Truyền năng lượng nhiệt

I. Các hình thức truyền năng lượng nhiệt

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Ví dụ 1: Khi đun nồi nước, nhiệt lượng nồi nhận được từ ngọn lửa được truyền qua thành nồi vào nước làm nước nóng lên và sôi.

Hình 1: Sự truyền năng lượng nhiệt từ nhiên liệu bị đốt cháy cho nồi nước
và môi trường xung quanh

2. Hiện tượng đối lưu

• Trong chất khí và chất lỏng cũng có sự dẫn nhiệt, nhưng sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt chậm hơn so với truyền nhiệt bằng sự đối lưu.

Ví dụ 2: Thả một ít hạt thuốc tím qua ống nhựa xuống đáy cốc thủy tinh đựng nước, dùng đèn cồn sao cho ngọn lửa ở ngay phía dưới nơi có thuốc tím.

Hình 2: Cốc nước đựng thuốc tím được đun nóng

Nhiệt lượng từ ngọn lửa đèn cồn truyền qua đáy cốc làm cho lớp nước ở sát đáy cốc nóng lên và nở ra, do đó khối lượng riêng của nó nhỏ hơn khối lượng riêng của lớp nước phía trên, và chuyển động lên trên. Còn lớp nước phía trên có khối lượng riêng lớn hơn chuyển động xuống dưới. Quá trình này tạo ra dòng đối lưu làm cả cốc nước nóng lên.

Ví dụ 3: Sự đối lưu không khí trong một loại tủ lạnh: 

Hình 3: Sự đối lưu không khí trong một loại tủ lạnh

• Dòng đối lưu là dòng chuyển động của chất lỏng mang năng lượng từ nơi nóng hơn đến nơi lạnh hơn.

3. Hiện tượng bức xạ nhiệt

Ví dụ 4: Sự truyền nhiệt từ Mặt trời đến Trái Đất bằng hình thức bức xạ nhiệt. Năng lượng nhiệt từ Mặt Trời truyền ra xung quanh thông qua các tia nhiệt.

Giữa Mặt Trời và khí quyển Trái Đất là chân không. Ở đó, không có sự dẫn nhiệt và đối lưu.

Hình 4: Sự bức xạ nhiệt từ Mặt Trời đến Trái Đất

Ví dụ 5: Nhiệt truyền từ bếp lò đến người đứng gần bếp lò chủ yếu bằng hình thức bức xạ nhiệt:

Hình 5: Sự truyền nhiệt từ bếp lò đến người

II. Truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính

Hình 6: Nhà kính

• Nhà kính là nhà được che bởi mái kính dùng để trồng cây bên trong.
• Nhờ ánh sáng Mặt Trời chiếu tia nhiệt qua kính vào nhà, các vật và không khí trong nhà kính nhận được nhiệt lượng và nóng lên, làm tăng nhiệt độ bên trong nhà kính.
• Hiệu ứng nhà kính được ứng dụng để trồng cây ở những vùng có nhiệt độ không khí thấp, giúp cây tránh được tác hại của giá rét và sinh trưởng tốt hơn so với cây được trồng bên ngoài.

Hiệu ứng nhà kính đối với Trái Đất khi bầu khí quyển bao quanh nó chứa nhiều CO₂.

Hình 7: Hiệu ứng nhà kính

• Hiệu ứng nhà kính là khái niệm dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi coi Trái Đất và bầu khí quyển bao quanh nó chứa nhiều khí CO₂ như một nhà kính.
• Hiệu ứng nhà kính làm cho  mặt đất và không khí của Trái Đất nóng lên do sự truyền năng lượng nhiệt thông qua tia nhiệt của Mặt Trời chiếu xuyên qua tầng khí quyển đến Trái Đất.
• Do phần năng lượng hấp thụ lớn hơn phần năng lượng phát ra ngoài không gian nên mặt đất, các đại dương và không khí trên toàn bộ Trái Đất nóng lên.

III. Công dụng của vật dẫn nhiệt và vật cách nhiệt

1. Tính chất dẫn nhiệt của các chất

Trong cùng điều kiện như nhau, chất nào truyền năng lượng nhiệt nhanh hơn thì chất đó dẫn nhiệt tốt hơn.

2. Vật dẫn nhiệt

• Những vật dẫn nhiệt tốt được dùng khi cần truyền nhiệt lượng nhanh.

Ví dụ: Bộ tản nhiệt cho động cơ được làm bằng đồng, nồi đun nấu thức ăn làm bằng nhôm, ...

a) Bộ tản nhiệt ô tô                            b) Nồi có tay cầm

Hình 8

• Tính chất dẫn nhiệt kém của không khí hay tính chất không dẫn nhiệt của chân không được ứng dụng chế tạo phích nước để giữ nước nóng hoặc nước đá lâu tan.

Hình 9: Cấu tạo của phích nước

Các vật liệu dẫn nhiệt kém như len, dạ,... được dùng để may quần áo ấm mùa đông. Một số vật liệu polystryrene, sợi thuỷ tinh,...được dùng để cách nhiệt đường ống nước, ống dẫn ga ở điều hoà,...

Hình 10: Vải len dạ dùng để may quần áo