Bài 25: Truyền năng lượng nhiệt

I. Các hình thức truyền năng lượng nhiệt

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Trong hình trên, nhiệt lượng nồi nhận được từ ngọn lửa được truyền qua thành nồi vào nước làm nước nóng lên và có thể sôi. Đó là một ví dụ về hiện tượng dẫn nhiệt.

Nếu ta chạm tay vào tay cầm của nồi có nhiệt độ cao hơn, nhiệt lượng sẽ truyền vào tay ta và làm cho tay ta nóng lên. Cách truyền nhiệt như vậy được gọi là dẫn nhiệt. Bằng cách này, năng lượng nhiệt được truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn.

Dẫn nhiệt là hình thức truyền nhiệt chủ yếu ở các vật rắn.

2. Hiện tượng đối lưu

Thả một ít hạt thuốc tím qua một ống nhựa xuống đáy cốc thuỷ tinh đựng nước. Dùng đèn cồn đun cốc nước sao cho ngọn lửa ở ngay phía dưới nơi có thuốc tím.

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. Vì vậy, lớp nước này sẽ chuyển động lên. Lớp nước ở phía trên có khối lượng riêng lớn hơn sẽ đi xuống. Quá trình này tạo ra dòng đối lưu làm cho cả khối nước trong cốc nóng lên. Sự truyền nhiệt này được gọi là sự truyền nhiệt bằng sự đối lưu.

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

Trong chất khí cũng xảy ra sự truyền nhiệt bằng sự đối lưu.

Đối lưu là hình thức truyền nhiệt chính trong chất khí và chất lỏng. 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.

3. Hiện tượng bức xạ nhiệt

Sự truyền nhiệt từ Mặt Trời đến Trái Đất là một ví dụ về hiện tượng bức xạ nhiệt. Truyền nhiệt bằng cách này xảy ra không cần tiếp xúc giữa các vật cũng như không có sự chuyển động thành dòng của các phân tử. 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. Năng lượng này truyền đến Trái Đất bằng bức xạ nhiệt.

II. Truyền năng lượng trong hiệu ứng 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 mà các vật và không khí trong nhà kính nhận được nhiệt lượng và nóng lên. Phần năng lượng này lớn hơn phần năng lượng nhiệt từ các vật ở trong nhà kính truyền ra ngoài. Kết quả là nhiệt độ bên trong nhà kính sẽ tăng lên.

Ứng dụng hiện tượng này, ở những vùng mà nhiệt độ không khí thấp, người ta làm nhà kính để trồng cây. 

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

1. Tính 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.

Chất rắn dẫn nhiệt tốt. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém hơn.

2. Vật dẫn nhiệt

Những vật dẫn nhiệt tốt được dùng khi cần truyền nhiệt lượng nhanh như các bộ tản nhiệt cho động cơ được làm bằng đồng, nồi đun nấu thức ăn được làm bằng nhôm,...

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 giữ nước đá lâu tan. 

Các vật liệu dẫn nhiệt kém như len, dạ,... được dùng để may quần áo ấm mùa đông. Hơn nữa, quần áo được may từ len, dạ tạo ra nhiều lớp khí, mà không khí dẫn nhiệt kém nên sẽ giúp giữ nhiệt cho cơ thể. Một số vật liệu polystyrene, sợi thuỷ tinh,... được dùng để cách nhiệt đường ống nước, ống dẫn ga ở điều hoà, bình nước nóng, lò nướng, tủ lạnh, tôn cách nhiệt ở mái của các ngôi nhà,...