MỤC TIÊU
• Nêu được khái niệm năng lượng nhiệt, khái niệm nội năng.
• Nêu được: Khi một vật được làm nóng, các phân tử của vật chuyển động nhanh hơn và nội năng của vật tăng.
• Đo được năng lượng nhiệt mà vật nhận được khi bị đun nóng (có thể sử dụng jun kế (joulemeter) hay oát kế (wattmeter)).
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Đặt một chiếc thìa vào cốc nước nóng (hình 24.1). Một lúc sau chạm tay vào thìa, ta cảm thấy nóng. Vì sao nhiệt độ của thìa tăng lên?
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. Điều thay đổi ở chiếc thìa chính là nhiệt độ do nước nóng truyền sang.
I. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG NHIỆT
- Ở lớp 6, ta đã biết năng lượng nhiệt là năng lượng gắn với chuyển động của các phân tử tạo nên vật.
- Do các phân tử tạo nên vật chuyển động không ngừng nên chúng có động năng. Tổng động năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là năng lượng nhiệt của vật.
- Năng lượng nhiệt luôn truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Trong quá trình truyền năng lượng nhiệt, phần năng lượng nhiệt mà vật nhận thêm hay mất đi được gọi là nhiệt lượng. Đơn vị của nhiệt lượng là jun, kí hiệu là J.
- Ở tình huống mở đầu, thìa nóng lên là do đã nhận được nhiệt lượng từ nước nóng truyền đến.
- Sự truyền năng lượng nhiệt có thể được gọi tắt là sự truyền nhiệt.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Năng lượng nhiệt của một vật là gì?
Năng lượng nhiệt của một vật là tổng động năng của các phân tử tạo nên vật.
II. NỘI NĂNG CỦA VẬT
- Do các phân tử có tương tác với nhau và giữa chúng có khoảng cách nên chúng có thế năng.
Tổng động năng và thế năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là nội năng của vật.
- Một vật có nhiệt độ càng cao thì có năng lượng nhiệt càng lớn, tức là các phân tử tạo nên vật chuyển động càng nhanh. Vì thế, nội năng của vật càng lớn.
- So với cốc nước lạnh, ở cốc nước nóng, các phân tử nước chuyển động nhanh hơn, tổng động năng của chúng lớn hơn. Do đó nội năng của cốc nước nóng lớn hơn.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Nội năng của một vật là gì?
Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử tạo nên vật.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Thả một miếng sắt được nung nóng vào một cốc nước lạnh. Nội năng của miếng sắt và của nước trong cốc thay đổi như thế nào? Giải thích.
- Nội năng của miếng sắt giảm đi còn nội năng của nước lạnh tăng lên.
- Vì khi thả miếng sắt nóng vào nước lạnh, nhiệt sẽ truyền từ miếng sắt sang nước lạnh, khiến nước tăng nhiệt độ còn miếng sắt giảm nhiệt độ.
+ Nhiệt độ tăng khiến động năng của nước lạnh tăng và nội năng cũng tăng lên.
+ Miếng sắt thì ngược lại, nhiệt độ giảm khiến động năng giảm và nội năng cũng giảm đi.
📝 Luyện tập
1. Nội năng của vật có liên hệ với năng lượng nhiệt của vật không? Vì sao?
Nội năng của vật có liên hệ với năng lượng nhiệt của vật vì nội năng bẳng tổng động năng và thế năng, mà động năng lại chính là năng lượng nhiệt của vật.
📝 Luyện tập
2. Khi vật lạnh đi, nội năng của vật thay đổi như thế nào?
Vật lạnh đi nên năng lượng nhiệt của vật (tức động năng) giảm, từ đó nội năng của vật cũng giảm xuống theo.
🕵️♀️ Em có biết
Nội năng của vật còn phụ thuộc vào khối lượng của vật. Cùng được làm từ một chất, vật có khối lượng lớn chứa nhiều phân tử hơn vật có khối lượng nhỏ, do đó ở cùng nhiệt độ, vật có khối lượng lớn hơn thì có nội năng lớn hơn.
III. ĐO NĂNG LƯỢNG NHIỆT
🔬 Ta có thể đo năng lượng nhiệt mà vật nhận được làm nhiệt độ của vật tăng từ nhiệt độ t1 đến nhiệt độ t2 bằng thí nghiệm sau đây.
❖ Chuẩn bị
(1) Một bình chứa nước kín có vỏ cách nhiệt
(2) Một dây cấp nhiệt được nhúng trong bình nước
(3) Một nhiệt kế được cắm vào trong bình
(4) Một que khuấy nước
(5) Một nguồn điện
(6) Một oát kế được dùng để đo năng lượng cấp cho bình chứa nước (đơn vị đo là oát giờ, kí hiệu Wh, với 1 Wh = 3 600 J)
(7) Các dây dẫn điện.
❖ Tiến hành
• Lắp đặt thí nghiệm như hình 24.2.
• Đổ nước vào bình sao cho nước chiếm khoảng ¾ bình chứa.
• Đọc giá trị ở nhiệt kế chỉ nhiệt độ ban đầu t1 của nước.
• Nối oát kế với dây cấp nhiệt và nguồn điện. Xoay núm điều chỉnh hiệu điện thế đến số 9. Nhấn nút công tắc ON để cấp điện cho dây cấp nhiệt.
• Dùng que khuấy đều nước, đồng thời quan sát sự thay đổi của số chỉ nhiệt lượng (trên oát kế) mà nước trong bình nhận được từ dây cấp nhiệt.
• Khi nhiệt độ tăng khoảng 10 °C so với nhiệt độ ban đầu, đọc số chỉ của oát kế.
• Rút ra nhiệt lượng mà nước nhận được để tăng 10 °C so với nhiệt độ ban đầu (coi nhiệt lượng toả ra môi trường là không đáng kể).
Học sinh quan sát sự thay đổi của số chỉ nhiệt lượng trên oát kế và đọc lại số chỉ đó ở các nhiệt độ khác nhau theo yêu cầu của đề bài. Sau đó có thể rút ra nhận xét:
- Nhiệt lượng nước ở nhiệt độ đã tăng 100°Clớn hơn nhiệt lượng nước ở nhiệt độ ban đầu.
- Nhiệt lượng mà nước nhận được để tăng 100°C so với nhiệt độ ban đầu phụ thuộc vào khối lượng, độ tăng nhiệt độ của vật và bản chất của làm vật.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
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?
Kết quả tham khảo:
- Để tính nhiệt lượng này, ta sử dụng công thức: Q = m.c.Δt
- Sau đó, ta sử dụng mật độ của nước (1 g/cm³) để tính khối lượng của nước: m = p.V.
- Sau khi tính được m, ta có thể tính Q bằng cách sử dụng giá trị năng lượng riêng của nước (4200 J/kg.K):
Q = m.c.Δt= m . 4200 . 20 = 8400m (J)
⚙️ Vận dụng
Giả sử có hai cốc giống nhau, chứa cùng một lượng nước như nhau. Đặt một lượng thuốc tím bằng nhau vào đáy mỗi cốc nước. Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước nào Ian nhanh hơn? Vì sao?
Nếu nhiệt độ hai cốc nước khác nhau thì thuốc tím ở cốc nước có nhiệt độ cao hơn sẽ lan ra nhanh hơn vì cốc nước có nhiệt độ cao hơn thì có năng lượng nhiệt lớn hơn các phân tử nước sẽ chuyển động nhanh hơn.
🔑 Kiến thức cốt lõi
• Tổng động năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là năng lượng nhiệt của vật.
• Nhiệt lượng là phần năng lượng nhiệt mà vật nhận thêm hay mất đi trong quá trình truyền năng lượng nhiệt.
• Tổng động năng và thế năng của các phân tử tạo nên vật được gọi là nội năng của vật.
• Khi một vật được làm nóng, các phân tử của vật chuyển động nhanh hơn và nội năng của vật tăng.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
