Vật lý Trung học

Hiểu biết về Hệ thống và Môi trường

Hệ thống là một đối tượng hoặc một nhóm đối tượng đang được nghiên cứu. Các đối tượng khác trong vũ trụ được gọi là môi trường. Thông thường, một hệ thống được tách biệt khỏi môi trường của nó bởi một "vách ngăn/giới hạn/bộ phân tách".

Ví dụ, giả sử chúng ta muốn nghiên cứu nước trong bình giữ nhiệt. Nước bên trong bình tạo thành hệ thống, trong khi không khí và các vật thể khác bên ngoài bình tạo thành môi trường. Thành bình, cả lớp thủy tinh bên trong và lớp nhựa bên ngoài, đóng vai trò như một vách ngăn. Bình giữ nhiệt đựng nước là một ví dụ.

Tìm hiểu thêm

Hiểu về nhiệt ẩn

Nếu bạn nhúng nhiệt kế thủy ngân vào một bình chứa hỗn hợp nước lạnh và đá, bạn sẽ quan sát thấy rằng sau khi di chuyển xuống, bề mặt thủy ngân đứng yên hoặc không di chuyển nữa. Bề mặt thủy ngân ngừng di chuyển sau khi đạt đến điểm nóng chảy của nước hoặc điểm đóng băng của nước (0 ^° C). Nếu bình chứa mở, nhiệt sẽ truyền từ không khí ở nhiệt độ cao hơn vào hỗn hợp nước và đá ở nhiệt độ thấp hơn. Nhiệt lượng bổ sung từ không khí làm cho đá tan chảy. Khi đá tan chảy, nhiệt độ của hỗn hợp nước và đá có thay đổi không? Khi đá tan chảy, nhiệt độ của hỗn hợp nước và đá không thay đổi.

Tìm hiểu thêm

Nhiệt dung riêng (c) là lượng nhiệt (Q) cần thiết để tăng nhiệt độ (T) của một đơn vị khối lượng (m) của một vật lên một độ. Công thức tính c là:

Hệ thống đơn vị quốc tế là J/Kg K.

Nhiệt dung riêng của một vật thay đổi theo nhiệt độ. Nếu sự thay đổi nhiệt độ không quá lớn, giá trị này có thể được coi là không đổi. Sau đây là các giá trị của c đối với một số vật ở áp suất 1 atm và nhiệt độ 20 ^° C (thu được bằng thực nghiệm).

Tìm hiểu thêm

Nếu các vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, nhiệt sẽ tự nhiên truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Sự truyền nhiệt dừng lại khi hai vật đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt . Có thể nói rằng sự truyền nhiệt gây ra sự thay đổi nhiệt độ của các vật tiếp xúc. Dựa trên giải thích ngắn gọn này, có thể kết luận rằng nhiệt lượng (Q) liên quan đến vật thể và sự thay đổi nhiệt độ (delta T) của vật thể đó. Mỗi vật thể đều có khối lượng (m) và loại vật thể cũng khác nhau.

Tìm hiểu thêm

Đơn vị đo nhiệt lượng là calo (viết tắt là kal). Một calo là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 gam nước lên 1°C ⁽ chính xác là từ 14,5 ^° C đến 15,5 ^° C). Lượng nhiệt cần thiết sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ nước . Với cùng một lượng nhiệt, sự tăng nhiệt độ nước lên 1° ^C chỉ xảy ra trong khoảng từ 14,5 ^° C đến 15,5 ^° C. Đơn vị đo nhiệt lượng thường được sử dụng, đặc biệt là để biểu thị giá trị năng lượng của thực phẩm, là kilocalorie (kcal). 1 kcal = 1000 calo. Một tên gọi khác của 1 kcal là 1 Calorie (viết hoa chữ K). Đơn vị đo nhiệt lượng trong hệ thống đo lường của Anh là Btu (đơn vị nhiệt Anh). 1 Btu = lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 pound nước lên 1°F ⁽ chính xác là từ 63 ^° F đến 64 ^° F).

Tìm hiểu thêm

Tìm hiểu về các hiện tượng bất thường của nước

Mọi vật đều giãn nở (thể tích tăng) khi nhiệt độ tăng và co lại (thể tích giảm) khi nhiệt độ giảm. Nước cũng giãn nở khi nhiệt độ tăng và co lại khi nhiệt độ giảm, nhưng không phải ở nhiệt độ từ 0 ^° C đến 4 ^° C. Ở nhiệt độ từ 0 ^° C đến 4 ^° C, thể tích nước giảm (nước co lại) khi nhiệt độ tăng. Nếu ta đun nóng nước ở nhiệt độ 0 ^° C, nước càng nóng thì thể tích nước càng giảm. Quá trình co lại dừng lại khi nước đạt đến nhiệt độ 4 ^° C. Trên 4 ^° C, thể tích nước tăng (nước giãn nở) khi nhiệt độ tăng. Ngược lại, nước giãn nở (thể tích nước tăng) khi nhiệt độ giảm từ 4 ^° C xuống 0 ^° C. Hiện tượng kỳ lạ này của nước được gọi là dị thường của nước.

Tìm hiểu thêm

Nếu quan sát kỹ các dây cáp điện, bạn sẽ thấy chúng bị cong xuống do bị chùng. Tại sao dây cáp điện lại được nới lỏng một cách cố ý, thay vì chỉ đơn giản là căng ra? Hầu hết các mái nhà ở Flores và Lembata, Đông Nusa Tenggara, đều được làm bằng kẽm (Zn). Ban ngày hay ban đêm, mái nhà bằng kẽm đều phát ra tiếng ồn. Tại sao kẽm lại phát ra tiếng ồn? Nếu bạn sống trên đảo Java, bạn có thể đã quan sát thấy đường ray xe lửa. Có những khoảng trống ở các mối nối ray. Chức năng của những khoảng trống này ở các mối nối ray là gì? Có rất nhiều điều bạn có thể suy nghĩ và đặt câu hỏi liên quan đến chủ đề giãn nở.

Tìm hiểu thêm

Nếu ta hiệu chuẩn các loại nhiệt kế khác nhau, ví dụ như nhiệt kế thủy ngân và nhiệt kế cồn, thang đo của cả hai nhiệt kế chỉ giống nhau ở 0 ^° C (hoặc 32 ^° F) và 100 ^° C (hoặc 212 ^° F). Nếu ta dùng cả hai nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí, các con số hiển thị trên mỗi nhiệt kế không nhất thiết phải giống nhau. Có thể nhiệt kế thủy ngân hiển thị 48 ^° C, trong khi nhiệt kế cồn hiển thị 46 ^° C. Điều này là do tốc độ giãn nở của thủy ngân và cồn khác nhau. Tương tự với các loại nhiệt kế khác, chẳng hạn như nhiệt kế lưỡng kim loại, v.v. Thang đo nhiệt độ được xác định theo cách này phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của vật liệu được sử dụng.

Tìm hiểu thêm

Thang đo Celsius và Fahrenheit là hai thang đo nhiệt độ khác nhau. Nếu nhiệt độ của một vật được đo và biểu thị bằng độ Celsius, và sau đó chúng ta muốn biểu thị nhiệt độ của vật đó bằng độ Fahrenheit, chúng ta sẽ chuyển đổi từ độ Celsius sang độ Fahrenheit. Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách chuyển đổi hoặc thực hiện các thay đổi về nhiệt độ.

Ở áp suất 1 atm, nhiệt độ điểm đóng băng đối với nhiệt kế Celsius bằng 0. ^oC, trong khi thang đo nhiệt độ Fahrenheit = 32 ^oNgược lại, ở áp suất 1 atm, nhiệt độ điểm hóa hơi của nhiệt kế thang Celsius bằng 100 ^oC, trong khi thang đo nhiệt độ Fahrenheit = 212 ^oF. Hãy quan sát hình ảnh bên dưới!

Tìm hiểu thêm

Các loại thang đo nhiệt kế

Để sử dụng nhiệt kế đo nhiệt độ, nó cần được xác định trên một thang đo. Hai thang đo nhiệt kế thường được sử dụng là thang Celsius và thang Fahrenheit. Thang đo nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất ở Indonesia là thang Celsius. Tên gọi khác của thang Celsius là thang độ C. Độ C = một trăm độ. Thang Fahrenheit thường được sử dụng ở Hoa Kỳ hoặc các quốc gia có mùa đông lạnh. Một thang đo nhiệt độ đặc biệt quan trọng trong khoa học là thang đo tuyệt đối, hay thang Kelvin. Thang Kelvin sẽ được thảo luận sau.

Thang đo Celsius và Fahrenheit sử dụng điểm đóng băng và điểm sôi của nước làm điểm cố định. Điểm đóng băng của một chất là nhiệt độ mà tại đó pha rắn và pha lỏng đạt trạng thái cân bằng nhiệt . Ngược lại, điểm sôi của một chất là nhiệt độ mà tại đó pha lỏng và pha khí đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Điểm đóng băng và điểm sôi luôn thay đổi theo áp suất không khí, vì vậy trước tiên cần phải xác định áp suất không khí. Chúng ta thường sử dụng áp suất tiêu chuẩn, là 1 atm (một atmosphere). Atmosphere là đơn vị đo áp suất không khí.

Tìm hiểu thêm