Nhiệt năng là gì? Công thức tính và ứng dụng của nhiệt năng

Nhiệt, Nhiệt độ có lẽ là những khái niệm đã quá đỗi quen thuộc với tất cả mọi người. Tuy nhiên còn một thuật ngữ khác thú vị có liên quan đến hai thuật ngữ trên mà bạn nên biết đó là nhiệt năng. Khác với các nội dung đã tìm hiểu hôm trước – Điện năng là gì? Quang năng là gì? thì hôm nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề “Nhiệt năng là gì?” Bài viết dưới đây của Vật Tư AZ sẽ giải đáp cho các bạn các vấn đề xoay quanh chủ đề “Nhiệt năng là gì?”

1. Khái niệm

1.1 Nhiệt năng là gì?

Nhiệt năng được định nghĩa là tổng của các động năng tạo thành nhờ chuyển động các hạt cấu tạo nên nó. Vậy là, nhiệt năng có thể hiểu là tất cả các động năng sinh ra bởi các chuyển động của khối tâm phân tử, dao động của các hạt cấu tạo với quỹ đạo lấy hạt nhân của nguyên tử làm tâm. Và những chuyển động quanh của các phân tử quanh tâm.

Tóm lại nhiệt năng là một dạng năng lượng không bao giờ mất đi và luôn được dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyển động nhiệt liên tục của các hạt cấu tạo nên vật chất.

Từ định nghĩa trên suy ra nhiệt năng phụ thuộc vào động năng. Mọi vật đều luôn có nhiệt năng vì các phân tử cấu tạo nên vật luôn luôn chuyển động không ngừng.

Đơn vị đo của nhiệt năng là Jun. Ký hiệu là J.

Ví dụ: Nếu lấy hai bàn tay xoa vào nhau liên tục với tốc độ nhanh thì sau một lúc ta thấy hai bàn tay nóng lên. Từ hiện tượng trên cho thấy cơ năng đã và đang chuyển hoá sang nhiệt năng.

1.2 Các khái niệm khác liên quan 

a. Nhiệt là gì?

Nhiệt là một dạng năng lượng có ở trong vật chất. Loại năng lượng này được tạo thành nhờ sự chuyển động không ngừng của các hạt cấu tạo nên vật chất.

b. Nhiệt độ là gì?

Nhiệt độ là một tính chất vật lý cơ bản trong nhiều tính chất vật lý khác của vật chất. Nhiệt độ chính là biểu hiện của điện năng trong một vật.

Nhiệt năng và nhiệt độ có mối quan hệ mật thiết với nhau. Một vật thể có nhiệt độ càng cao thì phân tử cấu tạo nên vật càng chuyển động nhanh. Do đó nhiệt năng của nó lại càng lớn và ngược lại.

c. Nhiệt lượng là gì?

Nhiệt lượng là một vật lý đã được quy ước để chỉ phần nhiệt năng vật nhận được hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt. Ký hiệu của nhiệt lượng là Q và sử dụng đơn vị đo J (Jun) trong hệ thống đo lường quốc tế SI.

Nhiệt lượng một vật có thể thu vào phụ thuộc bởi 3 yếu tố là:

• Một là khối lượng của vật. Khối lượng của vật tỷ lệ thuận với nhiệt lượng mà vật thu vào.
• Hai là độ tăng nhiệt độ: Nếu độ tăng nhiệt của một vật càng lớn thì nhiệt lượng vật đó thu vào cũng càng lớn theo.
• Ba là chất cấu tạo nên vật.

d. Nhiệt dung riêng là gì?

Nhiệt dung riêng của một vật được định nghĩa là lượng nhiệt lượng cần thiết để một lượng vật chất đó (thường tính trên đơn vị là kg) có thể tăng lên một độ sau quá trình truyền nhiệt.

Nhiệt dung riêng có đơn vị là J/kg.K, đơn vị này cũng đã được quy định trong hệ thống đo lường quốc tế SI.

Dưới đây là bảng nhiệt dung riêng của một số chất:

2. Công thức tính nhiệt lượng – nhiệt năng là gì?

Nhiệt lượng của một vật được tính bằng công thức sau:

                                        Q = m.c.Δt

Trong đó:

• Q là nhiệt lượng mà vật đó thu vào hoặc toả ra. Có đơn vị đo là Jun (J).
• m là khối lượng của vật, được đo bằng kilogam (kg).
• c là nhiệt dungb riêng của chất, có đơn vị đo bằng J/kg.K
• Δt là độ biến thiên nhiệt độ (Đơn vị: °C hoặc °K). Tại đó: Δt = t2 -t1. Nếu Δt > 0 thì vật toả nhiêt. Còn nếu Δt < 0 thì nghĩa là vật đang thu nhiệt.

Ví dụ: Nếu năng suất toả nhiệt của than đá là 5.10^6 J/kg thì nghĩa là khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg than đá sẽ toả ra một lượng nhiệt là 5.10^6.

3. Các cách thay đổi nhiệt năng là gì?

Câu hỏi đặt ra ở đây là: Liệu có cách nào để thay đổi nhiệt năng của một vật hay không? Hay có mấy cách làm thay đổi nhiệt năng? 

Để làm thay đổi nhiệt năng có hai cách là làm tăng nhiệt độ bằng cách thực hiện công và thực hiện truyền nhiệt.

3.1 Thực hiện công

Trở lại ví dụ đầu tiên, trường hợp ta dùng hai tay xoa vào nhau chính là đang thực hiện công để thay đổi nhiệt năng. Nếu để ý ta sẽ thấy hai bàn tay chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ ở tay cũng ngày càng nóng hơn. Nghĩa là nhiệt năng ở tay đã tăng lên. Thực chất bên trong là các phân tử chúng ta đang chuyển động nhanh hơn. Và nếu dưng lại bàn tay cũng sẽ không còn nóng, tức là nhiệt năng đã giảm.

Hay nếu bạn chạy bộ, bạn sẽ cảm nhận rõ rệt được nhiệt độ trong cơ thể của bạn đang tăng lên một cách rõ rệt. Rõ đến mức cơ thể bạn sẽ phải đổ mồ hôi để làm mát.

3.2 Thực hiện truyền nhiệt

Ngoài thực hiện công, phương pháp sử dụng sự chuyển động để làm tăng nhiệt năng trong vật, ta còn có một cách khác là truyền nhiệt. Truyền nhiệt là hiện tượng dễ bắt gặp trong đời sống hàng ngày.

Ví dụ như cho rau vào nồi nước đang sôi thì ngay lập tức rau sẽ bị nhiệt độ của nước luộc chín.

Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này là quá trình truyền nhiệt sẽ xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau. Và truyền nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

Một số cách truyền nhiệt khác là: phơi vật trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời, dùng lửa, ngâm vào nước nóng….

4. Ứng dụng của nhiệt năng trong đời sống

Trong cuộc sống hàng ngày, xung quanh môi trường sống của chúng ta luôn luôn tồn tại các dạng năng lượng từ điện năng, nhiệt năng,cơ năng. Tất cả chúng đều phục vụ các hoạt động thiết yếu trong cuộc sống sinh hoạt của con người. Thế nhưng, riêng đối với nhiệt năng, đây còn là dạng năng lượng được ứng dụng rộng rãi vào công nghiệp sản xuất.

Một số ví dụ điển hình về ứng dụng của nhiệt năng trong thực tiễn là:

Các thiết bị nhà bếp như: nồi cơm điện, bình nóng lạnh, nồi lẩu điện, bếp từ, bếp điện, lò vi sóng,…

Trong công nghiệp thực phẩm là máy sấy, máy hút ẩm, tủ chống ẩm,…

Hay các thiết bị sưởi ấm trong mùa đông là máy sưởi, đệm điện, chăn điện, điều hoà 2 chiều, ….

5. Các dạng bài tập về nhiệt năng – Lớp 8

5.1 Dạng trắc nghiệm

Ví dụ 1: Nhiệt năng của vật trong trường hợp nào dưới đây bị thay đổi?

A. Vật bị cọ sát với một vật khác

B. Vật bị đem đi đốt nóng

C. Đặt vật vào môi trường có nhiệt độ thấp hơn

D. Tất cả các đáp án trên

Ví dụ 2: Khi bỏ một thỏi kim loại đã được nung nóng 95 °C vào trong 1 cốc nước có nhiệt độ phòng là 24 °C. Hỏi nhiệt năng của thỏi kim loại và của nước thay đổi như thế nào?

A. Nhiệt năng thỏi kim loại tăng và nhiệt năng của nước giảm

B. Nhiệt năng thỏi kim loại giảm và nhiệt năng của nước tăng

C. Nhiệt năng của cả thỏi kim loại và nước đều tăng

D. Nhiệt năng của cả thỏi kim loại và nước đều giảm

Ví dụ 3: Nhận định nào dưới đây là đúng?

A. Nhiệt độ của vật càng cao thì công thực hiện lên vật đó càng lớn

B. Thỏi sắt khi nung nóng chứa 300J nhiệt lượng

C. Nhiệt độ của vật càng cao thì nhiệt năng của vật đó càng lớn

D. Nhiệt độ của vật càng thấp thì nhiệt lượng của vật đó càng nhỏ

5.2 Dạng bài giải thích

Ví dụ 1: Tại sao sau khi bơm xe thì sờ vào ống bơm ta thấy ống bơm có hiện tượng nóng lên? 

Ví dụ 2: Khi chuyển động nhiệt của phân tử tạo nên vật nhanh lên thì thể tích của vật đó có bị thay đổi không?

Ví dụ 3: Đun nóng một ống nghiệm có đậy nút kín và đựng nước bên trong. Khi đó, nước trong ống nghiệm nóng dần, tới một thời điểm nào đó hơi nước trong ống nghiệm làm bật nút lên. Hỏi trong thí nghiệm trên khi nào là truyền nhiệt, khi nào là thực hiện công?

Trên đây là giải đáp của Vật Tư AZ về vấn đề: “ Nhiệt năng là gì? Công thức tính và ứng dụng của nhiệt năng”. Mong rằng bài viết này hữu ích với bạn! Nếu bạn còn thắc mắc gì liên hệ ngay với chúng tôi qua Fanpage hoặc Website – Vật Tư AZ để được giải đáp, hỗ trợ MIỄN PHÍ, NHANH CHÓNG.