Bài 8 vật lý đại học nhiệt độ, nhiệt lượng và nhiệt dung

+ Để nhiệt độ như là một thước đo độ nóng, lạnh ta cần xây dựng một thang nhiệt độ theo một đặc tính đo được nào đó của hệ.. Nhiệt kế và các thang đo nhiệt độ - Mục 17.2 Nhiều đặc tín

Bài 8

Bài giảng lý thuyết VẬT LÝ ĐẠI HỌC Giảng viên: ĐẶNG THỊ MINH HUỆ

Chương 17 +18: Nhiệt độ, Nhiệt

lượng và Nhiệt dung

Có chính xác không khi nói rằng nhật hoa chứa nhiệt lượng ?

8.1 Khái niệm Nhiệt độ Nhiệt kế và các thang đo

1 Nhiệt độ và trạng thái cân bằng nhiệt - Mục 17.1

a) ĐN nhiệt độ:

 Q/điểm “vĩ mô”: nhiệt độ như là một thước đo độ nóng, lạnh

 Q/điểm “vi mô”: nhiệt độ như là thước đo mức độ c/động hỗn loạn của các phân tử vật chất

+ Trong chương này chúng ta xét nhiệt độ theo q/đ vĩ mô.

+ Để nhiệt độ như là một thước đo độ nóng, lạnh ta cần xây dựng một thang nhiệt độ theo một đặc tính đo được nào

đó của hệ Dụng cụ đo gọi là nhiệt kế.

VD: L, p, R thay đổi theo độ nóng và lạnh của vật

b) Trạng thái cân bằng nhiệt:

“Hai hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt khi và chỉ khi chúng có cùng nhiệt độ”.

Vậy: Khi nhiệt kế ở trạng thái cân bằng nhiệt với vật cần đo thì nó cho ta biết nhiệt độ của vật cần đo và cũng chính là nhiệt độ của nó

c) Đ/l không của nhiệt động lực học

“Nếu ban đầu C ở trạng thái cân

bằng nhiệt với cả A và B thì A và

B cũng ở trạng thái cân bằng

nhiệt với nhau”

2 Nhiệt kế và các thang đo nhiệt độ - Mục 17.2

 Nhiều đặc tính của vật chất, của các hiện tượng phụ thuộc vào nhiệt độ Điều đó cho phép chúng ta đo được nhiệt độ

của vật chất.

 Dụng cụ đo: Nhiệt kế:

+ Nhiệt kế giãn nở nhiệt.

+ Nhiệt kế điện trở.

+ Nhiệt kế pin nhiệt điện.

 Nguyên tắc đo: cho nhiệt kế tiếp xúc với vật cần đo và chờ cho nhiệt kế đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt với vật, lúc

đó ta đọc nhiệt độ ghi trên nhiệt kế.

 Các thang đo nhiệt độ

a) Thang nhiệt độ Celsi (thang bách phân): T(C) + K/hiệu mực c/lỏng của nhiệt kế ở n/độ

đông đặc của nước tinh khiết là “0”;

ở nhiệt độ sôi là “100”

+ Thang đo : từ 0 0 C đến 100 0 C ,

tương ứng với một trăm

khoảng chia như nhau từ

mực “0” đến “100”.

Vậy: 1 0 C tương ứng với một khoảng

trên thang đo của nhiệt kế

b) Thang nhiệt độ Fahrenheit T(F)

Nhiệt độ đông đặc của nước là 32 o F và nhiệt độ sôi là 212 o

F (180 khoảng = 180 độ chia).

Do đó :

+ Thang đo có 180 khoảng, 1khoảng ứng với 1độ F (1F).

+ Chuyển đổi nhiệt độ giữa hai thang độ C và độ F:

o C

5

9

+

) 32

( 9

F

c) Nhiệt kế khí - Thang Kelvin - Mục 17.3

 Nhiệt kế khí

 Hoạt động dựa trên nguyên lý: áp suất của một khối khí

có thể tích không đổi tăng theo nhiệt độ

 Nguyên tắc đo: Đo áp suất khí ở nhiệt độ 0 o C và 100 o , sau đó biểu diễn hai trạng thái trên hệ toạ độ 0pT và vẽ đường thẳng đi qua hai điểm đó

Đường thẳng này cho phép ta đọc nhiệt độ ứng với

một áp suất bất kỳ từ đồ thị (Do p = α T)

NX : Rõ ràng các các đồ thị này đều có đường kéo dài đi

qua điểm nhiệt độ -273,15oC và áp suất p = 0

 Thang nhiệt độ kelvin T(K)

+ Ta lấy điểm nhiệt độ -273,15 o C làm điểm 0 cho một thang nhiệt độ mới Gọi là thang nhiệt độ kelvin.

+ Đặc điểm : là thang đo không phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu nên gọi là thang đo lý tưởng

15 ,

273

+

K T

Chú ý

+ Đối với thang kelvin thì không có “độ” kenvin

VD : Viết là 293 K và đọc là 293 kenvin chứ không phải là độ kenvin)

+ Chỉ viết hoa Kelvin khi đề cập tới thang nhiệt độ

+ Hai thang Celsi và Kelvin có điểm 0 khác nhau nhưng có

độ chia giống nhau nên độ biến thiên nhiệt độ là như nhau trong cả hai thang nhưng khác trong thang Fahrenheit

8.2 Nhiệt lượng Đo nhiệt lượng và sự chuyển pha

1 Nhiệt lượng (Q) - Mục 17.5

+ Tương tác nhiệt là sự chuyển hoá NL từ vật này sang vật khác

+ Sự chuyển hoá NL xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ gọi

là trao đổi nhiệt

Sự chuyển hoá NL đó được gọi là dòng nhiệt hoặc sự

truyền nhiệt Lượng năng lượng được chuyển hoá theo

cách này được gọi là nhiệt lượng (nhiệt).

 ĐN: “Nhiệt lượng Q là lượng NL được chuyển hoá giữa hai vật hoặc hai hệ khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa chúng”.

 BT: Nhiệt lượng cần thiết để thay đổi nhiệt độ của vật chất

có k/lg m từ T 1 đến T 2

Q = mc∆T = nC∆T (17.17)

(C = Mc là nhiệt dung phân tử, c là nhiệt dung riêng -sẽ n/c kỹ

ở chương sau)

 Đơn vị: jun (J), calo (cal) ; 1cal = 4,186 J

 YN : là dạng NL trao đổi trong quá trình trao đổi nhiệt.

 Dac diem: Q ko chứa trong vật, trong hệ và có giá trị ko những phụ thuộc vào ∆T mà còn phụ thuộc vào quá trình

trao đổi nhiệt

Chú ý: Chỉ được áp dụng khi ∆ T ≠0; dQ = mcdT chỉ là biểu thức thuần tuý toán học, không có ý nghĩa vật lý

Chú ý: Cần phân biệt rõ nhiệt độ và nhiệt lượng:

+ N/độ phụ thuộc vào trạng thái vật lý của vật chất và là sự

mô tả định lượng sự nóng và lạnh của vật.

+ Nhiệt lượng Q là năng lượng được truyền từ một vật (hệ) này đến vật (hệ) khác khi có sự chênh lệch về nhiệt độ.

+ Q không phải là năng lượng dự trữ bên trong một hệ cụ thể nào Q có giá trị phụ thuộc vào dạng của quá trình trao đổi nhiệt ngay cả khi có cùng ∆T

+ Có thể thay đổi n/độ của vật:

-Trao đổi nhiệt -Thực hiện công cơ học

2 Phép đo nhiệt lượng Nhiệt chuyển pha - Mục 17.6

a) Đo nhiệt lượng:

nhau thì phần nhiệt mà một vật mất đi phải bằng phần nhiệt

mà vật kia nhận vào

đó tính toán được nhiệt lượng theo công thức (17.17)

b) Sự chuyển pha

+ Khái niệm “pha” dùng để chỉ (hoặc mô tả) trạng thái đặc biệt của vật chất, như là rắn; lỏng và khí: pha lỏng, pha rắn, pha khí

+ Sự chuyển hoá từ pha này sang pha khác gọi là sự chuyển pha VD nước chuyển từ pha rắn sang pha lỏng ở 0 0 C.

c) Nhiệt chuyển pha

 Nhiệt nóng chảy: Là nhiệt lượng cần cung cấp để làm

nóng chảy một đơn vị khối lựợng của một chất rắn ở

nhiệt độ nóng chảy Kí hiệu L f

 Điểm (nhiệt độ) nóng chảy: là nhiệt độ mà ở đó có sự

chuyển pha từ pha rắn sang pha lỏng.

 Ta thêm nhiệt vào hệ đang ở nhiệt độ nóng chảy không phải để làm tăng thêm nhiệt độ cho hệ mà để thay đổi

pha từ rắn sang lỏng.

Vậy: Nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy khối chất

có khối lượng m có nhiệt nóng chảy L f :

Q = mL f

 Nhiệt đông đặc: là nhiệt lượng cần thiết lấy ra khỏi hệ

để làm đông đặc một đơn vị khối lượng chất lỏng ở nhiệt

độ đông đặc.

+ Nđộ nóng chảy ≡ đông đặc (cùng một chất) Tại n/ độ này pha lỏng và rắn có thể cùng tồn tại trong cùng một

đk gọi là sự cân bằng pha

TQ: Q = ± mL (17.20)

Q: Nhiệt cần thiết để chuyển pha

 Nhiệt hoá hơi L v

 Nhiệt thăng hoa L s

Bảng 17.4

•VD: Tính nhiệt lượng cần thiết để làm cho 2kg đá ở nhiêt

độ -25 0 C hoá hơi hoàn toàn.

Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4