Hoạt động mở đầu (trang 17) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Tùy theo việc điều chỉnh vòi nước mà khi rửa tay, ta có thể cảm thấy nước nóng hoặc lạnh (Hình 3.1). Năng lượng nhiệt đã truyền như thế nào giữa tay ta và nước trong mỗi trường hợp này?
Trả lời:
Khi điều chỉnh vòi nước để cảm nhận nước nóng hoặc lạnh khi rửa tay, cảm giác nhiệt độ được tạo ra do năng lượng nhiệt được truyền giữa tay và nước. Quá trình truyền nhiệt này diễn ra qua ba phương tiện chính: dẫn nhiệt, dẫn chất và bức xạ.
- Dẫn nhiệt:
+ Khi vòi nước được đặt ở nhiệt độ cao, nước nóng sẽ chảy qua đường ống và truyền nhiệt độ đến vòi nước và tay bạn.
+ Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt thông qua chất lỏng hoặc rắn mà không có sự chuyển động của chất lỏng đó. Trong trường hợp này, nước đóng vai trò là chất dẫn nhiệt.
- Dẫn chất:
+ Nước chảy qua đầu vòi và tiếp xúc với tay bạn, chất nước này truyền nhiệt cho tay của bạn thông qua tiếp xúc trực tiếp.
+ Dẫn chất là quá trình truyền nhiệt thông qua sự chuyển động của các phân tử chất nhiệt.
- Bức xạ:
+ Nếu nước rất nóng, nó có thể phát ra tia nhiệt bức xạ, tức là nhiệt độ được truyền qua không khí và không gian trống từ nguồn nhiệt đến bề mặt của tay bạn.
+ Bức xạ là quá trình truyền nhiệt thông qua sóng điện từ mà không cần sự truyền trực tiếp của chất lỏng hay chất khí.
Tùy thuộc vào cách bạn điều chỉnh vòi nước, sự kết hợp của các phương tiện truyền nhiệt này sẽ tạo ra cảm giác nhiệt độ khác nhau trên tay của bạn.
I. Sự truyền năng lượng nhiệt
Câu hỏi 1 (trang 17) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Đề xuất phương án thí nghiệm với các dụng cụ ở nhà trường để xác định chiều truyền năng lượng nhiệt giữa hai vật.
Trả lời:
Dụng cụ:
- Cốc thủy tinh (1)
- Cốc kim loại (2)
- Nhiệt kế (3)
Phương án thí nghiệm:
- Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ nêu trên.
- Lập phương án thí nghiệm với các dụng cụ đó.
Tiến hành:
Sau đây là một phương án thí nghiệm với các dụng cụ nêu trên.
Bước 1:
- Đổ nước từ trong cùng một bình chứa vào hai cốc. Đo nhiệt độ nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc đầu).
– Đặt cốc (2) vào trong (1). Sau hai phút, đo nhiệt độ của nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc sau).
Bước 2:
-Giữ nguyên nước trong cốc (1). Đưa cốc (2) ra khỏi cốc (1) và thay nước trong cốc này bằng nước nóng.
– Đo nhiệt độ nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc đầu).
– Đặt cốc (2) chứa nước nóng vào trong cốc (1). Sau hai phút, đo nhiệt độ của nước ở hai cốc (nhiệt độ lúc sau).
Quan sát, ghi lại nhiệt độ của các cốc sau mỗi bước và cho ra kết luận.
Câu hỏi 2 (trang 18) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Ở bước 1 của thí nghiệm này, dựa vào cơ sở nào để suy ra là không có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai cốc nước?
Cơ sở: Khi hai vật có cùng nhiệt độ, không có sự truyền năng lượng nhiệt giữa chúng.
Câu hỏi 3 (trang 18) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Ở bước 2 của thí nghiệm này, dựa vào cơ sở nào để suy ra là có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai cốc nước?
Trả lời:
- Ở bước 2, dựa vào sự thay đổi nhiệt độ và cách chúng ta thực hiện thí nghiệm, có thể suy ra rằng có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai cốc nước.
Luyện tập 1 (trang 18) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Mùa nóng, ta thường dùng nước đá để làm mát đồ uống. Hãy cho biết chiều truyền năng lượng nhiệt trong trường hợp này.
Lời giải:
- Khi bỏ đá vào đồ uống, năng lượng nhiệt của đồ uống truyền sang cho đá, làm cho nhiệt độ của đồ uống giảm xuống nên khi uống sẽ thấy mát.
II. Thang nhiệt độ
Câu hỏi 4 (trang 19) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Cách hiểu “Ở nhiệt độ không tuyệt đối, các chất không còn năng lượng nữa” có chính xác không? Vì sao?
Lời giải:
Cách hiểu “Ở nhiệt độ không tuyệt đối, các chất không còn năng lượng nữa” là không chính xác. Ở thể tích này, thể tích của lượng khí bằng 0, điều này chứng tỏ người ta không thể hạ nhiệt xuống tới -273,15 °C vì thể tích của một lượng khí không thể bằng 0. Bên cạnh đó khi giảm nhiệt độ, thì chuyển động nhiệt cũng giảm theo và khi ở nhiệt độ không tuyệt đối thì chuyển động nhiệt của các phân tử đều dừng lại (động năng của chúng bằng không).
Khi đó không có sự va chạm giữa các phân tử và thế năng tương tác giữa các phân tử là tối thiểu.
Luyện tập 2 (trang 19) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Xác định các giá trị còn thiếu (?) trên biểu đồ hình 3.3
Lời giải:
Ta xác định bằng công thức: K = oC +273.15.
Vận dụng 1 (trang 20) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Theo bản tin thời tiết phát lúc 19h50 ngày 27/02/2022 thì nhiệt độ trung bình ngày - đêm trong ngày 28/02/2022 tại Hà Nội là 24 °C - 17 °C. Sự chênh lệch nhiệt độ này trong thang đo Kelvin là bao nhiêu? Từ đó nhận xét về chênh lệch nhiệt độ khi tính trong hai thang đo.
Lời giải:
Chênh Lệch Nhiệt Độ trong Thang Đo Kelvin:
Để chuyển đổi nhiệt độ từ độ Celsius sang Kelvin, bạn có thể sử dụng công thức:
Nhiệt độ (K) = Nhiệt độ (°C) + 273,15
- Nhiệt độ trung bình ngày - đêm tại Hà Nội:
+ Nhiệt độ trung bình ngày: 24 °C + 273.15 = 297,15 K
+ Nhiệt độ trung bình đêm: 17 °C + 273.15 = 290,15 K
- Chênh Lệch Nhiệt Độ:
Chênh lệch nhiệt độ = 297,15 K – 290,15 K = 7 K
Nhận xét:
+ Chênh lệch nhiệt độ trong thang Kelvin giữa ngày và đêm là: 7K
+ Chênh lệch này không thay đổi khi chuyển đổi giữa hai thang đo.
Vận dụng 2 (trang 20) Vật Lí 12 Cánh diều Bài 3: Thế giới từng ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ rất lớn diễn ra ở Spearfish, South Dakota vào ngày 22/01/1943. Lúc 7h30 sáng, nhiệt độ ngoài trời là – 20 °C. Hai phút sau, nhiệt độ ngoài trời tăng lên đến 7,2 °C. Xác định độ tăng nhiệt độ trung bình trong 2 phút đó theo đơn vị Kelvin/giây.
Lời giải:
Độ tăng nhiệt độ: 7,2 + 20 = 27,2 oC hay 27,2 K.
Độ tăng nhiệt độ trung bình trong 2 phút là: Kelvin/giây.