Nhiệt & Nhiệt Lượng Kế

Nhiệt và Nhiệt Lượng Kế

Nhiệt luôn chảy từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn, không bao giờ ngược lại, cho đến khi cả hai đạt cùng nhiệt độ. Cần bao nhiêu năng lượng phụ thuộc vào ba yếu tố: bạn đang làm nóng bao nhiêu chất, nó được làm từ gì, và bạn muốn thay đổi nhiệt độ bao nhiêu.

Công thức

Q = m · c · ΔT

• Q — nhiệt lượng (J): năng lượng chuyển vào hoặc ra khỏi một vật dưới dạng nhiệt
• m — khối lượng (kg): bao nhiêu chất đang được làm nóng hoặc làm lạnh
• c — nhiệt dung riêng (J/(kg·K)): năng lượng cần để tăng một kilôgam vật liệu lên một Kelvin
• ΔT — biến thiên nhiệt độ (K): hiệu số giữa nhiệt độ cuối và nhiệt độ đầu

Ví dụ đã giải

Cần bao nhiêu nhiệt lượng để làm nóng 2 kg nước lên 5 Kelvin? (nhiệt dung riêng của nước ≈ 4000 J/(kg·K))

• m = 2 kg
• c = 4000 J/(kg·K)
• ΔT = 5 K

1. Q = m · c · ΔT
2. Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K

Q = 40.000 J

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Cùng một buổi chiều, cát biển nóng rát chân bạn trong khi đại dương vẫn mát mẻ — một kilôgam nước hấp thụ khoảng 4000 jun cho mỗi kelvin, gấp nhiều lần lượng mà cát cần, nên biển ấm lên rất chậm suốt cả mùa. Một chiếc thìa kim loại trong bát súp nóng thể hiện mặt còn lại: nhiệt dung riêng thấp, nhiệt độ thay đổi nhanh.

Những sai lầm phổ biến

Nhầm lẫn sâu nhất là coi nhiệt lượng và nhiệt độ là một — nhiệt độ cho biết các phân tử di chuyển nhanh trung bình đến đâu, nhiệt lượng là năng lượng đang được truyền đi, và mức trao đổi giữa hai đại lượng đó chính là điều định luật này phát biểu: Q = m · c · ΔT. Tiếp theo, hãy để ý tính tỷ lệ: gấp đôi khối lượng thì gấp đôi năng lượng (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40.000 J trở thành 80.000 J ở 4 kg), và gấp đôi biến thiên nhiệt độ cũng vậy. Các vật liệu khác nhau thực sự phải trả với những mức giá khác nhau.

Nó liên kết như thế nào

Phương trình khí lý tưởng đã cho bạn biết nhiệt độ của một chất khí quy định áp suất của nó như thế nào; còn đây là bảng giá cho việc thay đổi nhiệt độ — khối lượng, chất liệu và mức độ thay đổi, nhân hết với nhau. Động cơ nhiệt, tiếp theo, cố gắng cho dòng nhiệt ấy chạy qua một chu trình để trích ra công, và chúng sẽ rất quan tâm đến việc mình đã phải tiêu tốn bao nhiêu nhiệt.

Thử mô phỏng

• Trộn nóng & lạnh
• Thanh dẫn nhiệt

Các khái niệm liên quan

• Phương Trình Trạng Thái Khí Lý Tưởng
• Động Cơ Nhiệt & Hiệu Suất Carnot
• Entropy & Định Luật Hai