MỤC TIÊU
• Lấy được ví dụ về hiện tượng dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt và mô tả sơ lược được sự truyền năng lượng trong mỗi hiện tượng đó.
• Mô tả được sơ lược sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính.
• Phân tích được một số ví dụ về công dụng của vật dẫn nhiệt tốt, công dụng của vật cách nhiệt tốt.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
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?
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 qua các hình thức dẫn nhiêt, đối lưu hoặc bức xạ nhiệt.
I. CÁC HÌNH THỨC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG NHIỆT
Sự truyền năng lượng nhiệt có thể xảy ra theo ba cách: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.
1. Hiện tượng dẫn nhiệt
Hình 25.1. Sự truyền năng lượng nhiệt từ nhiên liệu bị đốt cháy cho nồi nước và môi trường xung quanh
- Ở hình 25.1, nhiệt lượng nồi nhận được từ ngọn lửa được truyền qua thành nồi vào nước làm nước nóng lên và có thể sôi. Đó là một ví dụ về hiện tượng dẫn nhiệt. Nếu ta chạm tay vào tay cầm của nồi có nhiệt độ cao hơn, nhiệt lượng sẽ truyền vào tay ta và làm cho tay ta nóng lên. Thông qua các dây thần kinh nhạy cảm với nhiệt độ ở tay, cảm giác nóng được truyền lên não. Vì vậy, ta biết rằng ta đang chạm vào một vật nóng.
- Cách truyền nhiệt như vậy được gọi là dẫn nhiệt. Bằng cách này, năng lượng nhiệt được truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn.
Dẫn nhiệt là hình thức truyền nhiệt chủ yếu ở các vật rắn.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Khi chạm vào một vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của tay, em cảm thấy nóng hay lạnh? Vì sao?
Khi chạm vào một vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của tay, em cảm thấy nóng vì năng lượng nhiệt truyền từ vật nóng sang tay của em làm tay của em nhận được lượng nhiệt và tăng nhiệt độ.
📝 Luyện tập
1. Nêu ví dụ về hiện tượng dẫn nhiệt và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.
- Ví dụ: Nung nóng một đầu thanh kim loại trên ngọn lửa, lát sau đầu kia cũng nóng lên.
- Mô tả sự truyền năng lượng: Vì năng lượng nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp nên ngọn lửa đã truyền năng lượng nhiệt cho đầu thanh kim loại được hơ, các phân tử kim loại cấu tạo nên đầu đó chuyển động nhanh hơn làm các phân tử liền kề cũng chuyển động nhanh theo dần dần lan sang đầu còn lại của thanh làm năng lượng nhiệt của đầu thanh đó tăng lên dẫn tới ta thấy đầu còn lại của thanh cũng nóng lên.
2. Hiện tượng đối lưu
- Sự truyền nhiệt như mô tả ở hình 25.2 là một ví dụ về hiện tượng đối lưu. Truyền nhiệt bằng sự đối lưu xảy ra trong chất lỏng và chất khí.
- Thả một ít hạt thuốc tím qua một ống nhựa xuống đáy cốc thuỷ tinh đựng nước. Dùng đèn cồn đun cốc nước sao cho ngọn lửa ở ngay phía dưới nơi có thuốc tím (hình 25.2).
- Nhiệt lượng từ ngọn lửa đèn cồn truyền qua đáy cốc làm cho lớp nước ở sát đáy cốc nóng lên và nở ra, do đó khối lượng riêng của nó nhỏ hơn khối lượng riêng của lớp nước phía trên. Vì vậy, lớp nước này sẽ chuyển động lên. Lớp nước ở phía trên có khối lượng riêng lớn hơn sẽ đi xuống. Quá trình này tạo ra dòng đối lưu làm cho cả khối nước trong cốc nóng lên. Sự truyền nhiệt này được gọi là sự truyền nhiệt bằng sự đối lưu.
- Chuyển động thế chỗ nhau của các phân tử nước theo dòng như thế, tạo nên sự truyền năng lượng nhiệt từ phần này đến phần khác trong cốc nước.
Dòng đối lưu là dòng chuyển động của chất lỏng mang năng lượng từ nơi nóng hơn đến nơi lạnh hơn.
Trong chất khí cũng xảy ra sự truyền nhiệt bằng sự đối lưu. Ở hình 25.3, nhờ có sự đối lưu mà nhiệt độ của phòng được điều hoà.
Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chính trong chất khí và chất lỏng. Trong chất khí và chất lỏng cũng có sự dẫn nhiệt, nhưng sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt chậm hơn so với truyền nhiệt bằng sự đối lưu.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Nêu ví dụ về hiện tượng đối lưu và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.
- Ví dụ 1: vào mùa hè khi bật điều hòa, nhiệt độ xung quanh điều hòa được làm lạnh sẽ di chuyển xuống phía bên dưới sàn của phòng, nhiệt độ nóng sẽ được đẩy lên phía trên điều hòa và tiếp tục được làm lạnh.
Mô tả sự truyền năng lượng: Lớp không khí lạnh có trọng lượng riêng lớn hơn nên sẽ di chuyển xuống dưới đẩy lớp không khí nóng có trọng lượng riêng nhỏ hơn lên trên, cứ lần lượt tạo thành dòng đối lưu.
- Ví dụ 2: Cho dầu vào chảo bật bếp, một lúc sau, dầu sôi.
Mô tả sự truyền năng lượng: Nhiệt lượng từ ngọn lửa của bếp truyền qua đáy chảo làm cho lớp dầu ở sát đáy chảo nóng lên và nở ra, khối lượng riêng của nó nhỏ hơn khối lượng riêng của lớp dầu phía trên. Do đó, lớp dầu nóng ở phía dưới sẽ chuyển động lên, lớp dầu ở phía trên có khối lượng riêng lớn hơn sẽ đi xuống. Quá trình này tạo ra dòng đối lưu làm cho cả khối dầu trong chảo nóng lên.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Máy điều hoà không khí thường có giàn nóng được đặt ở phía ngoài và giàn lạnh được đặt ở trong nhà. Giàn lạnh là nơi có luồng không khí lạnh bay ra. Vì sao giàn lạnh của máy điều hoà thường treo ở sát trần nhà?
Dàn lạnh của máy điều hòa thường treo ở sát trần nhà vì khi hoạt động dàn lạnh thổi ra luồng không khí lạnh, luồng khí này có khối lượng riêng lớn hơn luồng không khí nóng nên dễ dàng đi xuống, chiếm chỗ luồng không khí nóng; luồng không khí nóng có khối lượng riêng nhẹ hơn di chuyển lên phía trên, bị quạt gió trong dàn lạnh hút vào, đẩy qua dàn lạnh để làm lạnh rồi đưa trở lại phòng và di chuyển xuống phía dưới. Cứ như vậy, sự di chuyển của các luồng không khí lạnh và nóng tạo thành dòng đối lưu không khí, làm mát cả căn phòng.
📝 Luyện tập
2. Vì sao khi đun nấu thức ăn, phải đun từ phía dưới?
Khi đun nấu thức ăn, phải đun từ phía dưới để xuất hiện hiện tượng truyền nhiệt bằng hình thức đối lưu, giúp thức ăn được chín nhanh hơn và đều hơn.
📝 Luyện tập
3. Một bạn học sinh phát biểu: Trong chất lỏng, 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?
Phát biểu của bạn học sinh nói về sự truyền nhiệt bằng hình thức đối lưu.
📝 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. Giàn lạnh của tủ lạnh này nằm ở phía trên hay phía dưới? Vì sao?
Dàn lạnh của tủ lạnh này nằm ở phía trên vì mũi tên màu xanh là hướng dịch chuyển của luồng không khí có nhiệt độ thấp hơn, luồng khí này được tạo ra từ dàn lạnh, có khối lượng riêng nặng hơn nên đi xuống, chiếm chỗ luồng không khí có nhiệt độ cao hơn làm luồng khí nóng này di chuyển lên trên theo mũi tên màu đỏ. Cứ như vậy tạo thành dòng đối lưu không khí trong tủ lạnh.
3. Hiện tượng bức xạ nhiệt
Sự truyền nhiệt từ Mặt Trời đến Trái Đất (hình 25.5) là một ví dụ về hiện tượng bức xạ nhiệt. Truyền nhiệt bằng cách này xảy ra không cần tiếp xúc giữa các vật cũng như không có sự chuyển động thành dòng của các phân tử. Năng lượng nhiệt từ Mặt Trời truyền ra xung quanh thông qua các tia nhiệt.
Trong mỗi giây, năng lượng do Mặt Trời truyền đến phần trên cùng của bầu khí quyển Trái Đất có giá trị khoảng 174 triệu tỉ jun. Giữa Mặt Trời và khí quyển Trái Đất là chân không. Ở đó, không có sự dẫn nhiệt và đối lưu. Năng lượng này truyền đến Trái Đất bằng bức xạ nhiệt.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
4. Nêu ví dụ về hiện tượng bức xạ nhiệt và mô tả sơ lược sự truyền năng lượng ở hiện tượng đó.
- Ví dụ 1: 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: 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, 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.
- Ví dụ 2: Khi để tay gần ngọn lửa, một lúc sau ta thấy tay nóng lên.
Mô tả sự truyền năng lượng: Khi để tay gần ngọn lửa, năng lượng nhiệt từ ngọn lửa truyền ra xung quanh thông qua các tia nhiệt, truyền tới tay ta làm tay ta nóng lên.
II. TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH
- Nhà kính là nhà được che bởi mái kính dùng để trồng cây bên trong (hình 25.6).
- Nhờ ánh sáng Mặt Trời chiếu tia nhiệt qua kính vào nhà mà các vật và không khí trong nhà kính nhận được nhiệt lượng và nóng lên. Phần năng lượng này lớn hơn phần năng lượng nhiệt từ các vật ở trong nhà kính truyền ra ngoài. Kết quả là nhiệt độ bên trong nhà kính sẽ tăng lên.
- Ứng dụng hiện tượng này, ở những vùng mà nhiệt độ không khí thấp, người ta làm nhà kính để trồng cây. Như đã nói trên, nhiệt độ trong nhà kính luôn cao hơn nhiệt độ bên ngoài, giúp cây tránh được tác hại của giá rét, sinh trưởng và phát triển tốt hơn so với cây được trồng bên ngoài.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
5. Trong cuộc sống hằng ngày, từ “Hiệu ứng nhà kính” thường được nói đến. Hiệu ứng nhà kính là gì?
Hiệu ứng nhà kính là khái niệm dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi coi Trái Đất và bầu khí quyển bao quanh nó chứa nhiều khí CO2 như một nhà kính.
🧑💻 Tìm hiểu thêm
Hiệu ứng nhà kính đối với Trái Đất khi bầu khí quyển bao quanh nó chứa nhiều CO2- Hiệu ứng nhà kính là khái niệm dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi coi Trái Đất và bầu khí quyển bao quanh nó chứa nhiều khí CO2 như một nhà kính.
- Trong “nhà kính Trái Đất” này, mặt đất và không khí của Trái Đất nóng lên do sự truyền năng lượng nhiệt thông qua tia nhiệt của Mặt Trời chiếu xuyên qua tầng khí quyển đến Trái Đất. Mặt đất hấp thụ năng lượng nhiệt này sẽ nóng lên và cũng phát ra các tia nhiệt.
- Do phần năng lượng hấp thụ lớn hơn phần năng lượng phát ra ngoài không gian nên mặt đất, các đại dương và không khí trên toàn bộ Trái Đất nóng lên.
Nêu một số hậu quả của việc nóng lên này.
III. CÔNG DỤNG CỦA VẬT DẪN NHIỆT VÀ VẬT CÁCH NHIỆT
1. Tính dẫn nhiệt của các chất
Để tìm hiểu tính dẫn nhiệt của các vật làm bằng các chất khác nhau, em có thể thực hiện các thí nghiệm sau đây.
🔬 Thí nghiệm 1
❖ Chuẩn bị
Một thanh thuỷ tinh, một thanh nhôm, một thanh đồng, giá, đèn cồn, các đinh sắt, sáp (hình 25.7a).
❖ Tiến hành
• Lắp các dụng cụ như hình 25.7b, ở mỗi thanh, khoảng cách từ đầu thanh cắm đến các đinh sắt đều bằng nhau.
Dùng đèn cồn đun nóng để giữ ba đầu thanh.
• Quan sát thứ tự rơi của các đinh sắt gắn trên mỗi thanh. Từ đó rút ra kết luận về tính dẫn nhiệt của chất làm các thanh.
+ Quan sát thí nghiệm ta thấy: Chiếc đinh gắn ở thanh đồng rơi xuống trước, tiếp theo là đinh gắn ở thanh nhôm và cuối cùng là đinh gắn ở thanh thủy tinh.
+ Kết luận về tính dẫn nhiệt của chất làm các thanh: Đồng dẫn nhiệt tốt hơn nhôm, nhôm dẫn nhiệt tốt hơn thủy tinh.
🔬 Thí nghiệm 2
❖ Chuẩn bị
Đèn cồn, ống nghiệm có chứa nước, miếng sáp.
❖ Tiến hành
• Lắp các dụng cụ như hình 25.8, miếng sáp được để ở đáy ống nghiệm.
• Dùng đèn cồn đun nóng miệng của ống nghiệm.
• Quan sát khi nước ở phần trên của ống nghiệm bắt đầu sôi thì miếng sáp ở đáy cốc có bị nóng chảy không. Từ đó rút ra tính dẫn nhiệt của nước.
+ Quan sát thí nghiệm ta thấy: Khi nước ở phần trên của ống nghiệm bắt đầu sôi thì cục sáp ở đáy ống nghiệm chưa bị nóng chảy.
+ Kết luận: Từ thí nghiệm này có thể rút ra nhận xét: nước là chất dẫn nhiệt kém.
Trong cùng điều kiện như nhau, chất nào truyền năng lượng nhiệt nhanh hơn thì chất đó dẫn nhiệt tốt hơn.
Chất rắn dẫn nhiệt tốt. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém hơn.
2. Vật dẫn nhiệt
- Dựa vào tính dẫn nhiệt tốt hay kém của các chất mà người ta sử dụng chúng thích hợp trong khoa học và đời sống.
- Những vật dẫn nhiệt tốt được dùng khi cần truyền nhiệt lượng nhanh như các bộ tản nhiệt cho động cơ được làm bằng đồng, nồi đun nấu thức ăn được làm bằng nhôm (hình 25.9),...
- Tính chất dẫn nhiệt kém của không khí hay tính chất không dẫn nhiệt của chân không được ứng dụng chế tạo phích nước để giữ nước nóng hoặc giữ nước đá lâu tan. Hình 25.10 mô tả một số bộ phận chính ở một phích nước.
- Các vật liệu dẫn nhiệt kém như len, dạ,... được dùng để may quần áo ấm mùa đông. Hơn nữa, quần áo được may từ len, dạ tạo ra nhiều lớp khí, mà không khí dẫn nhiệt kém nên sẽ giúp giữ nhiệt cho cơ thể. Một số vật liệu polystyrene, sợi thuỷ tinh,... được dùng để cách nhiệt đường ống nước, ống dẫn ga ở điều hoà, bình nước nóng, lò nướng, tủ lạnh, tôn cách nhiệt ở mái của các ngôi nhà,... (hình 25.11).
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
6. Ở hình 25.9b, bộ phận nào cần dẫn nhiệt tốt, bộ phận nào cần cách nhiệt tốt?
- Bộ phận dẫn nhiệt tốt là thân nồi.
- Bộ phận cách nhiệt tốt là tay cầm.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
7. Nêu công dụng của các bộ phận của phích nước ở hình 25.10.
- 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, vì sao gió thổi từ biển vào đất liền?
- 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.
🔑 Kiến thức cốt lõi
• Năng lượng nhiệt có thể truyền từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác bằng hình thức dẫn nhiệt.
• Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hay chất khí. Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí.
• Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt và có thể truyền qua chân không.
• Năng lượng do các tia nhiệt truyền từ ngoài vào bên trong nhà kính lớn hơn năng lượng do các tia nhiệt từ bên trong nhà kính truyền ra ngoài.
• Chất rắn dẫn nhiệt tốt, chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém hơn.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
