Chủ đề 2: Nhiệt học (tiếp)

Chủ đề 2: NHIỆT HỌC (tiếp) ! 1. Các chất được cấu tạo như thế nào ? Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt gọi là nguyên tử và phân tử. Giữa các nguyên tử, phân tử có khoảng cách. VD1: Khi thả một thìa đường vào một cốc nước rồi khuấy đều thì đường tan và nước có vị ngọt. Giải thích: Khi thả thìa đường vào cốc nước và khuấy đều, thì đường sẽ tan ra trong nước. Giữa các phân tử nước có khoảng cách, nên các phân tử đường sẽ chuyển động qua những khoảng cách đó để đến khắp nơi của nước ở trong cốc. Vì vậy, khi uống nước trong cốc ta thấy có vị ngọt của đường. Các nguyên tử, phân tử chuyển động không ngừng. VD2: Chuyển động Bơ-rao: Khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi, Bơ-rao đã phát hiện thấy chúng chuyển động không ngừng về mọi phía. Nguyên nhân gây ra chuyển động của các hạt phấn hoa trong thí nghiệm của Bơ-rao là do các phân tử nước không đứng yên mà chuyển động không ngừng. Trong khi chuyển động các phân tử nước đã va chạm với các hạt phấn hoa, các va chạm này không cân bằng nhau và làm cho các hạt phấn hoa chuyển động hỗn độn không ngừng. Nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh. Chuyển động không ngừng của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật được gọi là chuyển động nhiệt. Vì chuyển động của các nguyên tử, phân tử liên quan chặt chẽ tới nhiệt độ của vật. Trong thí nghiệm Bơ-rao nếu tăng nhiệt độ của nước thì các hạt phấn hoa chuyển động càng nhanh, chứng tỏ các phân tử nước chuyển động nhanh hơn và va đập mạnh hơn vào các phân tử phấn hoa. - Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng các chất tự hoà lẫn vào nhau do chuyển động không ngừng của các nguyên tử, phân tử. VD3: Khi đổ nước vào một bình đựng dung dịch đồng sunfat có màu xanh, ban đầu nước nổi lên trên, sau một thời gian cả bình hoàn toàn có màu xanh. Giải thích: Các phân tử nước và đồng sunfat đều chuyển động không ngừng về mọi phía, nên các phân tử đồng sunfat có thể chuyển động lên trên, xen vào khoảng cách giữa các phân tử nước và các phân tử nước cũng chuyển động xuống dưới và xen vào khoảng cách giữa các phân tử của đồng sunfat. Vì thế, sau một thời gian ta nhìn thấy cả bình hoàn toàn là một màu xanh. 2. Nhiệt năng - Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. - Đơn vị nhiệt năng là jun (J). - Nhiệt độ của vật càng cao, thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh và nhiệt năng của vật càng lớn. **Nhiệt năng của một vật có thể thay đổi bằng hai cách: Thực hiện công hoặc truyền nhiệt. - Cách làm thay đổi nhiệt năng của một vật mà không cần thực hiện công gọi là truyền nhiệt. VD: 1. Thực hiện công: Cọ xát miếng đồng vào mặt bàn, ta thấy miếng đồng nóng lên. Điều đó chứng tỏ rằng, động năng của các phân tử đồng tăng lên. Ta nói, nhiệt năng của miếng đồng tăng. 2. Truyền nhiệt: Thả một chiếc thìa bằng nhôm vào cốc nước nóng ta thấy thìa nóng lên, nhiệt năng của thìa tăng chứng tỏ đã có sự truyền nhiệt từ nước sang thìa nhôm. -Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt. ***Có 3 hình thức truyền nhiết là: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt. - Hình thức truyền nhiệt chủ yếu của: + Chất rắn là dẫn nhiệt + Chất lỏng, chất khí là đối lưu + Chân không là bức xạ nhiệt VD: Tại sao mọi vật dù lớn hay nhỏ và nóng hay lạnh đều có nhiệt năng ? Vì: + Mọi vật đều được cấu tạo từ phân tử. + Các phân tử chuyển động không ngừng. + Các phân tử có động năng. + Tổng động năng của các phân tử là nhiệt năng. 3. Dẫn nhiệt: là sự truyền nhiệt năng từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác. - Chất rắn dẫn nhiệt tốt. Trong chất rắn, kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém. - Sự dẫn nhiệt chỉ có thể xảy ra giữa hai vật rắn khi hai vật có nhiệt năng khác nhau tiếp xúc với nhau. VD: 1. Khi đốt ở 1 đầu thanh kim loại, chạm tay vào đầu kia ta thấy nóng dần lên. 2. Tại sao nồi xoong thường làm bằng kim loại, còn bát đĩa thường làm bằng sứ? Giải thích: Kim loại dẫn nhiệt tốt nên nồi hay xoong thường làm bằng kim loại để dễ dàng truyền nhiệt đến thức ăn cần đun nấu, thức ăn sẽ nhanh chín hơn. Sứ dẫn nhiệt kém nên bát hay đĩa thường làm bằng sứ để giữ nhiệt cho thức ăn được lâu, hơn nữa người dùng cũng không bị bỏng tay. 4. Đối lưu – Bức xạ nhiệt Đối lưu: là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí, đó là hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí. VD: + Khi đun nước ta thấy có dòng đối lưu chuyển động từ dưới đáy bình lên trên mặt nước và từ trên mặt nước xuống đáy bình. + Các ngôi nhà thường có cửa sổ để tạo điều kiện thuận lợi cho sự đối lưu trong không khí. + Trong một số nhà máy, người ta thường xây dựng những ống khói rất cao. Vì ống khói cao có tác dụng tạo ra sự đối lưu tốt. -Trong chân không và trong chất rắn không có hiện tượng đối lưu, vì trong chân không và trong chất rắn không thể tạo ra các dòng nhiệt. Bức xạ nhiệt: là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng. - Bức xạ nhiệt có thể xảy ra cả ở trong chân không. Mọi vật đều có thể phát ra tia nhiệt. - Những vật càng sẫm mầu và càng xù xì thì hấp thụ bức xạ nhiệt càng mạnh. VD: 1. Sự truyền nhiệt từ Mặt Trời tới Trái Đất. 2. Cảm giác nóng khi ta đặt bàn tay gần và ngang với ấm nước nóng. 3. Về mùa Hè mặc áo màu trắng sẽ mát hơn mặc áo tối màu. Vì, áo sáng màu ít hấp thụ bức xạ nhiệt của Mặt Trời còn áo tối màu hấp thụ mạnh. 4. Mùa Đông ta mặc nhiều áo mỏng sẽ ấm hơn mặc một áo dày. Vì, mặc nhiều áo mỏng sẽ ngăn cản sự đối lưu của không khí phía trong ra ngoài áo, như vậy sẽ giữ được nhiệt độ cho cơ thể. 5. Công thức tính nhiệt lượng -Nhiệt lượng mà một vật thu vào để làm vật nóng lên phụ thuộc vào ba yếu tố: khối lượng, độ tăng nhiệt độ và chất cấu tạo nên vật (nhiệt dung riêng của chất cấu tạo nên vật). VD: 1. Hai lượng nước khác nhau và ở cùng một nhiệt độ. Nếu đem đun sôi ở cùng một nguồn nhiệt, thì thời gian để đun sôi chúng cũng khác nhau. Chứng tỏ, nhiệt lượng của nước thu vào phụ thuộc vào khối lượng của nước. 2. Khi ta đun ở cùng một nguồn nhiệt hai lượng nước như nhau trong cùng hai cốc thuỷ tinh giống nhau và đều ở cùng một nhiệt độ ban đầu. Nếu đun cốc thứ nhất thời gian dài hơn (chưa đến nhiệt độ sôi) thì độ tăng nhiệt độ của nó sẽ lớn hơn cốc thứ hai. Như vậy, nhiệt lượng của nước thu vào phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ. 3. Dùng cùng một nguồn nhiệt để đun hai chất khác nhau nhưng có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ ban đầu. Để chúng tăng lên đến cùng một nhiệt độ, thì thời gian cung cấp nhiệt cho chúng cũng khác nhau. Như vậy, nhiệt lượng của vật thu vào phụ thuộc vào chất cấu tạo nên vật. Công thức tính nhiệt lượng: Q = c.m.Dto Nhiệt lượng thu vào Nhiệt lượng tỏa ra Q thu= c.m. ( t2 – t1 ) Q tỏa = c.m.( t1 –t2) Trong đó: Q thu: là nhiệt lượng vật thu vào có đơn vị là J. Q tỏa : là nhiệt lượng vật tỏa ra, có đơn vị là J. m: là khối lượng của vật có đơn vị là kg. c : là nhiệt dung riêng của chất làm vật, có đơn vị là J/kg.K Dto: là độ tăng nhiệt độ có đơn vị là oC. - Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 1oC - Đơn vị của nhiệt lượng còn được tính bằng calo. 1 calo = 4,2 jun. Calo là nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1 gam nước ở 4oC nóng lên thêm 1oC. VD: Biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K a) Con số trên cho ta biết điều gì? b) Tính nhiệt lượng cần cung cấp cho 3 lít nước tăng thêm 200C. Tóm tắt : Cho : Hỏi : Giải: a) Con số c = 4200J/kg.K cho biết nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg nước nóng thêm 10C là 4200J. b) Khối lượng của 3 lít nước là : m = D.V = 1000.0,003 = 3(kg) Nhiệt lượng cần cung cấp cho 3kg nước tăng thêm 200C là : 6. Phương trình cân bằng nhiệt. Khi có hai vật trao đổi nhiệt với nhau thì : + Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. + Sự truyền nhiệt xảy ra cho tới khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau thì ngừng lại. + Nhiệt lượng do vật này toả ra bằng nhiệt lượng do vật kia thu vào. Phương trình cân bằng nhiệt : Qtoả = Q thu VD: Một miếng đồng đã được nung nóng, nếu đem thả vào cốc nước thì cốc nước sẽ nóng lên còn miếng đồng sẽ nguội đi, cho đến khi nhiệt độ của chúng bằng nhau. 7. Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu. -Đại lượng cho biết nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn gọi là năng suấ tỏa nhiệt của nhiên liệu. -Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu được ký hiệu bàng chữ q và có đơn vị là J/kg. VD: Năng suất tỏa nhiệt của dầu hỏa là 44.106 J/kg: có nghĩa là, 1 kg dầu hỏa bị đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 44.106 J. -Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn là : Trong đó: Q: là nhiệt lượng tỏa ra (J) q: là năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg) m: là khối lượng của nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg). -Hiệu suất tỏa nhiệt có ích của nhiên liệu là: - Khả năng dẫn nhiệt của các loại vật liệu theo quy luật giảm dần là: Bạc > đồng > nhôm > thép > nước đá > đất > thủy tinh > nước > gỗ > len. 8. Sự bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt. -Cơ năng, nhiệt năng có thể truyền từ vật này sang vật khác, chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. -Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: năng lượng không tự sinh ra cũng không tự mất đi; nó chỉ truyền từ vật này sang vật khác, chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. 9. Động cơ nhiệt -Động cơ nhiệt là động cơ trong đó 1 phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được chuyển hóa thành cơ năng. -Hiệu suất của động cơ nhiệt là: -Động cơ nổ 4 kỳ: Kỳ thứ nhất: Hút nhiên liệu: hỗn hợp nhiên liệu được hút vào xilanh. Kỳ thứ hai: Nén nhiên liệu: hỗn hợp nhiên liệu bị nén trong xilanh. Kỳ thứ ba: Đốt nhiên liệu: nhiên liệu bị đốt cháy, kèm theo tiếng nổ và tỏa nhiệt; các chất khí mới tạo thành dãn nở, sinh công đẩy pit- tông xuống dưới. Kỳ thứ tư: Thoát khí: Khí trong xilanh bị dồn ra ngoài. VUI LÝ HỌC ! Hãy giải thích vì sao khi đổ 50 cm3 nước vào 50 cm3 rượu, ta thu được hỗn hợp rượu và nước nhỏ hơn 100 cm3? Vì: - Giữa các phân tử nước, phân tử rượu chuyển động hỗn độn không ngừng nên các phân tử rượu sẽ hòa tan vào các phân tử nước. -Do các phân tử rượu, phân tử nước có khoảng cách nên tổng thể tích sẽ nhỏ hơn 100 cm3