📖 Bài 26: Năng lượng nhiệt và nội năng - lớp 8

I – Một số tính chất của phân tử, nguyên tử

Để hiểu về năng lượng nhiệt, trước hết chúng ta cần nắm vững các tính chất cơ bản của các hạt cấu tạo nên vật chất:

• Chuyển động hỗn loạn: Các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn không ngừng.
• Mối quan hệ với nhiệt độ: Nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử, nguyên tử chuyển động càng nhanh.
• Lực tương tác: Giữa các phân tử, nguyên tử có lực hút và lực đẩy, gọi là lực tương tác phân tử.
• Thí nghiệm Brown (1827): Các hạt phấn hoa trong nước chuyển động không ngừng về mọi hướng do các phân tử nước chuyển động hỗn loạn va chạm vào chúng.

Hình 26.1: Chuyển động của phân tử ở nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b) Hình 26.1: Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động hỗn loạn nhanh hơn.

II – Khái niệm năng lượng nhiệt

• Định nghĩa: Năng lượng mà vật có được nhờ chuyển động nhiệt được gọi là năng lượng nhiệt.
• Đặc điểm: Mọi vật đều được cấu tạo từ các hạt chuyển động không ngừng, nên mọi vật đều có năng lượng nhiệt.
• Sự thay đổi: Khi làm tăng nhiệt độ của vật thì năng lượng nhiệt của vật tăng và ngược lại.

III – Khái niệm nội năng

Nội năng của một vật là một khái niệm rộng hơn, bao gồm hai thành phần chính của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật đó:

1. Động năng: Do các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng.
2. Thế năng: Do giữa các phân tử có lực tương tác (hút và đẩy).

$\rightarrow$ Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.

Sự tăng, giảm nội năng:

• Khi vật nhận thêm nhiệt lượng, các phân tử chuyển động nhanh lên làm động năng tăng, dẫn đến nội năng của vật tăng.
• Ví dụ: Thả quả cầu kim loại vào cốc nước nóng, quả cầu nhận thêm năng lượng nhiệt từ nước nên nội năng của quả cầu tăng.

EM ĐÃ HỌC

• Năng lượng nhiệt là năng lượng vật có được do chuyển động nhiệt.
• Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.
• Khi một vật được làm nóng, các phân tử, nguyên tử của vật chuyển động nhanh lên và nội năng của vật tăng.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích hiện tượng xoa tay: Khi ta xoa hai bàn tay vào nhau, ta đang thực hiện công. Cơ năng chuyển hoá thành điện năng làm các phân tử ở da tay chuyển động nhanh lên, dẫn đến nội năng tăng và tay nóng lên.
• Giải thích sự khuếch tán mùi hương: Tại sao đứng xa ta vẫn ngửi thấy mùi thơm của hoa hay thức ăn? Đó là vì các phân tử hương thơm chuyển động hỗn loạn với tốc độ hàng trăm m/s, va chạm với các phân tử khí và lan toả khắp phòng.
• Đun nước: Khi đun nước, nhiệt độ nước tăng dần do nhận nhiệt lượng từ bếp, làm nội năng của nước tăng. Tuy nhiên, khi nước đã sôi, dù tiếp tục đun thì nhiệt độ không tăng vì nhiệt năng lúc này dùng để chuyển hoá nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao mọi vật đều có nội năng?

• Trả lời: Vì mọi vật đều được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử. Các hạt này luôn chuyển động (có động năng) và tương tác với nhau (có thế năng). Do đó, tổng của chúng (nội năng) luôn tồn tại.

Câu 2: So sánh năng lượng nhiệt của một cốc nước ở $20^\circ C$ và một cốc nước tương tự ở $80^\circ C$?

• Giải thích: Cốc nước ở $80^\circ C$ có năng lượng nhiệt lớn hơn vì ở nhiệt độ cao hơn, các phân tử nước chuyển động nhanh hơn, dẫn đến tổng động năng của chúng lớn hơn.

Câu 3: Khi thả một viên đá lạnh vào ly nước cam, nội năng của viên đá và nước cam thay đổi như thế nào?

• Trả lời: Nước cam truyền nhiệt cho viên đá, nên nội năng của nước cam giảm (nhiệt độ giảm). Viên đá nhận nhiệt nên nội năng của nó tăng (để tan chảy).

Câu 4: Trong hiện tượng Brown, tại sao các hạt phấn hoa lại chuyển động hỗn loạn không ngừng?

• Giải thích: Do các phân tử nước chuyển động hỗn loạn không ngừng va chạm vào các hạt phấn hoa từ mọi phía một cách không cân bằng.

Câu 5: Nội năng của vật phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây? A. Chỉ phụ thuộc nhiệt độ. B. Chỉ phụ thuộc thể tích. C. Phụ thuộc cả nhiệt độ và thể tích. D. Không phụ thuộc yếu tố nào.

• Đáp số: C. Phụ thuộc cả nhiệt độ và thể tích (Vì nhiệt độ ảnh hưởng đến động năng, thể tích ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các hạt – tức là thế năng).