Nhiệt năng là một trong những dạng năng lượng được sử dụng phổ biến trong cuộc sống hiện nay. Bên cạnh đó, đây cũng là dạng kiến thức quan trọng của chương trình Vật lý. Vậy nhiệt năng là gì, công thức tính nhiệt năng như thế nào, mời bạn đọc cùng tham khảo bài viết sau đây để giải đáp về vấn đề này.
Nhiệt năng của vật là gì? Đơn vị của nhiệt năng là gì?
Khái niệm nhiệt năng
Nhiệt năng là năng lượng được tổng hợp từ tất cả động năng mà một vật chất tạo ra nhờ chuyển động bởi những hạt cấu thành nên nó. Các chuyển động này gồm chuyển động của khối tâm phân tử, dao động của hạt cấu tạo với quỹ đạo và chuyển động quay của các phân tử quanh khối tâm. Tổng của những động năng phát sinh từ chuyển động kể trên gọi là nhiệt năng.
Vì thế, nhiệt năng được phụ thuộc vào động năng, bên cạnh đó nhiệt năng và nhiệt độ cũng có mối liên hệ chặt chẽ. Nhiệt năng của vật tăng khi nhiệt độ tăng, cụ thể khi một vật có nhiệt độ tăng cao thì các hạt phân tử cấu trúc nên vật chất đó cũng sẽ chuyển động nhanh hơn, tạo ra nhiệt năng lớn hơn, nên nhiệt năng còn được gọi là năng lượng nhiệt.
Đơn vị của nhiệt năng
Nhiệt năng có đơn vị là jun (J)
Các nguyên tử và phân tử bên trong vật không đứng im mà chúng luôn chuyển động không ngừng. Khi gặp nhiệt độ cao chúng sẽ chuyển động càng nhanh, nên có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Vì thế, nhiệt năng của vật càng lớn khi nhiệt độ càng cao.
Ta có ví dụ về nhiệt năng như sau:
Thực hiện xoa 2 bàn tay liên tục vào nhau bạn sẽ thấy bàn tay nóng dần lên. Hiện tượng này cho thấy cơ năng được chuyển hóa sang nhiệt năng.
Nếu như 2 bàn tay chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ ở tay cũng nóng nhanh hơn. Bản chất là bởi bên trong các phân tử đã chuyển động nhanh hơn, nếu ta dùng lại thì bàn tay cũng không còn nóng lên.
Xem thêm: Hóa năng là gì? Vai trò, Ví dụ về hóa năng trong cuộc sống
Công thức tính nhiệt năng
Ta có công thức tính nhiệt lượng như sau: Q = m . c . ∆t
Trong đó:
Trong đó:
- Q: là nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa ra, đơn vị là Jun (J).
- m: là khối lượng của vật (được đo bằng kg)
- c: là nhiệt dung riêng của chất (được đo bằng J/kg.K)
- ∆t: là biến thiên nhiệt độ (Độ C hoặc K):
∆t = t2 – t1
∆t > 0: vật toả nhiệt
∆t < 0: vật thu nhiệt
Ví dụ: Năng suất tỏa nhiệt của than đá là 5.10^6 J/kg có nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá sẽ làm tỏa ra một năng lượng nhiệt là 5.10^6.
Cách làm thay đổi nhiệt năng
Thực hiện công
Ví dụ thay đổi nhiệt năng đơn giản nhất đó là thực hiện công bằng cách xoa hai bàn tay vào nhau để giữ ấm cho tay. Khi chúng ta xoa tay vào nhau nếu như thực hiện xoa càng nhanh thì sẽ thấy được rằng hai tay ấm lên nhanh hơn. Có nghĩa là nhiệt năng của tay đã được thay đổi theo chiều hướng tăng.
Về bản chất, những hạt cấu trúc, phân tử trong tay chúng ta dao động nhiều hơn, chuyển động nhanh hơn nên làm tăng nhiệt năng. Nếu ta ngừng xoa thì tự động nhiệt độ sẽ hạ xuống.
Như ở thời trung cổ ông cha ta đã dùng que và rơm khô để tạo lửa, đây cũng là ví dụ về hoạt động thực hiện công bằng cách cọ xát que với rơm khô để giúp cho các phân tử được chuyển động nhanh, nóng dần lên để có thể tạo được nhiệt độ cao và lửa.
Phần lớn các hành động cọ xát vật chất đều sẽ giúp nhiệt năng của vật đó tăng lên.
Xem thêm: Động năng là gì? Đơn vị, công thức tính động năng, ví dụ
Truyền nhiệt
Đây cũng là hiện tượng vật lý khá dễ nhận biết, chúng đơn giản như việc chúng ta để tay gần lò sưởi hay bếp lửa sẽ thấy được tay sẽ ấm hơn. Hoặc khi bạn cho đồng xu vào chén nước nóng, nhiệt độ từ nước nóng đã truyền sang cho đồng xu, giúp nhiệt năng của đồng xu tăng lên.
Truyền nhiệt là quá trình chỉ xuất hiện trong các trường hợp mà 2 đối tượng có sự chênh lệch về nhiệt độ. Tất nhiên, những vật có nhiệt độ cao sẽ giúp truyền qua vật có nhiệt độ thấp hơn.
Ứng dụng của nhiệt năng
Năng lượng là yếu tố có mặt trong hầu hết mọi hoạt động của con người, chúng có thể được tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: điện năng, cơ năng, hóa năng, quang năng hay nhiệt năng. Trong đó, nhiệt năng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất và sinh hoạt hàng ngày, cụ thể như:
- Các thiết bị để phục vụ công việc nấu nướng như: bếp từ, nồi cơm điện, nồi chiên, lò vi sóng, bếp điện,…
- Thiết bị dùng trong gia đình như: Máy sấy tóc, tủ sấy quần áo, máy hút ẩm, điều hòa,…
- Thiết bị dùng cho quán cafe: ấm siêu tốc, máy pha cà phê,…
- Dùng trong bảo quản thực phẩm như máy sấy khô, tủ chống ẩm, máy hút ẩm, tủ lạnh, tủ đông,…
- Các thiết bị sưởi ấm như máy sưởi, bình nóng lạnh,…
Những ứng dụng về nhiệt năng mà chúng tôi giới thiệu trên đây đều thuộc quá trình chuyển hóa năng lượng.
Việc chuyển hóa năng lượng liên tục xảy ra giữa điện năng sang cơ năng và cơ năng sang nhiệt năng. Nhờ đó ta thấy được rằng các nguồn năng lượng khác nhau đều có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
Xem thêm: Thế năng là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi & trọng trường
Một số bài tập về nhiệt năng
Câu 1: Khi ta để bầu nhiệt kế vào luồng khí phun mạnh ra từ một quả bóng thì mực thủy ngân trong nhiệt kế sẽ được dâng lên hay hạ xuống. Tại sao?
Trả lời:
Mực thủy ngân trong nhiệt kế sẽ bị tụt xuống, bởi vì không khí phun mạnh ra từ quả bóng thực hiện công làm đẩy các phần tử khí xung quanh bầu nhiệt kế văng ra xa. Vì vậy mà mật độ không khí xung quanh bầu nhiệt kế giảm, nên tổng động năng của phân tử khí cũng bị giảm xuống. Quá trình này khiến cho nhiệt năng bị giảm đi.
Câu 2: Tiến hành nhỏ một giọt nước đang sôi vào cốc đựng nước ấm thì sẽ làm thay đổi nhiệt năng của giọt nước và của nước trong cốc như thế nào?
Trả lời:
Với ví dụ này thì sẽ làm cho nhiệt năng của giọt nước giảm, còn nước trong cốc tăng.
Câu 3: Khi chuyển động nhiệt của những phân tử cấu tạo nên vật nhanh lên thì đại lượng nào của vật sẽ không tăng?
Trả lời:
Khối lượng của vật không tăng, bởi chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên vật nhanh thì nhiệt độ, nhiệt năng và thể tích của vật đều tăng lên theo.
Câu 4: Gạo đang nấu ở trong nồi và gạo đang xát đều nóng lên. Vậy cả 2 hiện tượng này về mặt thay đổi nhiệt năng có gì giống và khác nhau?
Trả lời:
Giống nhau: Đều làm tăng nhiệt năng.
Khác nhau: Khi nấu nhiệt năng tăng vì được truyền nhiệt, còn khi xát nhiệt tăng do nhận công.
Câu 5: Ở giữa ống thủy tinh được hàn kín có một giọt thủy ngân, ta thực hiện quay lộn ngược ống nhiều lần. Vậy điều này có làm cho nhiệt độ của giọt thủy ngân tăng lên không? Tại sao?
Trả lời:
Nhiệt độ của giọt thủy ngân sẽ tăng, bởi khi ta quay lộn ngược ống nhiều lần sẽ khiến cho thủy ngân ma sát với thủy tinh. Đây là hiện tượng tăng lên của nhiệt độ nhận được công.
Bài viết trên đây đã giúp bạn đọc lý giải được cho câu hỏi nhiệt năng là gì cũng như các ứng dụng của nhiệt năng trong cuộc sống xung quanh chúng ta. Có thể thấy nhiệt năng luôn được tồn tại ở trong đời sống hàng ngày. Hy vọng với vọng những chia sẻ mà chúng tôi mang đến trên đây đã giúp bạn đọc giải đáp được câu hỏi về nhiệt năng, từ đó để có thêm nhiều thông tin hữu ích cho mình.
