Nhiệt độ - Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

Nội dung bài học Nội dung từ hệ thống

Chương I VẬT LÍ NHIỆT

Chủ đề 03

NHIỆT ĐỘ - THANG NHIỆT ĐỘ - NHIỆT KẾ

NHIỆT ĐỘ - SỰ TRUYỀN NHIỆT

① Nhiệt độ:

Để xác định mức độ “nóng”, “lạnh” của vật người ta dùng khái niệm nhiệt độ.
Vật nóng hơn có nhiệt độ cao hơn.
Vật lạnh hơn có nhiệt độ thấp hơn.
Đơn vị đo nhiệt độ:
Trong hệ SI là Kelvin (kí hiệu K).
Thường dùng ở Việt Nam là độ C (kí hiệu °C).
Dụng cụ đo nhiệt độ là nhiệt kế.

② Sự truyền nhiệt:

Khi cho hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc nhau:

Năng lượng nhiệt (nhiệt năng) tự truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
Phần năng lượng truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn được gọi là nhiệt lượng.
Quá trình truyền nhiệt kết thúc khi hai vật ở cùng nhiệt độ gọi là trạng thái cân bằng nhiệt.
Các hình thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt.
Bản chất (cơ chế) của sự dẫn nhiệt là: sự truyền động năng của các phân tử khi va chạm.

Sơ đồ thí nghiệm

THANG NHIỆT ĐỘ

Thang nhiệt độ Celsius

(thang nhiệt độ thường dùng)

Chọn hai mốc nhiệt độ:

① Nhiệt độ nóng chảy của nước đá tinh khiết (0°C)

② Nhiệt độ sôi của nước tinh khiết (100°C).

Khoảng giữa hai mốc nhiệt độ này được chia thành 100 khoảng bằng nhau ⇒ thang nhiệt độ này được gọi là thang nhiệt độ bách phân.
Kí hiệu bằng chữ t, đơn vị là độ C (°C).
Lấy theo tên của nhà vật lí thiên văn người Thụy Điển là Anders Celsius (1701 – 1744), người đề xuất thang đo năm 1742.

Thang nhiệt độ Kelvin

(thang nhiệt độ tuyệt đối)

Chọn hai mốc nhiệt độ là:

① Nhiệt độ không tuyệt đối (0 K ↔ -273,15°C).

Nhiệt độ không tuyệt đối là nhiệt độ mà tại đó động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên vật chất bằng không và thế năng của chúng là tối thiểu.
Chỉ có thể hạ nhiệt độ xuống gần giá trị 0 K chứ không thể đạt đến giá trị này. Hiện nay, nhiệt độ thấp nhất có thể tạo ra là 3,8.10^-11 K.

② Nhiệt độ điểm ba của nước (273,16 K ↔ 0,01°C).

Tại nhiệt độ này, nước tinh khiết tồn tại ở đồng thời ba thể rắn, lỏng và hơi.
Khoảng giữa hai mốc nhiệt độ này chia thành 273,16 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng bằng 1 K.
Kí hiệu là T, đơn vị là Kelvin (K).
Nhiệt độ trong thang này được gọi là nhiệt độ nhiệt động lực học.
Thang nhiệt độ này được lấy theo tước vị của nhà vật lí, kĩ sư người Ireland là William Thomson, nam tước Kelvin thứ nhất (1824 – 1907).

Thang nhiệt độ Fahrenheit

(sử dụng phổ biến ở các nước phương Tây)

Chọn hai mốc nhiệt độ là:

① nhiệt độ của nước đá đang tan ở áp suất 1 atm là 32°F

② nhiệt độ sôi của nước tinh khiết ở áp suất 1 atm là 212°F.

Trong khoảng giữa hai mốc nhiệt độ này, chia thành 180 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng 1°F.
Kí hiệu là t(°F), đơn vị là °F.
Thang nhiệt độ Fahrenheit được nhà vật lí người Đức là Daniel Fahrenheit đề xuất năm 1724.

③ Chuyển đổi giữa các thang nhiệt độ:

① Giữa Kelvin và Celcius:

T(°K) = 273 + t(°C) ⇒ t(°C) = T(°K) − 273

Lưu ý:

Sự chênh lệch nhiệt độ tính theo Kelvin bằng sự chênh lệch nhiệt độ tính theo Celsius

T₂ − T₁ (°K) = t₂ − t₁ (°C)

② Giữa Fahrenheit và Celsius

T(°F) = 32 + 1,8t(°C) ⇒ t(°C) = T(°F) − 32 / 1,8

③ Công thức tính độ nở

Độ nở dài của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ và độ dài ban đầu của vật.

Công thức tính động năng

Δℓ = α ℓ₀ ΔT

⇒ ℓ = ℓ₀ + Δℓ = ℓ₀ + αℓ₀ΔT = ℓ₀(1 + αΔT)

Δℓ (m) là độ nở dài.

ℓ₀ (m) là chiều dài tương ứng với nhiệt độ đầu T₀ (K) hoặc t₀ (°C).

ℓ (m) là chiều dài tương ứng với nhiệt độ sau T (K) hoặc t (°C).

ΔT = T − T₀ (K) = Δt = t − t₀ (°C) là độ tăng nhiệt độ.

Khi nhiệt độ tăng thêm ΔT = 1 K (Δt = 1°C), vật rắn nở dài thêm một đoạn Δℓ₁ so với chiều dài ban đầu ℓ₀₁ của vật rắn thì α = Δℓ₁ / ℓ₀₁
α [1/K] hoặc (K^-1) là hệ số nở dài (độ dãn tỉ đối Δℓ₁/ℓ₀₁ của vật rắn khi nhiệt độ tăng thêm 1 K).

III

NHIỆT KẾ

① Nhiệt kế:

Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ.

② Nguyên lí đo nhiệt độ của nhiệt kế (cách chế tạo nhiệt kế):

Nhiệt độ trên nhiệt kế được xác định thông qua sự phụ thuộc của một đại lượng vào nhiệt độ theo một quy luật đã biết (một số tính chất vật lí phụ thuộc nhiệt độ của các chất)

Các nhiệt kế thường dùng: dựa trên sự nở vì nhiệt của các chất.
Sự nở dài của chất lỏng: nhiệt độ được xác định thông qua độ cao cột chất lỏng (nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế rượu, nhiệt kế dầu).
Sự nở dài của thanh kim loại mỏng thẳng hoặc xoắn ốc: nhiệt độ được xác định thông qua độ dài của thanh kim loại (nhiệt kế kim loại).
Sự nở tích của một lượng khí ở áp suất không đổi: nhiệt độ được xác định thông qua thể tích một lượng khí (nhiệt kế khí).
Nhiệt kế điện trở: dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
Nhiệt kế hồng ngoại: bức xạ nhiệt (nhiệt kế y tế điện tử).

☆ Giới hạn đo của một số loại nhiệt kế:

Loại nhiệt kế	Thủy ngân	Rượu	Kim loại	Y tế
Hình ảnh
Thang nhiệt độ	Từ -10°C đến 110°C	Từ -30°C đến 60°C	Từ 0°C đến 400°C	Từ 34°C đến 42°C

③ Xử trí khi nhiệt kế thủy ngân vỡ:

Thủy ngân trong nhiệt kế là một chất lỏng dễ bay hơi, gây độc cao. Vì thế nếu nhiệt kế thủy ngân bị vỡ, cần chú ý:

NÊN LÀM	Nên dùng băng dính hoặc giấy mỏng để thu gom thủy ngân lại, cho các hạt thủy ngân vào lọ thủy tinh bịt kín. Có thể rắc một ít bột lưu huỳnh vào thủy ngân. Mở cửa để thông thoáng.
KHÔNG NÊN LÀM	Không nên sử dụng các loại máy hút bụi để thu gom thủy ngân. Không dùng chổi để quét thủy ngân. Không được đổ thủy ngân vào cống thoát nước.

Nhiệt độ - Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

Nhiệt độ - Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

Bài giảng Nhiệt độ - Thang nhiệt độ - Nhiệt kế

Kiểm tra mức độ hiểu bài