Năng lượng nhiệt và nội năng

I. Một số tính chất của phân tử, nguyên tử

Nhiệt độ của vật càng cao, chuyển động hỗn loạn của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nền vật càng nhanh.

Giữa các phân tử, nguyên tử có lực hút và lực đẩy, gọi là lực tương tác phân tử, nguyên tử.

Chuyển động của phân tử có nhiệt độ thấp (a), trong vậy có nhiệt độ cao hơn (b)

II. Khái niệm năng lượng nhiệt

Chuyển động nhiệt là chuyển động hỗn loạn của các phân tử, nguyên tử trong vật.

Năng lượng mà vật có được nhờ chuyển động nhiệt được gọi là năng lượng nhiệt hoặc nhiệt năng.

Mọi vật đều có nhiệt năng do được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử chuyển động hỗn loạn.

Khi tăng nhiệt độ của vật thì nhiệt năng của vật tăng và ngược lại.

Ví dụ thực tế về sự chuyển hóa từ các dạng năng lượng khác thành nhiệt năng.

Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng: Sử dụng ấm điện để đun nước, trong quá trình đun điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng nước.

Ví dụ:  

Bỏ đá vào cốc nước thì nước trong cốc lạnh dần: Nhiệt độ của nước giảm dần do đã truyền bớt nhiệt năng cho cục đá, nhiệt độ của đá tăng dần (đá tan dần) vì đã nhận thêm được nhiệt năng từ nước.

III. Khái niệm nội năng

1. Động năng và thế năng của phân tử, nguyên tử

1.1. Động năng

Do phân tử, nguyên tử chuyển động hỗn loạn không ngừng nên chúng có động năng.

Phân tử, nguyên tử chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.

1.2. Thế năng

Thế năng là năng lượng mà vặt có được nhờ tương tác với các vật khác. 

Ví dụ: Thế năng hấp dẫn được tích lũy nhờ lực hấp dẫn giữa vật và Trái Đất. Thế năng phân tử, nguyên tử được tích lũy nhờ lực tương tác giữa chúng và có độ lớn phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng.

2. Nội năng

Nội năng của 1 vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.

3. Sự tăng, giảm nội năng

Thả một quả cầu kim loại ở nhiệt độ trong phòng vào một cốc nước nóng, nhiệt độ của quả cầu tăng lên do nhận thêm nhiệt năng từ nước nóng, còn nhiệt độ của nước nóng giảm đi do truyền bớt nhiệt năng cho quả cầu.

Bố trí thí nghiêm về sự thay đổi nội năng của nước và quả cầu kim loại

Trong quá trình trên:

+ Động năng của phân tử nước giảm và động năng của nguyên tử kim loại tăng lên.

+ Nội năng của phân tử nước giảm và nội năng của quả cầu tăng lên.

Khi vật được làm nóng, các phân tử, nguyên tử của vật chuyển động nhanh lên, nội năng của vật tăng.

Ví dụ: Hơi nước sôi làm bật nắp ấm

Khi nước trong ấm sôi tức nhiệt độ của nước tăng lên nhiều so với khi nước chưa sôi, các phân tử nước chuyển động nhanh hơn rất nhiều so với các phân tử nước khi nước chưa sôi. Động năng của các phân tử nước khi nước sôi tăng lên, do đó nội năng của phân tử nước tăng dẫn tới có nhiều phân tử nước chuyển động lên trên cao va chạm vào nắp ấm tạo ra lực đẩy lớn đủ để làm bật nắp ấm lên.