Bài 26. Năng lượng nhiệt và nội năng

1. NĂNG LƯỢNG NHIỆT VÀ NỘI NĂNG

Tìm hiểu chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử

Trong chương trình môn Khoa học tự nhiên lớp 7, chúng ta đã biết các chất được cấu tạo từ nguyên tử, phân tử.

Năm 1827, khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi, nhà khoa học Robert Brown (người Anh) đã phát hiện thấy chúng chuyển động không ngừng về mọi phía như Hình 26.1, nhưng ông không giải thích được hiện tượng này.

Năm 1905, nhà vật lí Albert Einstein (người Đức) đã giải thích được đầy đủ và chính xác thí nghiệm của Brown. Theo Einstein, nguyên nhân gây ra chuyển động của các hạt phấn hoa là do các phân tử nước không đứng yên mà chuyển động hỗn độn không ngừng. Trong thí nghiệm - Brown nếu tăng nhiệt độ của nước thì các hạt phấn hoa chuyển động càng nhanh, nghĩa là nhiệt độ của vật càng cao thì các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh.

Sự chuyển động của các nguyên tử, phân tử liên quan chặt chẽ với nhiệt độ nên được gọi là chuyển động nhiệt.

Định nghĩa năng lượng nhiệt và nội năng

Các phân tử cấu tạo nên vật luôn chuyển động không ngừng, vì thế chúng có động năng. Động năng này phụ thuộc vào nhiệt độ. Tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật được gọi là năng lượng nhiệt (hay nhiệt năng).

Các phân tử cấu tạo nên vật luôn tương tác với nhau thông qua lực tương tác phân tử, do đó chúng có thế năng, gọi là thế năng tương tác phân tử. Thế năng này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.

Tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật được gọi là nội năng của vật.

Trường hợp vật được cấu tạo bởi các nguyên tử (phân tử chỉ gồm một nguyên tử), thì nhiệt năng của vật là tổng động năng của các nguyên tử, và nội năng của vật là tổng động năng và thế năng tương tác của các nguyên tử cấu tạo nên vật.

Cách làm tăng nội năng của vật

Bằng cách làm nóng vật, ta có thể làm tăng nội năng của vật (Hình 26.2).

Khi nhiệt độ của vật tăng, các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh hơn, động năng của các phân tử tăng, do đó nội năng của vật tăng. Ngược lại, khi nhiệt độ của vật giảm thì nội năng của vật giảm.

Nội năng của vật cũng tăng khi vật bị cọ xát.

2. ĐO NĂNG LƯỢNG NHIỆT

Jun kế (joulemeter) là dụng cụ đo hiển thị trực tiếp giá trị năng lượng nhiệt mà một vật nhận vào khi được đun nóng.