Có ba loại truyền nhiệt , bao gồm truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, truyền nhiệt bằng đối lưu và truyền nhiệt bằng bức xạ.
Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt. Khi một vật có nhiệt độ cao tiếp xúc với một vật có nhiệt độ thấp, năng lượng sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Năng lượng được thêm vào làm cho các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên vật đó chuyển động nhanh hơn. Khi chuyển động, các phân tử có động năng (EK = ½ mv² ) . Các phân tử chuyển động nhanh hơn (với động năng lớn hơn) sẽ va chạm với các phân tử bên cạnh chúng. Những phân tử này sau đó lại va chạm với các phân tử khác bên cạnh chúng. Và cứ thế tiếp diễn. Vì vậy, các phân tử va chạm với nhau, truyền năng lượng cho nhau. Sự truyền nhiệt xảy ra thông qua các va chạm giữa các phân tử cấu tạo nên một vật được gọi là dẫn nhiệt. Dẫn nhiệt thường xảy ra trong chất rắn hoặc từ chất rắn sang chất lỏng (chất lỏng sang chất rắn) hoặc từ chất rắn sang chất khí (chất khí sang chất rắn).
Truyền nhiệt bằng đối lưu. Đối lưu thường xảy ra trong chất lỏng (như nước) và chất khí (như không khí). Đối lưu là sự truyền nhiệt kèm theo sự chuyển động của một vật do sự thay đổi mật độ của nó. Mật độ của một vật thay đổi khi thể tích của nó thay đổi. Thể tích của một vật thay đổi khi vật đó hấp thụ nhiệt.
Truyền nhiệt bằng bức xạ. Bức xạ là sự truyền nhiệt dưới dạng sóng điện từ. Ví dụ về bức xạ bao gồm hơi ấm mà cơ thể bạn cảm nhận được khi ở gần bếp lò và bức xạ từ mặt trời đến trái đất. Mặt trời có nhiệt độ cao hơn (khoảng 6000 Kelvin), trong khi trái đất có nhiệt độ thấp hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ này giữa mặt trời và trái đất khiến nhiệt truyền từ mặt trời (nhiệt độ cao hơn) đến trái đất (nhiệt độ thấp hơn). Nếu bức xạ từ mặt trời đến trái đất cần một môi trường trung gian, chẳng hạn như dẫn nhiệt và đối lưu, thì nhiệt sẽ không đến được trái đất vì nó phải đi qua chân không.
Ví dụ về bài toán
1. Đề thi Vật lý Quốc gia bậc THPT/Thạc sĩ năm 2015/2016, câu số 19
Hai thanh kim loại có cùng kích thước nhưng làm bằng hai kim loại khác nhau được nối với nhau như hình dưới đây. Nếu độ dẫn nhiệt của kim loại I gấp 4 lần độ dẫn nhiệt của kim loại II, thì nhiệt độ tại điểm nối của hai kim loại là…
A. XUẤT KHẨUoC
B. 40 o C
C. 35 o C
D. 30 o C
E. 25 o C
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết rằng:
Độ dẫn nhiệt của kim loại I = 4k
Độ dẫn nhiệt của kim loại II = k
Nhiệt độ cạnh kim loại I = 50oC
Nhiệt độ cạnh kim loại II = 0oC
Câu hỏi: Nhiệt độ tại điểm tiếp xúc giữa hai kim loại.
Hàm:
Công thức tính tốc độ truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt:
Mô tả: Q/t = hệ số truyền nhiệt, k = độ dẫn nhiệt, A = diện tích bề mặt, T1 - T2 = độ thay đổi nhiệt độ, l = chiều dài thanh
Hai kim loại có cùng kích thước nên A và l được loại bỏ khỏi phương trình.
Đáp án đúng là B.
2. Đề thi Vật lý Quốc gia bậc THPT/Thạc sĩ năm 2015/2016, câu số 19
Hình dưới đây cho thấy hai thanh kim loại A và B thuộc hai loại khác nhau được nối với nhau ở một đầu.
Diện tích mặt cắt ngang của cả hai thanh là như nhau, nhưng chiều dài của thanh A gấp đôi chiều dài của thanh B và hệ số dẫn nhiệt của thanh A gấp 3 lần hệ số dẫn nhiệt của thanh B. Nếu hai đầu tự do của thanh A và thanh B chịu nhiệt độ có độ lớn khác nhau, thì nhiệt độ chính xác tại điểm nối là…
A. XUẤT KHẨUoC
B. 64 o C
C. 70 o C
D. 76 o C
E. 78 o C
Cuộc thảo luận
Ai cũng biết rằng:
Độ dẫn nhiệt của thanh A = 3k
Độ dẫn nhiệt của thanh B = k
Chiều dài thanh A = 2l
Chiều dài của thanh B = l
Nhiệt độ tại mép thanh A = 100oC
Nhiệt độ tại mép thanh B = 40oC
Yêu cầu: Nhiệt độ tại điểm nối của hai thanh
Hàm:
Công thức tính tốc độ truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt:
Mô tả: Q/t = hệ số truyền nhiệt, k = độ dẫn nhiệt, A = diện tích bề mặt, T1 - T2 = độ thay đổi nhiệt độ, l = chiều dài thanh
Cả hai thanh đều có diện tích mặt cắt ngang như nhau nên A được loại bỏ khỏi phương trình.
Đáp án đúng là D.
3. Đề thi Vật lý Quốc gia bậc THPT/Thạc sĩ năm 2014/2015, câu số 14
Hãy chú ý đến câu nói sau:
(1) độ dẫn điện của kim loại
(2) chênh lệch nhiệt độ giữa các đầu kim loại
(3) chiều dài kim loại
(4) khối kim loại
Các yếu tố quyết định tốc độ truyền nhiệt trong kim loại là…
A. (1), (2) và (3)
B. (1) và (4)
C. (2) và (4)
D. (3) và (4)
E. (4) chỉ
Cuộc thảo luận
Sự truyền nhiệt trong kim loại là sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt. Công thức tính tốc độ truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt:
Mô tả: Q/t = hệ số truyền nhiệt, k = độ dẫn nhiệt, A = diện tích bề mặt, T1 - T2 = độ thay đổi nhiệt độ, l = chiều dài thanh
Đáp án đúng là A.
