Truyền nhiệt SVIP

1. Dẫn nhiệt

➤ Tìm hiểu hiện tượng dẫn nhiệt

Thí nghiệm 1: Hiện tượng dẫn nhiệt của thanh kim loại

Chuẩn bị: thanh đồng, bộ giá đỡ, các kẹp giấy, sáp, đèn cồn.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu hiện tượng dẫn nhiệt

Tiến hành:

• Bước 1: Gắn thanh đồng vào bộ giá đỡ. Dùng sáp đính các kẹp giấy vào thanh đồng.
• Bước 2: Dùng đèn cồn hơ nóng một đầu thanh đồng. Quan sát hiện tượng xảy ra với các kẹp giấy ➝ Các kẹp giấy lần lượt rơi xuống theo thứ tự A, B, C, D.

Hiện tượng truyền nhiệt như trong thí nghiệm trên gọi là hiện tượng dẫn nhiệt.

Khi hơ nóng một đầu thanh đồng, các nguyên tử đồng tại đầu này chuyển động nhanh hơn, động năng của chúng tăng. Do chuyển động nhiệt, các nguyên tử đồng liên tục va chạm nhau và động năng được truyền từ các nguyên tử có động năng lớn sang các nguyên tử có động năng nhỏ hơn. Cứ thế, năng lượng nhiệt được truyền từ phần này sang phần khác của thanh đồng.

Dẫn nhiệt là hình thức truyền nhiệt chủ yếu trong chất rắn.

Hiện tượng dẫn nhiệt cũng xảy ra với chất lỏng và chất khí.

- Đặt ống nghiệm đựng nước như hình dưới và đun nóng phần đầu của ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn. Khi nước ở phần đầu ống nghiệm bắt đầu sôi thì nước ở đáy ống nghiệm trong thời gian này chỉ nóng lên, kết quả là viên nước đá bị chặn bởi vật nặng tại đáy ống nghiệm chỉ tan rất ít.

 Bố trí thí nghiệm về hiện tượng dẫn nhiệt của nước

- Đặt ống nghiệm bên trong chứa không khí và đun nóng phần đáy của ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn. Khi đáy ống nghiệm đã nóng lên thì cục sáp đính ở đầu ống nghiệm vẫn còn nguyên vẹn.

Bố trí thí nghiệm về hiện tượng dẫn nhiệt của không khí

➤ Công dụng của vật dẫn nhiệt tốt và vật cách nhiệt tốt

- Kim loại và hợp kim dẫn nhiệt tốt. Các vật làm bằng kim loại và hợp kim là vật dẫn nhiệt tốt.

- Len, gỗ, nhựa, cao su,... dẫn nhiệt kém nên còn gọi là chất hay vật liệu cách nhiệt. Vật làm bằng len, gỗ, nhựa, cao su,... là vật cách nhiệt tốt.

Tùy theo mục đích sử dụng, một vật dụng có thể được cấu tạo từ vật dẫn nhiệt tốt lẫn vật cách nhiệt tốt. Ví dụ, ấm đun nước có thân được làm bằng hợp kim để dẫn nhiệt tốt từ nguồn nhiệt sang nước bên trong ấm, trong khi tay cầm của ấm được bọc lớp vỏ nhựa cách nhiệt tốt để bảo vệ người dùng tránh nhiệt độ cao khi sử dụng.

2. Đối lưu

 ➤ Tìm hiểu hiện tượng đối lưu trong chất lỏng

Thí nghiệm 2: Hiện tượng đối lưu trong chất lỏng

Chuẩn bị: cốc thủy tinh, nước, giá đun, đèn cồn, thuốc tím, ống hút nhựa.

Tiến hành:

• Bước 1: Rót nước đầy 3/4 cốc thủy tinh rồi đặt cốc lên giá đun. Thả một ít hạt thuốc tím qua ống hút nhựa xuống đáy cốc.
• Bước 2: Dùng đèn cồn đun nóng cốc ngay phía dưới nơi có các hạt thuốc tím. Quan sát chuyển động của dòng nước màu tím trong cốc ➝ Nước màu tím di chuyển thành dòng lên phía trên.

​

Hiện tượng đối lưu trong nước khi đun nóng

Tương tự, khi đun một ấm nước trên bếp lò, lớp nước ở đáy ấm, gần ngọn lửa sẽ nhận năng lượng nhiệt, nóng lên và di chuyển lên trên, trong khi lớp nước lạnh phía trên di chuyển xuống dưới để nhận nhiệt từ ngọn lửa. Các dòng nước nóng, lạnh chuyển động ngược chiều này gọi là dòng đối lưu. Hiện tượng truyền nhiệt bằng các dòng đối lưu là hiện tượng đối lưu.

➤ Tìm hiểu hiện tượng đối lưu trong chất khí

Thí nghiệm 3: Hiện tượng đối lưu trong chất khí

Chuẩn bị: hộp đối lưu, nến, hương (nhang), bật lửa.

Hộp đối lưu là hộp thép có hai cột khí được làm bằng nhựa trong suốt và mặt trước làm bằng kính để quan sát chuyển động của dòng không khí bên trong.

 Bố trí thí nghiệm tìm hiểu hiện tượng đối lưu trong chất khí

Tiến hành:

• Bước 1: Lắp hộp đối lưu như hình trên. Thắp sáng ngọn nến, đặt nến vào trong hộp đối lưu, ngay bên dưới cột khí 1. Đóng mặt trước của hộp đối lưu.
• Bước 2: Thắp hương và giữ đầu hương đang cháy ở ngay phía trên miệng cột khí 2. Quan sát chuyển động của làn khói ➝ Làn khói chuyển động từ cột khí 2 qua hộp đối lưu và đi ra khỏi cột khí 1. 

Chuyển động của làn khói trong thí nghiệm chứng tỏ hiện tượng đối lưu cũng xảy ra trong chất khí. Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chủ yếu trong chất lỏng và chất khí.

3. Bức xạ nhiệt

➤ Tìm hiểu hiện tượng bức xạ nhiệt

Thí nghiệm 3: Hiện tượng bức xạ nhiệt

Chuẩn bị: bóng đèn dây tóc (loại 12 V), nguồn điện 12 V, bình thủy tinh phủ sơn đen, nút cao su có lỗ, nhiệt kế, tấm nhựa.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu hiện tượng bức xạ nhiệt

Tiến hành:

• Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình trên.
• Bước 2: Bật công tắc của nguồn điện 12 V để đèn sáng, theo dõi số chỉ của nhiệt kế ➝ Số chỉ của nhiệt kế tăng.
• Bước 3: Đặt tấm nhựa chắn giữa bóng đèn dây tóc và bình thủy tinh phủ sơn đen. Tiếp tục theo dõi số chỉ của nhiệt kế ➝ Số chỉ của nhiệt kế giảm về giá trị ban đầu.

Trong thí nghiệm này, năng lượng được truyền bằng các tia nhiệt. Giống như các tia sáng, các tia nhiệt truyền thẳng. Khi một vật nhận được các tia nhiệt thì nó nóng lên. Hiện tượng truyền nhiệt này gọi là bức xạ nhiệt.

Mặt Trời truyền năng lượng đến Trái Đất là nhờ bức xạ nhiệt, vì bức xạ nhiệt có thể truyền trong chân không.

➤ Sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính

Nhà kính là công trình thường có mái và các vách bên được làm bằng kính để trồng cây bên trong.

Bức xạ nhiệt từ Mặt Trời truyền đến dễ dàng xuyên vào nhà kính, làm nóng không khí và các vật bên trong. Tuy nhiên, phần lớn bức xạ nhiệt từ các vật bên trong bị lăng kính phản xạ trở lại. Kết quả là các vật bên trong nhà kính nhận được nhiều năng lượng nhiệt hơn so với các vật bên ngoài nhà kính nên có nhiệt độ cao hơn. Do đó, nhà kính đặc biệt hữu ích để trồng cây, tránh tác hại của thời tiết giá rét.

Tác dụng phản xạ bức xạ nhiệt trở lại bên trong nhà kính gọi là hiệu ứng nhà kính.

Hằng ngày, Trái Đất nhận một lượng lớn bức xạ nhiệt từ Mặt Trời truyền đến. Đồng thời, Trái Đất cũng bức xạ nhiệt vào không gian. Tuy nhiên, bầu khí quyển chứa nhiều CO₂ của Trái Đất có tác dụng như một mái kính, giữ lại bức xạ nhiệt của Trái Đất, làm mặt đất và không khí xung quanh nóng lên.

Hiện tượng Trái Đất nóng lên do khí CO₂, hơi nước và các chất khí khác (gọi chung là khí nhà kính) giữ lại bức xạ nhiệt của mặt đất gọi là hiệu ứng nhà kính khí quyển, hay hiệu ứng nhà kính.

Hiệu ứng nhà kính được cho là nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu hiện nay.

1. Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác thông qua va chạm giữa các nguyên tử, phân tử.

2. Đối lưu là sự truyền năng lượng nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí.

Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chủ yếu trong chất lỏng và chất khí.

3. Bức xạ nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng.

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng bức xạ nhiệt bị giữ lại, làm nóng không khí bên trong nhà kính.