Năng lượng nhiệt và nội năng

I. Năng lượng nhiệt và nội năng

1. Chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử

• Các chất được cấu tạo từ nguyên tử, phân tử. Các nguyên tử, phân tử không đứng yên mà chuyển động hỗn độn không ngừng.

Hình 1: Chuyển động của hạt phấn hoa trong nước
khi quan sát bằng kính hiển vi

• Nhiệt độ càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh.
• Sự chuyển động của các nguyên tử, phân tử liên quan chặt chẽ với nhiệt độ nên được gọi là chuyển động nhiệt.

2. Định nghĩa năng lượng nhiệt và nội năng

• Các phân tử cấu tạo nên vật luôn chuyển động không ngừng, vì thế chúng có động năng. Động năng này phụ thuộc vào nhiệt độ.

• Các phân tử cấu tạo nên vật luôn tương tác với nhau thông qua lực tương tác phân tử, do đó chúng có thế năng, gọi là thế năng tương tác phân tử. Thế năng này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.

Trường hợp vật được cấu tạo bởi các nguyên tử (phân tử chỉ gồm một nguyên tử), thì nhiệt năng của vật là tổng động năng của các nguyên tử, và nội năng của vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các nguyên tử cấu tạo nên vật.

3. Cách làm tăng nội năng của vật

• Bằng cách làm nóng vật, ta có thể làm tăng nội năng của vật.

Khi nhiệt độ của vật tăng, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh hơn, động năng của các phân tử tăng, do đó nội năng của vật tăng. Ngược lại, khi nhiệt độ của vật giảm thì nội năng của vật giảm.

Hình 2: Hơi nước sôi làm bật nắp ấm

• Nội năng của vật cũng tăng khi vật bị cọ xát.

II. Đo năng lượng nhiệt

Thực hành đo năng lượng nhiệt:

Chuẩn bị: bộ nguồn, jun kế, nhiệt lượng kế và bộ đun, nhiệt kế, que khuấy, dây nối.

• Jun kế (joulemeter) là dụng cụ đo hiển thị trực tiếp giá trị năng lượng nhiệt mà một vật nhận vào khi được đun nóng.
• Nhiệt lượng kế là một bình cách nhiệt, bên trong có gắn bộ đun bằng điện.

Tiến hành thí nghiệm:

Hình 3: Thí nghiệm đo năng lượng nhiệt bằng jun kế

• Bước 1: Đong và rót một lượng nước vừa đủ vào nhiệt lượng kế. Đọc và ghi lại nhiệt độ ban đầu của nước.
• Bước 2: Lắp dụng cụ. Sau đó bật nút ON trên bộ nguồn và trên jun kế.
• Bước 3: Nhấn nút START trên jun kế. Khuấy đều nước trong nhiệt lượng kế bằng que khuấy đồng thời theo dõi số chỉ của nhiệt kế và jun kế. Đọc và ghi lại số đo của jun kế khi nhiệt độ của nước tăng thêm.
• Bước 4: Khi nước sôi, nhấn nút STOP trên nhiệt lượng kế. Đọc và ghi lại số đo hiển thị trên jun kế.