Tổng hợp lý thuyết vật lý nhiệt cơ bản và quan trọng

Tổng hợp Lý thuyết Vật lý Nhiệt cơ bản và quan trọng "Vật lý Nhiệt là một trong những chủ đề quan trọng trong chương trình Vật lý phổ thông và đại học, liên quan trực tiếp đến các hiện tượng tự nhiên và công nghệ như động cơ, máy lạnh, khí hậu... Bài viết này tổng hợp toàn bộ lý thuyết trọng tâm kèm công thức tính toán chi tiết, giúp bạn hệ thống kiến thức nhanh chóng và ứng dụng vào bài tập. Đặc biệt phù hợp cho kỳ thi THPT Quốc gia, Olympic Vật lý hoặc nghiên cứu cơ bản!"

Tổng hợp Lý thuyết Vật lý Nhiệt cơ bản và quan trọng

I Nhiệt độ & Thang nhiệt độ

1. Nhiệt độ: Đại lượng đặc trưng cho mức độ "nóng lạnh", liên quan đến động năng trung bình của phân tử

2. Thang nhiệt độ:

○ Celsius (°C): Nước đá tan = 0°C, nước sôi = 100°C

○ Kelvin (K): Nhiệt độ tuyệt đối (0K = -273.15°C) Công thức chuyển đổi:

T(K) = t(°C) + 273.15

○ Fahrenheit (°F): t(°F) = 1.8 × t(°C) + 32

II Nhiệt lượng & Cân bằng nhiệt

1. Nhiệt lượng (Q): Lượng năng lượng vật trao đổi do chênh lệch nhiệt độ Đơn vị: Joule (J)

2. Phương trình cân bằng nhiệt:

Q_tỏa = Q_thu

(Nếu không có mất mát năng lượng)

3. Nhiệt dung riêng (c):

○ Là nhiệt lượng cần để làm 1kg chất tăng thêm 1°C (hoặc 1K)

○ Công thức: Q = m.c.Δt

(m: khối lượng; Δt: độ chênh lệch nhiệt độ)

III Các hình thức truyền nhiệt

1. Dẫn nhiệt: Truyền động năng phân tử qua va chạm (chất rắn dẫn nhiệt tốt nhất)

2. Đối lưu: Truyền nhiệt bằng dòng chất lỏng/khí chuyển động (ví dụ: không khí nóng lên)

3. Bức xạ nhiệt: Truyền nhiệt bằng sóng điện từ (xảy ra trong chân không, ví dụ: nhiệt từ Mặt Trời)

IV Chất khí lý tưởng & Phương trình trạng thái

1. Khí lý tưởng: Phân tử không có thể tích, chỉ tương tác khi va chạm

2. Phương trình trạng thái:

PV = nRT

○ P: Áp suất (Pa)

○ V: Thể tích (m³)

○ n: Số mol khí

○ R: Hằng số khí (8.314 J/mol.K)

○ T: Nhiệt độ tuyệt đối (K)

V Nguyên lý I Nhiệt động lực học (Định luật Bảo toàn Năng lượng)

● Phát biểu:

Độ biến thiên nội năng (ΔU) = Nhiệt lượng (Q) + Công (A)

ΔU = Q + A

● Quy ước dấu:

○ Q > 0: Hệ nhận nhiệt

○ A > 0: Hệ nhận công

○ ΔU > 0: Nội năng tăng

VI Nguyên lý II Nhiệt động lực học & Entropy

1. Phát biểu:

○ Clausius: Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng

○ Kelvin: Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 2 (biến nhiệt hoàn toàn thành công)

2. Entropy (S):

○ Đại lượng đo mức độ hỗn loạn của hệ

○ Nguyên lý II: Entropy của hệ cô lập luôn tăng (ΔS ≥ 0)

VII Chuyển thể & Nhiệt nóng chảy/hóa hơi

1. Quá trình chuyển thể:

○ Nóng chảy (rắn → lỏng), Đông đặc (lỏng → rắn)

○ Hóa hơi (lỏng → khí), Ngưng tụ (khí → lỏng)

2. Nhiệt lượng chuyển thể:

○ Nóng chảy: Q = m.λ (λ: nhiệt nóng chảy riêng, J/kg)

○ Hóa hơi: Q = m.L (L: nhiệt hóa hơi riêng, J/kg)

VIII Ứng dụng: Động cơ nhiệt & Máy lạnh

1. Động cơ nhiệt:

○ Biến nhiệt thành công

○ Hiệu suất: η = |A| / Q₁ = (Q₁ - |Q₂|) / Q₁

(Q₁: nhiệt nhận từ nguồn nóng; Q₂: nhiệt trả cho nguồn lạnh)

2. Máy lạnh/Bơm nhiệt:

○ Lấy nhiệt từ nguồn lạnh chuyển đến nguồn nóng (cần công từ bên ngoài)

○ Hiệu năng: COP = |Q₂| / A