Sự truyền nhiệt SVIP

I- Dẫn nhiệt

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Thí nghiệm

Chuẩn bị:

• Thanh đồng AB mắc vào giá thí nghiệm.
• Các đinh a, b, c, d, e, gắn bằng sáp vào thanh đồng.
• Đèn cồn đặt dưới đầu A của thanh đồng.

Tiến hành:

Dùng đèn cồn đốt nóng đầu A của thanh đồng, quan sát hiện tượng xảy ra đối với các đinh a, b, c, d,e.

Nhận xét:

• Mô tả hiện tượng xảy ra đối với các đinh: Các đinh lần lượt rơi khỏi thanh AB.
• Đinh rơi xuống chứng tỏ toàn bộ thanh AB bị nóng lên làm sáp tan chảy.
• Đinh lần lượt rơi xuống theo thứ tự a, b, c, d, e.

Hiện tượng truyền năng lượng như thí nghiệm trên là hiện tượng dẫn nhiệt.

Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng trực tiếp từ các nguyên tử, phân tử có động năng lớn hơn sang các nguyên tử, phân tử có động năng nhỏ hơn thông qua va chạm.

2. Vật dẫn nhiệt tốt, vật cách nhiệt tốt

Vật được cấu tạo từ những chất, vật liệu, có thể dẫn nhiệt tốt được gọi là vật dẫn nhiệt tốt.

Vật được cấu tạo từ những chất, vật liệu có thể cản trở tốt sự dẫn nhiệt gọi là vật cách nhiệt tốt.

Nếu coi khả năng dẫn nhiệt của không khí là 1 thì khả năng dẫn nhiệt của một số chất và vật liệu có giá trị gần đúng như sau:

II- Đối lưu

1. Thí nghiệm

Chuẩn bị:

Hai ống nghiệm đựng nước: ống (1) có gắn viên sáp ở đáy, ống (2) có gắn viên sáp ở miệng ống.

Đèn cồn và các giá đỡ.

Tiến hành:

• Đun nóng nước ở gần miệng ống nghiệm (1), quan sát xem viên sáp có bị nóng chảy hay không.
• Đun nóng đáy ống nghiệm (2) một thời gian dài gần bằng thời gian đun nóng ống nghiệm (1), quan sát xem viên sáp có bị nóng chảy hay không.

Nhận xét:

• Ở ống nghiệm (1), khi nước bắt đầu sôi thì cục sáp ở đáy ống nghiệm vẫn chưa nóng chảy.
• Ở ống nghiệm (2), khi nước bắt đầu sôi thì cục sáp cũng nóng chảy.

Giải thích:

• Khi đun nóng nước ở gần miệng ống nghiệm thì hiện tượng truyền nhiệt từ nước sang miếng sáp theo hình thức dẫn nhiệt, mà nước là chất dẫn nhiệt kém nên miếng sáp ở đáy ống nghiệm khó thu được nhiệt độ nhiều để đạt đến nhiệt độ nóng chảy.
• Khi đun nóng nước ở đáy ống nghiệm thì hiện tượng truyền nhiệt từ nước sang miếng sáp theo cả hình thức đối lưu và dẫn nhiệt nên làm miếng sáp ở miệng ống nghiệm thu được nhiệt độ nhiều hơn và nhanh chóng đạt được nhiệt độ nóng chảy.

2. Sự truyền nhiệt bằng đối lưu

Chất lỏng và chất khí (gọi chung là chất lưu) dẫn nhiệt kém nhưng vẫn có thể truyền nhiệt tốt.

Đặt một gói nhỏ đựng các hạt thuốc tím vào một bình thuỷ tinh đựng nước rồi dùng đèn cồn đun nóng đáy bình ở vị trí gắn gói thuốc tím. Nước ở gần ngọn lửa đèn cồn nhận được năng lượng, nóng lên, di chuyển thành dòng nước nóng đi lên trên, đồng thời nước lạnh ở trên cùng di chuyển thành dòng đi xuống dưới và nhận năng lượng từ ngọn lửa đèn cồn. Các dòng nước nóng, lạnh di chuyển ngược chiều như trên được gọi là dòng đối lưu.

III- Bức xạ nhiệt

1. Thí nghiệm

Chuẩn bị:

• Một bình thuỷ tinh đã phủ đen, bên trong có đặt một nhiệt kế.
• Đèn điện dây tóc.
• Tấm gỗ dày.

Tiến hành:

• Bố trí thí nghiệm như hình.
• Bật đèn, theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt kế khi chưa đặt tấm gỗ.
• Đặt tấm gỗ vào giữa đèn và bình thuỷ tinh, theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt kế.

Nhận xét:

• Ở hình a, nhiệt độ trong bình thuỷ tinh tăng dần do bình nhận được năng lượng nhiệt từ đèn dây tóc phát ra. Ở hình b nhiệt độ trong bình thuỷ tinh giảm dần về nhiệt độ cũ do có tấm gỗ chắn, bình không nhận được năng lượng nhiệt từ đèn dây tóc phát ra nữa mà đang toả nhiệt ra môi trường xung quanh.
• Sự truyền nhiệt từ đèn đến bình thuỷ tinh không phải là dẫn nhiệt vì không khí dẫn nhiệt kém, cũng không phải là đối lưu do nhiệt truyền thẳng chứ không thành dòng.

2. Sự truyền nhiệt bằng bức xạ nhiệt

Thí nghiệm trên cho thấy năng lượng nhiệt được truyền bằng các tia nhiệt.

Tia nhiệt có một số tính chất giống tia sáng như mang năng lượng, truyền thẳng, phản xạ, không truyền qua các vật chắn sáng,...Vật nhận được tia nhiệt thì nóng lên. Hình thức truyền nhiệt này gọi là bức xạ nhiệt.

Mặt Trời truyền được năng lượng tới Trái Đất là nhờ bức xạ nhiệt.

Khả năng hấp thụ và phản xạ tia nhiệt của một vật phụ thuộc vào tính chất mặt ngoài của nó. Mặt ngoài của vật càng xù xì và sẫm màu thì vật vật thụ thia nhiệt càng mạnh; mặt ngoài của vật càng nhẵn và càng sáng màu thì vật phản xạ tia nhiệt càng mạnh.

3. Hiệu ứng nhà kính

a) Bức xạ nhiệt của Mặt Trời và bức xạ nhiệt của Trái Đất

• Bức xạ nhiệt của Mặt Trời manh, dễ dàng truyền qua lớp khí quyển Trái Đất và các chất rắn trong suốt khác.
• Bức xạ nhiệt của Trái Đất yếu, không vượt qua được lớp khí quyển bao quanh Trái Đất hay các lớp kính trong suốt.
• Dựa vào sự khác nhau đó, người ta làm nhà lợp kính trồng cây nhằm giữ lại nhiều năng lượng mặt trời hơn, giúp cây phát triển mạnh mẽ hơn. 

Tác dụng giữ bức xạ nhiệt này của nhà lợp kính được gọi là hiệu ứng nhà kính.

b) Hiệu ứng nhà kính khí quyển

Hằng ngày Mặt Trời truyền về Trái Đất dưới hình thức bức xạ nhiệt. Trái Đất hấp thụ một phần năng lượng này, đồng thời phản xạ lại một phần dưới hình thức bức xạ nhiệt của Trái Đất.

Bầu khí quyển bao quanh Trái Đất có tác dụng giống như một nhà lợp kính, làm cho bề mặt của Trái Đất và không khí bao quanh nóng lên. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng nhà kính khí quyển, gọi tắt là hiệu ứng nhà kính.

Trong khí quyển, khí carbon dioxide (CO₂) đóng vai trò quan trọng nhất trong việc gây ra hiệu ứng nhà kính.

1. Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng trực tiếp từ các phân tử, nguyên tử cso động năng lớn hơn sang các phân tử, nguyên tử có động năng nhỏ hơn thông qua va chạm.

Chất rắn dẫn nhiệt tốt, chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém.

2. Đối lưu là sự truyền năng lượng bằng các dòng chất lưu di chuyển từ vùng nóng hơn lên vùng lạnh hơn trong chất lưu.

3. Bức xạ nhiệt là sự truyền năng lượng thông qua tia nhiệt. Tia nhiệt có thể truyền trong chân không.

4. Sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính.