Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng (chi tiết nhất)

Bài viết Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng.

Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng (chi tiết nhất)

(199k) Xem Khóa học Vật Lí 12 KNTTXem Khóa học Vật Lí 12 CDXem Khóa học Vật Lí 12 CTST

1. Nhiệt năng là gì?

Nhiệt năng là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật

Nhiệt năng phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh và nhiêt năng của vật càng lớn.

Mọi vật đều có nhiệt năng vì các phân tử cấu tạo nên vật luôn luôn chuyển động.

2. Đơn vị của nhiệt năng 

- Đơn vị của nhiệt năng là jun ( J )

- Nguyên tử và phân tử là các phần làm nên các chất bên trong vật. Các nguyên tử và phân tử này không đứng im và chuyển động không ngừng. Chúng chuyển động càng nhanh khi gặp nhiệt độ càng cao. Chính vì vậy ta nói nhiệt năng có quan hệ rất chặt chẽ với nhiệt độ.

⇒ Khi nhiệt độ càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh nên nhiệt năng sẽ càng lớn.

3. Có mấy cách làm thay đổi nhiệt năn của vật

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

- Thực hiện công 

Ta dùng hai tay để xoa vào nhau. Để ý thấy hai bàn tay chuyển đọng càng nhanh thì nhiêt độ ở tay cũng nóng nhanh hơn. T thấy được nhiệt năng ở tay đã tăng lên. Bản chất bên trong là các phân tử đã chuyển động nhanh hơn, và bàn tay cùng không còn nóng lên nếu ta dừng lại.

Hay để làm một đồng xu nóng lên ta có thể dùng lực tác động và đồng xu để thực hiện công bằng cách cọ xát đồng xu vào bề mặt cứng nào đó. Chắc chắn nhiệt độ của nó sẽ nóng dần lên và nhiệt năng tăng. Đa số dùng cách này với các vật thì đêif khiến vật tăng nhiệt năng.

Quay về ngày xưa thời trung cổ ông cha ta dùng que và rơm khô để tạo lửa. Đây chính là hoạt động thực hiện công, cọ xát que với rơm khô làm các phân tử chuyển động nhanh hơn, nóng dần lên từ đó có thể tạo ra nhiệt độ cao và lửa.

Thực hiện công là dùng lực tác động lên vật để có thể làm tăng nhiệt năng của vật.

- Truyền nhiệt

Truyền nhiệt là hiện tượng dễ thấy trong đời sống. Đơn giản khi ta cho tay vào ly nước nóng cũng bị nhiệt độ nóng của nước làm cho tay bị bỏng hay bỏng tay.

Tương tự bỏ một vật như đồng xu vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của đồng xu cũng tăng lên, vì thể nhiệt năng tăng: nước nóng đã truyền nhiệt độ sang cho đồng xu.

Quá trình truyền nhiêt chỉ xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau. Và nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.

Để thay đổi nhiệt năng của vật chính là truyền nhiệt sang. Có một số hình thức truyền nhiệt khác nhau như: phơi vật dưới ánh nắng mặt trời, hơ vật trên ngọn lửa, thả vật vào nước nóng,...

4. Các đại lượng liên quan tới nhiệt năng là gì?

4.1. Nhiệt lượng là gì?

Một phần liên quan trực tiếp đến nhiệt năng là nhiệt lượng. Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt của vật.

- Kí hiệu của nhiệt là Q, đơn vị của nhiệt lượng là jun ( J ).

- 1 kJ = 1000 J

Trên thực tế cũng có nhiều đơn vị khác dùng để đo nhiệt lượng và ta hoàn toàn có thể quy đổi lẫn nhau.

4.2. Công thức tính nhiệt lượng

Công thức để tính được nhiệt lượng là: Q = m.c.Δt

Trong đó: 

● Q: nhiệt lượng ( J )

● m: khối lượng của vật ( kg )

● c: nhiệt dung của vật ( J/ kg. K )

● Δt: đô tăng hay giảm nhiệt độ của vật ( hay còn gọi là biến thiên nhiệt độ, Δt = t₂ - t₁)

● Δt > 0 thì vật tỏa nhiệt, Δt < 0 thì vật thu nhiệt.

Lưu ý: Nhiệt dung riêng của một chất cho chúng ta biết được nhiệt lượng cần có để làm cho một ki lo gam chất đó tăng lên 1^oC so với nhiệt độ ban đầu.

4.3. Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng là tổng nhiệt năng cần có để làm tăng nhiệt độ của một vật trên mỗi đơn vị khối lượng. Nhiệt rung riêng của một chất liệu là một đặc tính vật lý.

Nó cùng là một ví dụ về đặc tính mở rộng vì giá trị của nó tỷ lệ với kích thước của hệ thống đưa vào thử nghiệm.

5. Ứng dụng của nhiệt năng trong đời sống

Trong đời sống có những loại năng lượng phục vụ con người chính yếu như điện năng, quang năng, cơ năng, nhiệt năng. Trong đó nhiệt năng đặc biệt được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp sản xuất lẫn sinh hoạt hàng ngày.

Một số ví dụ thực tế liên quan đến sự có mặt của nhiệt năng:

● Các thiết bị gia đình như nồi cơm điện, ấm siêu tốc dùng để nấu chín cơm và đun sôi nước. Đó chính là ứng dụng của nhiệt năng.

● Bếp ga giúp đun nấu

● Các loại máy làm khô như máy sấy giúp sấy khô thực phẩm...

Trong những ứng dụng về nhiệt năng ở trên đều thuộc quá trình chuyển hóa năng lượng. Sự chuyển hóa năng lượng liên tục xảy ra giữa điện năng sang cơ năng, cơ năng sang nhiệt năng. Qua đó ta thấy được các nguồn năng lượng khác nhau đều cơ mối quan hệ chặt chẽ với nhau.

6. Bài tập vận dụng

Câu 1: Trong các ý kiến dưới đây, ý kiến nào là chính xác?

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

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

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

D. Nhiệt độ của vật càng thấp thì nhiệt lượng mà vật nhận vào càng nhỏ.

Lời giải:

Đáp án: C

   Nhiệt năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ của vật đó, khi vật có nhiệt độ càng cao thì nhiệt năng của nó càng lớn.

Câu 2: Nung nóng một cục sắt thả vào chậu nước lạnh, nước nóng lên, cục sắt nguội đi. Trong quá trình này có sự chuyển hóa năng lượng:

A. Từ cơ năng sang nhiệt năng.

B. Từ nhiệt năng sang nhiệt năng.

C. Từ cơ năng sang cơ năng.

D. Từ nhiệt năng sang cơ năng.

Lời giải:

Đáp án: B

   Do nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp nên khi thả cục sắt nóng vào chậu nước lạnh thì nhiệt năng truyền từ cục sắt sang chậu nước.

Câu 3: Khi bỏ một thỏi kim loại đã được nung nóng đến 90°C vào một cốc nước ở nhiệt độ trong phòng (khoảng 24°C) nhiệt năng của thỏi kim loại và của nước thay đổi như thế nào?

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

B. Nhiệt năng của thỏi kim loại và của nước đều tăng.

C. Nhiệt năng của thỏi kim loại giảm và của nước tăng.

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

Lời giải:

Đáp án: C

   Nhiệt độ của thỏi kim loại lớn hơn nhiệt độ của cốc nước. Do nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp nên khi bỏ thỏi kim loại vào cốc nước thì nhiệt năng truyền từ thỏi kim loại sang cốc nước. Vì thế Nhiệt năng của thỏi kim loại giảm và của nước tăng.

Câu 4: Chọn câu sai trong những câu sau:

A. Phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt gọi là nhiệt lượng.

B. Khi vật truyền nhiệt lượng cho môi trường xung quanh thì nhiệt năng của nó giảm đi.

C. Nếu vật vừa nhận công, vừa nhận nhiệt lượng thì nhiệt năng của nó tăng lên.

D. Ném một vật lên cao thì nhiệt năng của vật tăng lên vì vật nhận được công.

Lời giải:

Đáp án: D

   Khi ném một vật lên cao thì công mà vật nhận được sẽ chuyển hóa hoàn toàn thành cơ năng: động năng và thế năng. Do đó nhiệt độ và nhiệt năng của vật không tăng lên.

Câu 5: Cách nào sau đây làm thay đổi nhiệt năng của vật?

A. Cọ xát với một vật khác.

B. Đốt nóng một vật.

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

D. Tất cả các phương án trên.

Lời giải:

Đáp án D

- Khi cọ xát vật với 1 vật khác, hay đốt nóng vật thì nhiệt độ của vật tăng nên nhiệt năng của vật cũng tăng.

- Khi cho vật vào môi trường có nhiệt độ thấp thì nhiệt năng từ vật sẽ truyền sang môi trường.

Vậy cả 3 cách đều làm thay đổi nhiệt năng của vật

Câu 6: Một vật có nhiệt năng 2000J, sau khi nung nóng nhiệt năng của nó là 4000J. Hỏi nhiệt lượng mà vật nhận được là bao nhiêu?

Lời giải:

- Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất bớt đi trong quá trình truyền nhiệt.

- Nhiệt lượng mà vật nhận được là:

   4000 – 2000 = 2000 (J)

Đáp số: 2000J

Câu 7: Tại sao sau khi bơm xe, sờ vào ống bơm ta thấy ống bơm nóng lên?

Lời giải:

   Vì do khi bơm xe thì lá gió của bơm cọ xát với ống bơm. Vì vậy có xuất hiện lực ma sát giữa lá gió và ống bơm dẫn đến nhiệt độ của lá gió và ống bơm tăng. Nên khi sơ vào ống bơm ta thấy ống bơm nóng lên

Câu 8: Khi chuyển động nhiệt của phân tử cấu tạo nên vật nhanh lên thì thể tích của vật có thay đổi không?

Lời giải:

- Vì Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật. Nên khi chuyển động nhiệt của phân tử cấu tạo nên vật nhanh lên thì nhiệt năng của vật tăng.

- Nhiệt năng và nhiệt độ phụ thuộc vào nhau nên khi nhiệt năng tăng thì nhiệt độ của vật cũng tăng. Khi nhiệt độ tăng thì thể tích của vật cũng thay đổi: Vật sẽ nở to ra.

Câu 9: Đun nóng một ống nghiệm đậy nút kín có đựng nước. Nước trong ống nghiệm nóng dần, tới một lúc nào đó hơi nước trong ống làm bật nút lên. Trong thí nghiệm trên khi nào thì có sự truyền nhiệt, khi nào thì có sự thực hiện công?

Lời giải:

- Khi bắt đầu đun thì đã có sự truyền nhiệt từ ngọn lửa vào ống thí nghiệm, nước trong ống thí nghiệm. Sự truyền nhiệt này làm nước trong ống thí nghiệm nóng dần lên.

- Đến khi nút bị bật ra thì đó là sự thực hiện công. Hơi nước đã tác dụng lên nút đậy một công. Công này làm cho nút đậy chuyển động và bắn ra khỏi ống thí nghiệm.

Câu 10: Trong thí nghiệm về thả quả bóng rơi, mỗi lần quả bóng nảy lên, độ cao của nó lại giảm dần. Cuối cùng không nảy lên được nữa. Trong hiện tượng này rõ ràng là cơ năng đã giảm dần. Vậy cơ năng đã biến mất hay đã chuyển thành một dạng năng lượng khác?

- Dùng kiến thức của bài nhiệt năng để giải thích hiện tượng trên.

Lời giải:

   Cơ năng của quả bóng chuyển thành nhiệt năng. Trong quá trình chuyển động, quả bóng cọ xát với không khí và một phần cơ năng của nó bị chuyển thành nhiệt năng truyền cho không khí. Khi nó rơi xuống đất, một phần cơ năng lại chuyển thành nhiệt năng truyền cho mặt đất.

(199k) Xem Khóa học Vật Lí 12 KNTTXem Khóa học Vật Lí 12 CDXem Khóa học Vật Lí 12 CTST

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Lực từ là gì? Công thức tính lực từ

• Quán tính là gì? Công thức tính quán tính

• Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ

• Quỹ đạo chuyển động là gì? Công thức tính quỹ đạo chuyển động

• Số bội giác là gì? Công thức tính số bội giác

• Tia tử ngoại là gì? Công thức tính tia tử ngoại

---