Bài 25: Truyền năng lượng nhiệt

I. Các hình thức truyền năng lượng nhiệt

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Thí nghiệm

Chuẩn bị:

• Than 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.

❗Dẫn nhiệt là hình thức truyền nhiệt chủ yếu ở các vật rắn.

2. Hiện tượng 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.

❗Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chính trong chất lỏng và chất khí.

3. Hiện tượng bức xạ nhiệt

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.

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.

II. Truyền nhiệt trong hiệu ứng nhà kính

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.

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.

III. Công dụng của vật dẫn nhiệt và vật cách nhiệt

1. Tính chất dẫn nhiệt của các chất

Trong cùng điều kiện như nhau, chất nào truyền năng lượng nhiệt nhanh hơn thì chất đó dẫn nhiệt tốt hơn.

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:

❗Chất rắn dẫn nhiệt tốt. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém hơn.

2. Vật dẫn nhiệt

Những vật dẫn nhiệt tốt được dùng khi cần truyền nhiệt lượng nhanh.

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 nước đá lâu tan.

Các vật liệu dẫn nhiệt kém như len, dạ,...được dùng để may quần áo ấm mùa đông. Một số vật liệu polystryrene, sợi thuỷ tinh,...được dùng để cách nhiệt đường ống nước, ống dẫn ga ở điều hoà,...

1. 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.

2. Đối lưu là sự truyền năng lượng bằng các dòng chất lỏng hay chất khí. Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất kh

3. Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt có thể truyền trong chân không.

4. 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.

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