Năng lượng nhiệt và nội năng SVIP

1. Năng lượng nhiệt và nội năng

➤ Tìm hiểu chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử

Năm 1827, khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi, nhà khoa học Robert Brown (người Anh) đã phát hiện thấy chúng chuyển động không ngừng, có quỹ đạo là những đường gấp khúc, không theo một trật tự nào nhưng ông không giải thích được hiện tượng này.

Đường đi của hạt phấn hoa trong nước khi quan sát bằng kính hiển vi

Năm 1905, nhà vật lí Albert Einstein (người Đức) đã giải thích thí nghiệm của Brown. Theo Einstein, nguyên nhân gây ra chuyển động của các hạt phấn hoa là do các phân tử nước không đứng yên mà chuyển động không ngừng. Trong thí nghiệm Brown, nếu tăng nhiệt độ của nước thì các hạt phấn hoa chuyển động càng nhanh, nghĩa là nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh. Vì thế, chuyển động này của các nguyên tử, phân tử được gọi là chuyển động nhiệt.

➤ Định nghĩa năng lượng nhiệt và nội năng

Các phân tử cấu tạo nên vật luôn chuyển động không ngừng, vì thế chúng có động năng. Động năng này phụ thuộc vào nhiệt độ.

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

Các phân tử cấu tạo nên vật luôn tương tác với nhau thông qua lực tương tác phân tử, do đó chúng có thế năng, gọi là thế năng tương tác phân tử. Thế năng này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.

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

➤ Cách làm tăng nội năng của vật

Bằng cách làm nóng vật, ta có thể làm tăng nội năng của vật.

Khi nhiệt độ của vật tăng, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh hơn, động năng của các phân tử tăng, do đó nội năng của vật tăng. Ngược lại, khi nhiệt độ của vật giảm thì nội năng của vật giảm.

Nội năng của vật cũng tăng khi vật bị cọ xát.

2. Đo năng lượng nhiệt mà vật nhận được

➤ Thực hành đo năng lượng nhiệt mà vật nhận được

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 12 V
• (6) Một joulemeter đơn giản có đầu vào (Power input) nối với nguồn điện, đầu ra (Load) nối với dây đốt trong bình nhiệt lượng kế, cùng nút On/Off để bật/tắt và nút Start/Stop để bắt đầu/kết thúc quá trình đo
• (7) Các dây dẫn điện

Tiến hành:

• Bước 1: Đong và rót một lượng nước vào bình nhiệt lượng kế sao cho nước ngập dây đốt và đầu đo của nhiệt kế. Khuấy nhẹ nước, đọc và ghi lại nhiệt độ ban đầu của nước.
• Bước 2: Bố trí thí nghiệm. Bật công tắc của nguồn điện và nhấn nút ON của joulemeter.
• Bước 3: Nhấn nút Start của joulemeter. Khuấy nhẹ nước cho đến khi nhiệt độ của nước tăng thêm 5 °C so với nhiệt độ ban đầu, đọc và ghi lại giá trị hiện thị của joulemeter.
• Bước 4: Tiếp tục khuấy nhẹ nước, đọc và ghi lại giá trị hiển thị của joulemeter khi nhiệt độ của nước tăng thêm 10 °C, 15 °C so với nhiệt độ ban đầu.
• Bước 5: Nhấn nút Stop của joulemeter và tắt công tắc nguồn điện.

1. Năng lượng nhiệt của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật.

2. Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử cấu tạo nên vật.

3. Khi một vật được làm nóng, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh hơn, do đó nội năng của vật tăng.