước nóng lên trên bàn, lúc sau khoảng bàn đặt cốc nước ấy nóng lên. Khi cốc nước nóng được đặt lên trên bàn, các phân tử nước ở dưới đáy cốc bị nóng lên. Sự nóng lên này tạo ra một sự dao động nhiệt độ và các phân tử nước ở trên cũng sẽ bị nóng lên, dẫn đến truyền nhiệt từ phần dưới cốc lên phần trên. Năng lượng nhiệt được truyền từ cốc nước đến bàn thông qua sự tiếp xúc giữa chúng và do đó, bàn nóng lên khi nó tiếp xúc với cốc nước nóng.

2. Hiện tượng đối lưu 

Câu hỏi 2: Nêu ví dụ về hiện tượng đối lưu và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.

Trả lời:

Khi đun nước, dòng nước bên dưới sẽ nóng lên, trọng lượng riêng giảm và chuyển động dần lên phía trên, phần nước ở phía trên có trọng lượng riêng lớn hơn nên chuyển động xuống dưới. Cứ như thế tạo thành dòng đối lưu.

Luyện tập 2: Vì sao khi đun nấu thức ăn, phải đun từ phía dưới?

Trả lời:

Khi đun nấu thức ăn, đun từ phía dưới là cách tốt nhất để truyền nhiệt hiệu quả và đồng đều đến tất cả các bề mặt của nồi hay chảo. Nguyên lý là do nhiệt độ ở phía dưới càng cao thì càng gần nguồn nhiệt và nhiệt truyền qua dễ dàng hơn. Do đó, khi đặt nồi trên bếp, đun từ phía dưới sẽ giúp các hạt nhiệt từ bếp được truyền tới đáy nồi một cách nhanh chóng hơn, từ đó truyền đến các bề mặt khác của nồi hay chảo một cách đồng đều hơn, giúp cho thức ăn chín đều và nhanh hơn.

Luyện tập 3: Một bạn học sinh phát biểu: Năng lượng nhiệt được truyền nhờ chuyển động thành dòng của chất lỏng. Phát biểu này nói về sự dẫn nhiệt hay sự đối lưu?

Trả lời:

Phát biểu này nói về sự đối lưu.

Câu hỏi 3: Máy điều hoà thường có dàn nóng được đặt ở phía ngoài và dàn lạnh được đặt ở trong nhà. Dàn lạnh là nơi có luồng không khí lạnh bay ra. Vì sao dàn lạnh của máy điều hoà thường treo ở sát trần nhà?

Trả lời:

Dàn lạnh của máy điều hoà thường treo ở sát trần nhà vì dàn lạnh được treo ở trên, không khí lạnh sẽ lưu thông xuống phía dưới nhờ vào hiệu ứng hút chân không tự nhiên. Điều này giúp giảm độ ẩm và nhiệt độ trong phòng một cách hiệu quả hơn.

Luyện tập 4: Ở hình 25.4, mũi tên màu đỏ chỉ hướng chuyển động của dòng khí có nhiệt độ cao hơn dòng khí chuyển động theo mũi tên màu xanh. Dàn lạnh của tủ lạnh này nằm ở phía trên hay phía dưới? Vì sao?

Trả lời:

Dàn lạnh của tủ lạnh này nằm ở phía trên, Khi không khí lạnh được tạo ra bởi máy nén, nó sẽ được đẩy lên trên, và sau đó được phân phối xuống dưới để làm mát các khu vực khác nhau trong tủ lạnh. Đặt dàn lạnh ở phía trên tủ lạnh sẽ giúp cho không khí lạnh dễ dàng lưu thông và tuần hoàn tốt hơn trong cả tủ lạnh.

3. Hiện tượng bức xạ nhiệt

Câu hỏi 4: Nêu ví dụ về hiện tượng bức xạ nhiệt và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.

Trả lời:

Một ví dụ phổ biến về hiện tượng bức xạ nhiệt là ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời đi qua bầu không khí và chiếu vào một bề mặt nhất định, nó có thể gây ra hiện tượng bức xạ nhiệt.

Sự truyền năng lượng trong hiện tượng bức xạ nhiệt xảy ra thông qua sóng điện từ (EM) và sóng hạt nhân (particle). Khi ánh sáng đi qua không gian, nó được truyền qua các phân tử bầu không khí bằng sóng điện từ, truyền năng lượng đến các phân tử khác để nâng cao nhiệt độ của bề mặt nhận.

Khi tia sáng chiếu vào bề mặt, các phân tử bề mặt hấp thụ các tia sáng và phát ra năng lượng dưới dạng sóng hạt nhân, truyền đi từ bề mặt đó đến các phân tử xung quanh và làm cho chúng rung động, nâng cao nhiệt độ của chúng. Sự truyền năng lượng này được gọi là bức xạ nhiệt.

Khi bề mặt nhận được năng lượng đủ lớn, nó sẽ phát ra nhiệt và làm tăng nhiệt độ của các vật xung quanh. Sự truyền năng lượng trong hiện tượng bức xạ nhiệt làm tăng nhiệt độ và làm cho vật thể trở nên nóng hơn.

II. TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH

Câu hỏi 5: Trong cuộc sống hằng ngày, từ “Hiệu ứng nhà kính” thường được nói đến. Hiệu ứng nhà kính là gì?

Trả lời:

Hiệu ứng nhà kính là khái niệm dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi coi Trái Đất và bầu khí quyền bao quanh nó chứa nhiều khí CO₂, như một nhà kính.

III. CÔNG DỤNG CỦA VẬT DẪN NHIỆT VÀ VẬT CÁCH ĐIỆN

1. Tính dẫn nhiệt của các chất
2. Vật dẫn nhiệt

Câu hỏi 6: Ở hình 25.9b, bộ phận nào cần dẫn nhiệt tốt, bộ phận nào cần cách nhiệt tốt?

Trả lời:

Bộ phận dẫn nhiệt tốt là thân nồi 

Bộ phận cách nhiệt tốt là tay cầm.

Câu hỏi 7: Nêu công dụng của các bộ phận trong cấu tạo phích nước ở hình 25.10.

Trả lời:

Nút phích: là phần bảo vệ nước bên trong khỏi bụi bẩn và côn trùng.

Lớp tráng bạc: có tác dụng ngăn sự truyền nhiệt ra ngoài giữ nước nóng lâu.

Vỏ: có tác dụng bảo quản ruột phích.

Chân không: giúp nhiệt không truyền được ra bên ngoài. 

Vận dụng: Để nóng thêm một độ, một kilôgam nước biển cần thu vào một nhiệt lượng gấp khoảng 5 lần một kilôgam đất. Ở ven biển, vào những trưa hè nóng, gió thổi từ biển vào đất liền. Vì sao?

Trả lời:

Trên ven biển, vào những trưa hè nóng, mặt đất trở nên rất nóng so với mặt biển. Điều này xảy ra vì mặt biển có khả năng hấp thụ và giải tỏa nhiệt tốt hơn so với đất liền. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào mặt đất, nhiệt độ của nó sẽ tăng lên và phát ra nhiệt, làm nóng không khí xung quanh.

Trong khi đó, mặt biển vẫn giữ được nhiệt độ thấp hơn do tính chất cản nhiệt của nước. Do đó, không khí trên mặt biển sẽ mát hơn so với không khí trên đất liền. Khi không khí trên mặt biển mát hơn, nó sẽ tạo ra một hiện tượng gọi là gió biển, tức là sự chuyển động của không khí từ biển vào đất liền.

Gió biển có tốc độ thường khá mạnh, do khối lượng không khí lớn từ mặt biển chuyển sang đất liền để thay thế không khí nóng bốc lên từ đất. Hiện tượng này được gọi là gió thổi từ biển vào đất liền.