Chủ đề 2: Nhiệt học

Chủ đề 2: NHIỆT HỌC ! I- SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN - Chất rắn nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi. VD: Các khe cửa gỗ về mùa đông thường hở to hơn mùa hè. - Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau. VD: 1. Nhận biết các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau bằng việc nung nóng băng kép ( Băng kép được cấu tạo từ 2 thanh kim loại có bản chất khác nhau, được tán chặt vào nhau theo chiều dài của thanh). 2. Khi nút chai bị kẹt, hơ nóng cổ chai ta có thể dễ dàng mở được nút. * Ứng dụng : 1. Khi lợp nhà bằng tôn, ta không nên chốt đinh ở hai đầu tấm tôn vì khi nhiệt độ thay đổi, các tấm tôn co giãn vì nhiệt làm cho mái tôn không phẳng. 2. Đai sắt trước khi lắp vào các thùng Tô - nô thường được đốt nóng cho nở ra, khi nguội đi chúng co lại và áp chặt vào thùng. 3.Bê tông được làm từ xi măng trộn với nước và cát, sỏi, nở vì nhiệt như thép. Nhờ đó mà các trụ bê tông cốt thép không bị nứt khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi. II- SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG - Chất lỏng nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. VD: Khi đun nước, nếu ta đổ nước đầy ấm thì khi sôi nước sẽ trào ra ngoài ấm. - Các chất lỏng khác nhau thì nở vì nhiệt cũng khác nhau. * Ứng dụng : Khi đun nước ta không nên đổ nước đầy ấm để đun. Bởi vì, khi đun nhiệt độ của nước sẽ tăng, nước nở ra và trào ra ngoài ấm gây nguy hiểm. III- SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT KHÍ - Các chất khí nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi. - Các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau. VD: 1. Cắm một thanh thuỷ tinh hình chữ L vào nút một bình cầu thuỷ tinh chứa không khí. Giữa ống thuỷ tinh nằm ngang có một giọt nước màu. Khi hơ nóng bình thuỷ tinh hoặc áp tay vào bình thuỷ tinh ta thấy giọt nước màu chuyển động ra phía ngoài và khi để nguội thì giọt nước màu chuyển động vào phía trong. 2. Khi rót nước nóng ra khỏi phích rồi đậy nút lại ngay thì nút có thể bật ra. Vì: Khi rót nước nóng ra khỏi phích, có một lượng không khí ở ngoài tràn vào trong phích. Nếu ta đậy nút lại ngay thì lượng khí này sẽ bị nước trong phích làm cho nóng lên, nở ra và đẩy nút phích lên. Để tránh hiện tượng này, không nên đậy nút ngay mà chờ cho lượng khí tràn vào phích nóng lên, nở ra và thoát ra ngoài một phần rồi mới đậy nút lại. *** MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SỰ NỞ VÌ NHIỆT - Các vật khi nở vì nhiệt, nếu bị ngăn cản có thể gây ra lực rất lớn. VD: 1. Khi đốt nóng, băng kép bị cong mặt lồi về bản kim loại nở vì nhiệt nhiều hơn. Vì: Khi đốt nóng băng kép, do hai kim loại cấu tạo nên băng kép nở vì nhiệt khác nhau, bản kim loại nở vì nhiệt nhiều hơn bị bản kim loại nở vì nhiệt ít hơn ngăn cản, do đó gây ra lực lớn kéo bản kim loại nở vì nhiệt ít hơn nên băng kép bị cong mặt lồi về bản kim loại nở vì nhiệt nhiều hơn. Và khi làm lạnh, băng kép bị cong mặt lồi về bản kim loại nở vì nhiệt ít hơn. 2. Đường đi bằng bêtông thường đổ thành từng tấm và đặt cách nhau một khoảng trống, khi nhiệt độ thay đổi thì chúng có thể nở ra hay co lại mà vẫn không làm hỏng đường. IV- NHIỆT KẾ - NHIỆT GIAI -Nhiệt kế là dụng cụ dùng để đo nhiệt độ. -Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của nhiệt kế dựa trên sự co giãn vì nhiệt của chất lỏng. -Cấu tạo: Bầu đựng chất lỏng, ống, thang chia độ. *Các loại nhiệt kế: nhiệt kế rượu, nhiệt kế thuỷ ngân, nhiệt kế y tế, -Cách chia độ: Nhúng nhiệt kế vào nước đã đang tan, đánh dấu mực chất lỏng dâng lên trong ống đó là vị trí 00C; Nhúng nhiệt kế vào nước đang sôi, đánh dấu mực chất lỏng dâng lên trong ống đó là vị trí 1000C. Chia khoảng từ 00C đến 1000C thành 100 phần bằng nhau. Khi đó mỗi phần ứng với 10C. Ứng dụng: - Nhiệt kế trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế thủy ngân) (1): dùng để đo nhiệt độ của nước hay không khí. Với mức nhiệt từ -10oC đến 110oC - Nhiệt kế y tế (2): dùng để đo nhiệt độ cơ thể người, động vật. Với mức nhiệt từ 34oC đến 42oC. - Nhiệt kế rượu (3): thường dùng để đo nhiệt độ không khí. Với mức nhiệt từ -30oC đến 60oC. -Nhiệt kế kim loại (4): thường dùng để đo nhiệt độ nóng chảy của kim loại. Với mức nhiệt từ 0oC đến 400oC -Thang nhiệt độ gọi là nhiệt giai. *Nhiệt giai Xenxiut có đơn vị là độ C (oC). Nhiệt độ thấp hơn 0oC gọi là nhiệt độ âm. *Nhiệt giai Fa-ren-hai có đơn vị là độ F (oF). toF = toC.1,8oF +32oF VD: 20oC = (20.1,8oF) + 32oF = 68oF *Nhiệt giai Ken-vin có đơn vị là K. t K =( toC + 273) K VD: 20oC =( 20 + 273) K = 293K VD: Nhiệt độ nước đá đang tan là 00C; nhiệt độ nước sôi là 1000C; nhiệt độ của người bình thường là 370C. V- SỰ NÓNG CHẢY VÀ SỰ ĐÔNG ĐẶC SỰ NÓNG CHẢY VD: 1. Sự chuyển thể từ thể rắn sang thể lỏng của băng phiến: khi đun nóng băng phiến, nhiệt độ của băng phiến tăng dần, đến nhiệt độ 80oC thì băng phiến bắt đầu chuyển dần từ thể rắn sang thể lỏng. Trong suốt thời gian này, nhiệt độ của băng phiến không thay đổi (80oC) và đây cũng chính là quá trình nóng chảy của băng phiến. Nếu tiếp tục đun nóng băng phiến thì băng phiến chuyển hoàn toàn sang thể lỏng. 2. Sự chuyển thể từ thể rắn sang thể lỏng của nước đá. Đặc điểm về nhiệt độ trong quá trình nóng chảy của chất rắn: - Sự chuyển từ thể rắn sang thể lỏng gọi là sự nóng chảy. - Phần lớn các chất nóng chảy ở nhiệt độ xác định, nhiệt độ này gọi là nhiệt độ nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của các chất khác nhau thì khác nhau. - Trong suốt thời gian nóng chảy nhiệt độ của vật không thay đổi. SỰ ĐÔNG ĐẶC VD: 1. Sự chuyển thể của băng phiến từ thể lỏng sang thể rắn: khi làm nguội dần băng phiến, nhiệt độ của băng phiến giảm dần, đến nhiệt độ 80oC thì băng phiến bắt đầu chuyển dần từ thể lỏng sang thể rắn. Trong suốt thời gian này, nhiệt độ của băng phiến không thay đổi (80oC) và đây cũng chính là quá trình đông đặc của băng phiến. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống thì băng phiến sẽ chuyển hoàn toàn sang thể rắn. 2. Sự chuyển thể của nước từ thể lỏng sang thể rắn. Đặc điểm về nhiệt độ của quá trình đông đặc: -Sự chuyển từ thể lỏng sang thể rắn gọi là sự đông đặc. - Phần lớn các chất đông đặc ở nhiệt độ xác định, nhiệt độ này gọi là nhiệt độ đông đặc. Các chất nóng chảy ở nhiệt độ nào thì đông đặc ở nhiệt độ đó. - Trong thời gian đông đặc, nhiệt độ của vật không thay đổi. *Ứng dụng 1. Trong việc đúc kim loại, người ta nấu chảy kim loại, sau đó đổ chúng vào khuôn và để nguội. 2. Làm nước đá, đổ nước vào khay đựng nước, cho vào ngăn đá của tủ lạnh, khi nhiệt độ của nước hạ xuống 0oC, nước sẽ đông đặc lại thành nước đá. VI-SỰ BAY HƠI VÀ NGƯNG TỤ SỰ BAY HƠI: Hiện tượng chất lỏng chuyển từ thể lỏng sang thể hơi gọi là sự bay hơi của chất lỏng. VD: 1. Sự bay hơi của nước 2. Sự bay hơi của cồn - Tốc độ bay hơi của một chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ, gió và diện tích mặt thoáng của chất lỏng. Nó xaûy ra ñoàng thôøi treân maët thoaùng vaø ôû trong loøng chaát loûng . *Ứng dụng: 1. Để làm muối, người ta cho nước biển chảy vào ruộng muối. Nước trong nước biển bay hơi, còn muối đọng lại trên ruộng. Nếu thời tiết nắng to và có gió mạnh thì nhanh thu hoạch được muối. 2. Khi lau nhà xong ta thường bật quạt để nước trên sàn nhà bay hơi nhanh. 3.Khi trồng chuối, ta phải phạt bới lá. Vì chuối là loại cây thân có chứa rất nhiều nước, hơn nữa khi mới trồng cây chưa tự hút được nước trong đất. Nếu ta không phạt bớt lá thì lá cây sẽ bay hơi nước rất nhiều do nó có diện tích mặt thoáng rất lớn. Khi đó cây sẽ bị mất nước, héo và chết. SỰ NGƯNG TỤ: Hiện tượng một chất chuyển từ thể hơi sang thể lỏng gọi là sự ngưng tụ của chất đó. Mọi chất lỏng có thể bay hơi đều có thể ngưng tụ. Ngưng tụ là quá trình ngược với bay hơi. Sự ngưng tụ xảy ra nhanh hơn khi giảm nhiệt độ. *Ứng dụng 1. Hiện tượng điểm sương: Vào ban ngày, nhiệt độ cao nên nước bay hơi vào không khí. Khi đêm đến, nhiệt độ giảm xuống, hơi nước trong không khí ngưng tụ và tạo thành những giọt nước đọng trên lá cây, ngọn cỏ. 2. Hiện tượng có các giọt nước bám vào thành ngoài của cốc nước đá. VII- SỰ SÔI Sự sôi là sự bay hơi đặc biệt. Trong suốt thời gian sôi, nước vừa bay hơi trong lòng chất lỏng vừa bay hơi trên mặt thoáng. VD: Khi tăng nhiệt độ của nước, sau một thời gian ta thấy có hơi nước bay hơi trên bề mặt của nước và dưới đáy bình xuất hiện những bọt khí nhỏ ngày càng to dần rồi nổi lên mặt nước và vỡ ra. Khi nhiệt độ của nước đến 100oC thì mặt nước xáo động mạnh, rất nhiều hơi nước bay lên và các bọt khí nổi lên, nước sôi sùng sục và nhiệt độ không tăng lên nữa. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ sôi của nước. Mỗi chất lỏng sôi ở một nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ sôi của chất lỏng. Trong suốt thời gian sôi, nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi. Nhiệt độ sôi của một chất lỏng còn phụ thuộc vào áp suất không khí trên mặt thoáng chất lỏng. TÓM TẮT: THỂ RẮN THỂ LỎNG THỂ KHÍ Nóng chảy Đông đặc Bay hơi Ngưng tụ *Chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng. Chất lỏng nở vì nhiệt nhiều hơn chất rắn. *Độ nở vì nhiệt của các chất: Chất khí: Không khí = Hơi nước = khí oxi Chất lỏng: Thủy ngân < Dầu hỏa < Rượu Chất rắn: Sắt < Đồng < Nhôm. *Khi đun nóng, khối lượng riêng của chất lỏng cũng như chất rắn giảm. Vì khi đun nóng thể tích của chất lỏng cũng như chất rắn tăng lên trong khi đó khối lượng của nó không thay đổi nên khối lượng riêng của chúng giảm xuống: *Ngược lại, khi làm lạnh thì khối lượng riêng của chất lỏng cũng như chất rắn sẽ tăng. Do thể tích giảm, nhưng khối lượng lại không thay đổi. Một chất bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ nào thì cũng bắt đầu đông đặc ở nhiệt độ đó. Trong suốt thời gian nóng chảy (hay đông đặc) nhiệt độ của vật không thay đổi. -Nhiệt độ nóng chảy của rượu là -117oC, nhiệt độ sôi là 78oC. -Nhiệt độ nóng chảy của thủy ngân là -39oC, nhiệt độ sôi là 357oC. -Nhiệt độ nóng chảy của nước là 0oC, nhiệt độ sôi của nước là 100oC. -Nhiệt độ nóng chảy của băng phiến là 80oC, ở nhiệt độ này nó tồn tại ở cả thể rắn và thể lỏng! VUI LÝ HỌC ! Sự nở vì nhiệt của nước rất đặc biệt Nếu đưa nước ở nhiệt độ bình thường vào tủ lạnh sẽ lần lượt diễn ra 3 quá trình sau: - Nước co lại (giảm thể tích), đồng thời giảm nhiệt độ. - Khi giảm xuống 4oC, nước bắt đầu nở ra. - Xuống đến 0oC, nước bắt đầu đóng băng và tiếp tục nở ra thêm. Đây là tính chất mà ko có chất lỏngg nào có được, trừ nước. Thông thường khi bị đông đặc, các phân tử của các chất lỏng khác thường co lại gần nhau, tạo ra các tinh thể. Riêng nước thì ngược lại. Đó là do cấu trúc của nước khác các chất lỏng khác. Giữa các phân tử nước, tồn tại một liên kết gọi là liên kết hidro. Liên kết này làm các phân tử nước tạo thành một mạng, tuy nhiên liên kết này không bền lắm nên mạng phân tử nước không rắn, mà ở dạng lỏng. Các phân tử nước trong mạng này, liên kết tạo thành các góc mạng 104,5o (Nếu bạn học hóa hữu cơ rồi sẽ rất dễ hình dung). Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4oC , các phân tử này bắt đầu giãn ra xa để mở rộng góc mạng này nhằm tạo ra các tinh thể hình lục giác. Đến 0oC các tinh thể bắt đầu hình thành. Do các phân tử giãn ra xa nhau nên khối lượng riêng giảm xuống. Tóm lại, ở nhiệt độ trên 4o C, càng lạnh nước càng co lại. Nhưng dưới 4o C, càng lạnh nước càng nở ra. Vậy nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4oC hay nước có trọng lượng riêng lớn nhất d =10 D. Trong các hồ nước lạnh, về mùa đông lớp nước ở 4oC nặng nhất, nên chìm xuống đáy hồ. Nhờ đó, về mùa đông ở xứ lạnh, cá vẫn sống được ở đáy hồ, trong khi trên mặt hồ nước đã đóng thành lớp băng dày.