Định nghĩa về nhiệt, Giá trị tương đương cơ học của nhiệt, Phương trình nhiệt.
1. Định nghĩa về nhiệt
Nếu các vật có sự chênh lệch nhiệt độ chạm vào nhau, sẽ có sự truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Sự truyền nhiệt sẽ dừng lại khi các vật chạm vào đạt đến cùng nhiệt độ. Ví dụ, nếu ta trộn nước nóng với nước lạnh, nhiệt thường truyền từ nước nóng sang nước lạnh. Khi ta cho bàn ủi nóng vào nước lạnh, nhiệt truyền từ bàn ủi sang nước. Sự truyền nhiệt sẽ dừng lại khi bàn ủi và nước đạt đến cùng nhiệt độ. Khi y tá gắn nhiệt kế vào cơ thể bạn, nhiệt truyền từ...
Nhiệt độ cơ thể bạn truyền đến nhiệt kế. Quá trình truyền nhiệt dừng lại khi nhiệt độ cơ thể và nhiệt kế đạt đến cùng một mức. Nếu sử dụng nhiệt kế thủy ngân, khi nhiệt độ cơ thể và nhiệt kế đạt đến cùng một mức, bề mặt thủy ngân sẽ ngừng chuyển động. Con số hiển thị trên bề mặt thủy ngân chính là nhiệt độ cơ thể bạn tại thời điểm đó.
Theo lẽ tự nhiên, nhiệt sẽ tự động truyền từ các vật có nhiệt độ cao sang các vật khác.
Các vật thể có nhiệt độ thấp. Sự truyền nhiệt có xu hướng làm cân bằng nhiệt độ của các vật thể tiếp xúc với nhau. Vào thế kỷ 18, các nhà vật lý nghi ngờ rằng dòng nhiệt là sự chuyển động của một chất lỏng, một loại chất lỏng không nhìn thấy được (chất lỏng là một chất có thể chảy. Chất lỏng bao gồm vật liệu lỏng và khí. Nước (lỏng) bao gồm chất lỏng vì nó có thể chảy. Không khí cũng bao gồm chất lỏng vì nó có thể chảy). Chất lỏng này được gọi là calo. Lý thuyết về calo không còn được sử dụng nữa vì dựa trên kết quả thí nghiệm, sự tồn tại của calo này không thể được chứng minh. Vào thế kỷ 19, một nhà vật lý người Anh tên là James Prescott Joule (1818-1889) đã tìm ra cách làm nóng nước trong một thùng chứa bằng cách sử dụng bánh xe khuấy.
Dựa trên kết quả thí nghiệm, Joule đã so sánh sự truyền nhiệt với nước được đun nóng bằng lửa. Khi ngọn lửa và một vật chứa nước tiếp xúc, nhiệt truyền từ lửa (nhiệt độ cao) sang nước (nhiệt độ thấp). Sau khi so sánh sự tăng nhiệt độ của nước do tiếp xúc với lửa và sự tăng nhiệt độ của nước do công của dụng cụ khuấy, Joule kết luận rằng nhiệt là năng lượng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Nhiệt không phải là năng lượng (nhiệt không phải là một loại năng lượng cụ thể, chẳng hạn như động năng, thế năng, năng lượng hóa học, v.v.). Nhiệt là năng lượng truyền do sự khác biệt về nhiệt độ. Vì vậy, khi nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp, năng lượng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp. Sự truyền năng lượng dừng lại sau khi các vật tiếp xúc đạt đến cùng nhiệt độ.
2. Đơn vị nhiệt và tương đương cơ học của nhiệt
Đơn vị nhiệt lượng là calo (viết tắt là cal). Calo là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 gam nước lên 1 độ C.o (chính xác là từ 14.5) oC để 15.5 oC). Lượng nhiệt cần thiết sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ nước. Với cùng một lượng nhiệt, nhiệt độ nước tăng thêm 1°C sẽ cần thêm nhiệt để làm mát.o chỉ xảy ra ở nhiệt độ từ 14.5 độ C trở lên. oC để 15.5 oC. Đơn vị nhiệt thường được sử dụng, đặc biệt là để thể hiện giá trị năng lượng của thực phẩm là kilocalories (kcal). 1 kcal = 1000 calo. Tên gọi khác của 1 kcal là 1 Calorie (chữ K viết hoa). Đơn vị nhiệt của hệ thống Anh là Btu (British thermal unit). 1 Btu = lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 pound (0.45 kg) nước lên 1 độ F (Chính xác từ 63 oF để 64 oF).
Nhiệt có liên quan đến năng lượng, vì vậy chúng ta cần biết mối quan hệ giữa đơn vị nhiệt và đơn vị năng lượng. Dựa trên các thí nghiệm do Joule và các nhà khoa học khác thực hiện, người ta biết rằng công 4.186 Joule tương đương với 1 calo nhiệt.
1 calo = 4.186 joule
1 kcal = 1000 calo = 4186 joule
1 Btu = 778 ft (0.24 km). lb = 252 calo = 1055 Jun
(1 calo = 4.186 Joule và 1 kcal = 4186 được gọi là tương đương cơ học của nhiệt)
3. Phương trình nhiệt
Nếu các vật có sự chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc với nhau, đương nhiên nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Sự truyền nhiệt dừng lại khi cả hai vật đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Truyền nhiệt gây ra sự thay đổi nhiệt độ của các vật tiếp xúc với nhau. Dựa trên lời giải thích ngắn gọn này, bạn có thể kết luận rằng nhiệt lượng (Q) có mối quan hệ với vật thể và sự thay đổi nhiệt độ (ΔT) của vật thể, khối lượng (m) của vật thể và loại vật thể.
Mối quan hệ giữa nhiệt lượng (Q) và sự thay đổi nhiệt độ (ΔT)
Lượng nhiệt càng lớn thì sự thay đổi nhiệt độ càng lớn. Có thể kết luận rằng lượng nhiệt (Q) tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ của vật thể.
Q α ΔT —– So sánh 1
Mối quan hệ giữa nhiệt lượng (Q) và khối lượng (m) của vật thể
Lượng nhiệt (Q) tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ của vật thể. Lượng nước càng nhiều, càng cần nhiều nhiệt để tăng nhiệt độ của nước.
Q α m —– So sánh 2
Mối quan hệ giữa nhiệt lượng (Q) và loại vật thể (c)
Lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một vật thể tỷ lệ thuận với loại vật thể đó.
Q α c —– So sánh 3
Ba phép so sánh trên được kết hợp lại thành một phương trình:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
Đây là phương trình về nhiệt.
Mô tả: Q = nhiệt lượng (Joule), m = khối lượng vật (kg), c = nhiệt dung riêng (J/kg°C hoặc K)
