Bài 27. Sự truyền nhiệt

Tương tự các dạng năng lượng khác, năng lượng nhiệt có thể truyền từ phần này sang phần khác của một vật hoặc từ vật này sang vật khác. Ta gọi quá trình đó là sự truyền nhiệt.

Có ba hình thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.

1. SỰ DẪN NHIỆT

Tìm hiểu sự dẫn nhiệt

Sự truyền năng lượng nhiệt như trong Thí nghiệm 1 được gọi là sự dẫn nhiệt.

Thanh đồng được cấu tạo bởi các nguyên tử đồng. Trong Thí nghiệm 1, khi ta hơ nóng một đầu thanh đồng, các nguyên tử đồng tại đầu này chuyển động nhanh hơn, động năng của chúng tăng. Do chuyển động nhiệt, các nguyên tử đồng liên tục va chạm nhau và động năng được truyền dẫn từ các nguyên tử có động năng lớn sang các nguyên tử có động năng nhỏ hơn. Cứ thế, năng lượng nhiệt được truyền dẫn từ đầu này đến đầu kia của thanh đồng.

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với chất lỏng và chất khí. Do khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng và chất khí lớn hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các phân tử, nguyên tử chất rắn nên sự truyền động năng giữa các phân tử lân cận diễn ra chậm hơn. Do đó, chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém.

Như vậy, dẫn nhiệt là sự truyền trực tiếp động năng từ các phân tử, nguyên tử có động năng lớn sang các phân tử, nguyên tử có động năng nhỏ hơn.

Dẫn nhiệt là hình thức truyền nhiệt chủ yếu trong chất rắn. Một số chất rắn dẫn nhiệt rất tốt như: bạc, đồng, nhôm, kẽm, than chì, …

Phân tích công dụng của vật dẫn nhiệt tốt và vật cách nhiệt tốt

Vật dẫn nhiệt tốt là vật được làm bằng chất dẫn nhiệt tốt. Các kim loại dẫn nhiệt tốt nên chúng thưởng được dùng làm dụng cụ đun nấu, bàn là, bộ tản nhiệt cho máy móc,...

Vật cách nhiệt tốt là vật được làm bằng chất dẫn nhiệt kém. Len, nhựa, cao su, không khí,... cách nhiệt tốt nên chúng được dùng làm trang phục mùa đông, tay cầm của dụng cụ đun nấu, cửa số cách nhiệt, …

2. ĐỐI LƯU

Sự truyền năng lượng nhiệt nhờ sự tạo thành các dòng như trong Thí nghiệm 2 được gọi là đối lưu.

Khi ta đun một ấm nước trên bếp lò (Hình 27.4), lớp nước ở đáy ấm ở gần ngọn lửa nhận năng lượng nhiệt, nóng lên và nở ra (sự nở vì nhiệt sẽ được học ở Bài 28). Lớp nước này có khối lượng riêng giảm nên nó chuyển động lên trên. Lớp nước lạnh phía trên có khối lượng riêng lớn hơn sẽ chuyển động xuống. Các dòng nước dịch chuyển thế chỗ cho nhau này được gọi là các dòng đối lưu.

Quá trình tạo ra các dòng đối lưu giúp truyền năng lượng nhiệt từ ngọn lửa cho toàn bộ nước trong ấm.

Sự truyền nhiệt bằng đối lưu cũng xảy ra trong chất khí. 

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

3. BỨC XẠ NHIỆT

Tìm hiểu về bức xạ nhiệt

Nếu hơ bàn tay gần một ngọn nến đang thắp sáng hoặc khi đứng cạnh một bếp đun, chúng ta có thể cảm nhận sức nóng toả ra từ chúng.

Năng lượng từ nguồn nhiệt có thể truyền ra môi trường xung quanh dưới hình thức các tia nhiệt đi thẳng gọi là bức xạ nhiệt.

Khi một vật nhận được bức xạ nhiệt thì nó nóng lên.

Mặt Trời truyền năng lượng đến Trái Đất là nhờ bức xạ nhiệt. Giữa Mặt Trời và Trái Đất là khoảng chân không, do đó không có những hình thức truyền nhiệt khác. Bức xạ nhiệt có thể truyền trong chân không.

Mô tả sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính

Nhà kính là nhà có mái che bằng kính để trồng cây bên trong (Hình 27.7).

Bức xạ nhiệt từ Mặt Trời truyền đến dễ dàng xuyên vào nhà kính, làm nóng không khí và các vật bên trong. Tuy nhiên, do cấu trúc của nhà kính khiến phần lớn bức xạ nhiệt từ bên trong bị giữ lại, không bị mất qua quá trình đối lưu. Kết quả là nhiệt độ bên trong nhà kính tăng lên và cao hơn nhiệt độ bên ngoài. Như vậy, nhà kính có tác dụng giữ lại bức xạ nhiệt từ Mặt Trời và mặt đất nhiều hơn, giúp cây trồng phát triển tươi tốt.

Tác dụng giữ bức xạ nhiệt của nhà kính được gọi là hiệu ứng nhà kính (greenhouse effect).

Hằng ngày, Trái Đất nhận một lượng lớn bức xạ nhiệt từ Mặt Trời truyền đến. Đồng thời, Trái Đất cũng bức xạ nhiệt vào không gian. Tuy nhiên, bầu khí quyển chứa nhiều CO₂ của Trái Đất có tác dụng như một mái kính, giữ lại bức xạ nhiệt của Trái Đất, làm mặt đất và không khí xung quanh nóng lên.

Hiện tượng Trái Đất nóng lên do khí CO₂, hơi nước và các chất khí khác (gọi chung là khí nhà kính) giữ lại bức xạ nhiệt của mặt đất được gọi là hiệu ứng nhà kính khí quyển, hay gọi tắt là hiệu ứng nhà kính.

Hiệu ứng nhà kính được cho là nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu hiện nay.