Bài 28. Sự truyền nhiệt

I. Dẫn nhiệt

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Trong vật rắn được cấu tạo từ các phân tử thì sự truyền năng lượng là do va chạm giữa các phân tử.

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

2. Vật dẫn nhiệt tốt, vật cách nhiệt tốt

Vật được cấu tạo từ những chất, vật liệu, có thể dẫn nhiệt tốt được gọi là vật dẫn nhiệt tốt; vật được cấu tạo từ những chất, vật liệu có thể cản trở tốt sự dẫn nhiệt gọi là vật cách nhiệt tốt.

Nếu coi khả năng dẫn nhiệt của không khí là 1 thì khả năng dẫn nhiệt của một số chất và vật liệu có giá trị gần đúng như sau:

II. Đối lưu

Chất lỏng và chất khí (gọi chung là chất lưu) dẫn nhiệt kém. Tuy nhiên, khi đun nóng đáy ống nghiệm thì chỉ sau một thời gian ngắn, tất cả nước trong ống nghiệm đều nóng lên.

Hiện tượng này chứng tỏ chất lưu tuy dẫn nhiệt kém nhưng vẫn có thể truyền nhiệt tốt. Vậy, chất lưu truyền nhiệt bằng cách nào?

Thí nghiệm mô tả ở Hình 28.3 giúp chúng ta hiểu về sự truyền nhiệt trong chất lỏng.

Đặt một gói nhỏ đựng các hạt thuốc tím vào đáy một bình thuỷ tinh đựng nước rồi dùng đèn cồn đun nóng đáy bình ở vị trí gắn gói thuốc tím. Nước ở gần ngọn lửa đèn cồn nhận được năng lượng, nóng lên, di chuyển thành dòng nước nóng đi lên trên, đồng thời nước lạnh ở trên cũng di chuyển thành dòng đi xuống dưới để nhận năng lượng từ ngọn lửa đèn cốn. Các dòng nước nóng, lạnh di chuyển ngược chiều như trên được gọi là dòng đối lưu.

Hiện tượng truyền nhiệt nhờ dòng đối lưu gọi là sự đối lưu.

III. Bức xạ nhiệt

Ngoài lớp khí quyển bao quanh Trái Đất, khoảng không gian còn lại giữa Mặt Trời và Trái Đất là chân không. Tuy nhiên, hằng ngày Mặt Trời vẫn không ngừng truyền năng lượng tới Trái Đất.

1. Sự truyền nhiệt bằng bức xạ nhiệt

Năng lượng nhiệt đã được truyền bằng các tia gọi là tia nhiệt.

Tia nhiệt có một số tính chất giống tia sáng như mang năng lượng, truyền thẳng, phản xạ, không truyền qua các vật chắn sáng,.... Vật nhận được tia nhiệt thì nóng lên. Hình thức truyền nhiệt này được gọi là bức xạ nhiệt.

Mặt Trời truyền được năng lượng tới Trái Đất là nhờ bức xạ nhiệt, vì các tia nhiệt có thể truyền ngay cả trong chân không.

Khả năng hấp thụ và phản xạ tia nhiệt của một vật phụ thuộc tính chất mặt ngoài của nó. Mặt ngoài của vật càng xù xì và càng sẫm màu thì vật hấp thụ tia nhiệt càng mạnh; mặt ngoài của vật càng nhẵn và càng sáng màu thì vật phản xạ tia nhiệt càng mạnh.

2. Hiệu ứng nhà kính

a) Bức xạ nhiệt của Mặt Trời và bức xạ nhiệt của Trái Đất

Nhiệt độ trung bình của bề mặt Mặt Trời khoảng 6000 ^oC nên bức xạ nhiệt của Mặt Trời là những bức xạ mạnh có thể dễ dàng truyền qua lớp khí quyển Trái Đất và các chất rắn trong suốt khác. Nhiệt độ trung bình của bề mặt Trái Đất chỉ khoảng 18 ^oC nên bức xạ nhiệt của Trái Đất là những bức xạ yếu, không vượt qua được lớp khí quyển bao quanh Trái Đất, không vượt qua được ngay cả các lớp kính trong suốt.

Người ta đã dựa vào sự khác nhau của hai loại bức xạ này để làm nhà lợp kính trồng cây nhằm giữ lại nhiều năng lượng mặt trời hơn, giúp cây trồng trong nhà lợp kính phát triển mạnh mẽ hơn. Tác dụng giữ bức xạ nhiệt này của nhà lợp kính được gọi là hiệu ứng nhà kính.

b) Hiệu ứng nhà kính khí quyển

Hằng ngày Mặt Trời truyền về Trái Đất dưới hình bức xạ nhiệt một lượng năng lượng khổng lồ, lớn gấp khoảng 20 000 lần tổng năng lượng mà con người sử dụng. Trái Đất hấp thụ một phần năng lượng này, đồng thời phản xạ lại một phần dưới hình thức bức xạ nhiệt của Trái Đất.

Bầu khí quyển bao quanh Trái Đất có tác dụng giống như một nhà lợp kính, giữ lại bức xạ nhiệt của Trái Đất làm cho bề mặt của Trái Đất và không khí bao quanh nóng lên. Do sự tương tự đó mà hiệu ứng này của bầu khí quyển được gọi là hiệu ứng nhà kính khí quyển, thường được gọi tắt là hiệu ứng nhà kính. Trong khí quyển thì khí carbon dioxide (CO₂) đóng vai trò quan trọng nhất trong việc gây ra hiệu ứng nhà kính.