Bài 2. Thang nhiệt độ

1. CHIỀU TRUYỀN NĂNG LƯỢNG NHIỆT GIỮA HAI VẬT CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ TIẾP XÚC NHAU

Khi cho hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc nhau, năng lượng nhiệt luôn truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Quá trình truyền nhiệt kết thúc khi hai vật ở cùng nhiệt độ (trạng thái cân bằng nhiệt).

2. THANG NHIỆT ĐỘ

Khi nói đến nhiệt độ của một vật, ta thường nghĩ đến cảm giác "nóng" và "lạnh" của vật, nhưng đó chỉ là tương đối vì cảm giác mang tính chủ quan. Để đo nhiệt độ của một vật thì cần sử dụng nhiệt kế.

Nguyên lí đo nhiệt độ của nhiệt kế

Nhiệt độ đo trên nhiệt kế được xác định thông qua giá trị của một đại lượng vật lí mà đại lượng này phụ thuộc vào nhiệt độ theo một quy luật đã biết.

Với nhiệt kế thủy ngân (Hình 2.2a), nhiệt độ được xác định thông qua biểu thức sự phụ thuộc điện trở của vật theo nhiệt độ, từ giá trị điện trở đo được, ta xác định được nhiệt độ cần đo.

Với nhiệt kế điện trở (Hình 2.2b), nhiệt độ được xác định thông qua biểu thức sự phụ thuộc điện trở của vật theo nhiệt độ, từ giá trị điện trở đo được, ta xác định được nhiệt độ cần đo.

Thang nhiệt độ

Có thể đo nhiệt độ của vật theo các thang đo khác nhau. Một số loại thang nhiệt độ (còn gọi là nhiệt giai) thông dụng như: thang nhiệt độ Celsius, thang nhiệt độ Kelvin, thang nhiệt độ Fahrenheit (Hình 2.1).

Thang nhiệt độ Celsius

Trong thang nhiệt độ Celsius, chọn hai mốc nhiệt độ là nhiệt độ của nước đá (nước tinh khiết đóng băng) đang tan ở áp suất 1 atm là 0 ^oC và nhiệt độ sôi của nước tinh khiết ở áp suất 1 atm là 100 ^oC. Từ vạch 0 ^oC đến vạch 100 ^oC chia thành 100 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng ứng với 1 ^oC. Nhiệt độ trong thang đo này được kí hiệu là t. Đơn vị là độ Celsius (kí hiệu: ^oC).

Thang nhiệt độ này được lấy theo tên của nhà vật lí thiên văn người Thụy Điển là Anders Celcius (An-đơ Xen-xi-út) (1701 - 17440, người đề xuất thang đo năm 1742.

Thang nhiệt độ Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt đối)

Trong thang nhiệt độ Kelvin, chọn hai mốc nhiệt độ là nhiệt độ mà tại đó động năng chuyển động nhiệt của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên các chất bằng không là 0 K (gọi là độ 0 tuyệt đối) và chọn nhiệt độ nước tinh khiết tồn tại ở đồng thời ở thể rắn, lỏng và hơi là 273,16 K (Hình 2.3). Trong khoảng giữa hai giá trị nhiệt độ này, chia thành 273,16 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng là 1 K.

Thang nhiệt độ này được lấy theo tước vị của nhà vật lí, kĩ sư người Ireland là William Thomson (Guy-li-am Thôm-xơn), nam tước Kelvin thứ nhất (1824 - 1907). Trong thang đo này, nhiệt độ được kí hiệu là T, đơn vị là Kelvin (kí hiệu: K). Một độ chia trên thang nhiệt độ Kelvin bằng một độ chia trên thang nhiệt độ Celsius và tại 0 ^oC trong thang nhiệt độ Celsius ứng với 273,15 K trong thang nhiệt độ Kelvin.

Trong thang nhiệt độ Kelvin, nhiệt độ được kí hiệu là T (đơn vị là K). Trong thang nhiệt độ Celsius, nhiệt độ được kí hiệu là t (đơn vị là ^oC). Một độ chia trên thang nhiệt độ Kelvin bằng một độ chia trên thang nhiệt độ Celsius. 

Nhiệt độ không tuyệt đối

Từ mô hình động học phân tử, nhiệt độ càng cao thì chuyển động nhiệt của các phân tử càng nhanh. Khi nhiệt độ giảm thì chuyển động nhiệt cũng giảm theo và ở nhiệt độ không tuyệt đối (T = 0 K) thì chuyển động nhiệt của các phân tử đều dừng lại (động năng của chúng bằng không). Khi đó, không có sự va chạm của các phân tử và thế năng tương tác giữa các phân tử là tối thiểu.

Nhiệt độ không tuyệt đối (0 K) 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.

Chuyển đổi nhiệt độ giữa các thang đo

Gọi t là giá trị nhiệt độ của vật theo thang nhiệt độ Celsius và T là giá nhiệt độ của vật đó theo thang nhiệt độ Kelvin thì:

T(K) = t (^oC) + 273,15

Có thể áp dụng biểu thức gần đúng:

T(K) = t(^oC) + 273