Nhiệt năng là gì? Đơn vị đo và ứng dụng của nhiệt năng
Một trong những dạng năng lượng thường trực trong thế giới vật lý là nhiệt năng. Bài viết này của Thiết Bị Điện Goldsun sẽ giúp bạn trả lời câu hỏi nhiệt năng là gì cũng những kiến thức mà có thể bạn chưa biết.
Nhiệt năng là gì?
Nhiệt năng là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nhiệt năng phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh và nhiêt năng của vật càng lớn. Mọi vật đều có nhiệt năng vì các phân tử cấu tạo nên vật luôn luôn chuyển động.
Đơn vị của nhiệt năng
Đơn vị của nhiệt năng là Jun (J).
Nguyên tử và phân tử là các phần làm nên các chất bên trong vật. Các nguyên tử và phân tử này không đứng im và chuyển động không ngừng. Chúng chuyển động càng nhanh khi gặp nhiệt độ càng cao. Chính vì vậy ta nói nhiệt năng có quan hệ rất chặt chẽ với nhiệt độ.
Khi nhiệt độ càng cao thì các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh nên nhiệt năng sẽ càng lớn.
Có mấy cách làm thay đổi nhiệt năng của vật
Để làm thay đổi nhiệt năng có hai cách: làm tăng nhiệt độ của vật bằng cách thực hiện công và truyền nhiệt.
Thực hiện công
Ta dùng hai tay để xoa vào nhau. Để ý thấy hai bàn tay chuyển đọng càng nhanh thì nhiêt độ ở tay cũng nóng nhanh hơn. T thấy được nhiệt năng ở tay đã tăng lên. Bản chất bên trong là các phân tử đã chuyển động nhanh hơn, và bàn tay cùng không còn nóng lên nếu ta dừng lại.
Hay để làm một đồng xu nóng lên ta có thể dùng lực tác động và đồng xu để thực hiện công bằng cách cọ xát đồng xu vào bề mặt cứng nào đó. Chắc chắn nhiệt độ của nó sẽ nóng dần lên và nhiệt năng tăng. Đa số dùng cách này với các vật thì đêif khiến vật tăng nhiệt năng.
Quay về ngày xưa thời trung cổ ông cha ta dùng que và rơm khô để tạo lửa. Đây chính là hoạt động thực hiện công, cọ xát que với rơm khô làm các phân tử chuyển động nhanh hơn, nóng dần lên từ đó có thể tạo ra nhiệt độ cao và lửa.
Thực hiện công là dùng lực tác động lên vật để có thể làm tăng nhiệt năng của vật.
Truyền nhiệt
Truyền nhiệt là hiện tượng dễ thấy trong đời sống. Đơn giản khi ta cho tay vào ly nước nóng cũng bị nhiệt độ nóng của nước làm cho tay bị bỏng hay bỏng tay.
Tương tự bỏ một vật như đồng xu vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của đồng xu cũng tăng lên, vì thể nhiệt năng tăng: nước nóng đã truyền nhiệt độ sang cho đồng xu.
Quá trình truyền nhiêt chỉ xảy ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau. Và nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
Để thay đổi nhiệt năng của vật chính là truyền nhiệt sang. Có một số hình thức truyền nhiệt khác nhau như: phơi vật dưới ánh nắng mặt trời, hơ vật trên ngọn lửa, thả vật vào nước nóng,…
Các đại lượng liên quan tới nhiệt năng là gì?
Nhiệt lượng là gì?
Một phần liên quan trực tiếp đến nhiệt năng là nhiệt lượng. Nhiệt lượng là phần nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt của vật.
Kí hiệu của nhiệt là Q, đơn vị của nhiệt lượng là Jun (J).
Công thức tính nhiệt lượng
Công thức để tính được nhiệt lượng là: Q = m . c . ∆t
Trong đó:
- m: là khối lượng của vật (kg)
- c: là nhiệt dung riêng của chất làm nên vật (J/kg.K)
- Δt: là độ tăng nhiệt độ của vật (°C hoặc °K)
- Δt = t2 – t1 với t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối cùng.
- Q: là nhiệt lượng thu vào của vật (J).
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng là tổng nhiệt năng cần có để làm tăng nhiệt độ của một vật trên mỗi đơn vị khối lượng. Nhiệt rung riêng của một chất liệu là một đặc tính vật lý.
Nó cùng là một ví dụ về đặc tính mở rộng vì giá trị của nó tỷ lệ với kích thước của hệ thống đưa vào thử nghiệm.
Ứng dụng của nhiệt năng trong đời sống
Nhiệt năng được ứng dụng khá nhiều trong đời sống chúng ta:
Trong đời sống sinh hoạt
Trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày ở các hộ gia đình, nhiệt năng được sử dụng trong nhiều thiết bị để phục vụ nhiều nhu cầu sinh hoạt khác nhau. Những dụng cụ mà ta dễ dàng bắt gặp như: nồi cơm điện, lò nướng, bếp điện, bếp gas để đun nấu thức ăn; bình đun nước bằng điện, gas, năng lượng mặt trời để cấp nước nóng cho sinh hoạt; lò sưởi, điều hòa để sưởi ấm; tủ lạnh, tủ đông để bảo quản thực phẩm…
Những ứng dụng này luôn hình thành quá trình chuyển hóa giữa điện năng, cơ năng thành nhiệt năng. Những hiểu biết về nhiệt năng sẽ giúp các bạn hiểu được cách vận hành của những thiết bị trên cũng như cách sử dụng hiệu quả.
Ví dụ cụ thể trong việc lắp đặt máy điều hòa: nếu vị trí dàn nóng không được lắp đặt hợp lý có thể dẫn tới việc nhiệt không thoát được ra ngoài, làm tăng nhiệt độ và áp suất bị ngưng tụ khiến máy không hoạt động hết công suất mà còn tốn nhiều điện.
Còn rất nhiều ứng dụng và ví dụ khác trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày cần tới nhiệt năng. Nhiều loại dụng cụ thiết bị sinh hoạt áp dụng nhiệt năng để hoạt động. Những hiểu biết về nó sẽ giúp chúng ta sử dụng các thiết bị sinh hoạt an toàn và hiệu quả hơn.
Trong công nghiệp
Hiện nay, tái sử dụng nhiệt năng là phương pháp được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. Các nhà máy nhiệt điện, xi măng, luyện kim, hóa chất, dệt, nhuộm, chế biến thực phẩm, ép nhựa… đều sử dụng các lò đốt bằng than, gas, dầu hoặc điện để tăng nhiệt độ trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, trong tổng số nhiên liệu bị đốt cháy thì chỉ có một phần nhỏ có giá trị hữu ích.
Phần nhiệt năng tỏa ra để góp phần trong quá trình tạo ra nhiệt độ cao chỉ chiếm 5% đến 30%. Phần nhiệt năng còn lại hầu hết đi theo nước thải, khí thải hoặc nước làm nguội máy… đi ra ngoài môi trường gây lãng phí tài nguyên và làm trái đất nóng lên.
Vì vậy, người ta phải áp dụng các thiết bị thu hồi nhiệt hiện đại để tận dụng hết phần nhiệt năng thải ra và đưa lại quá trình sản xuất. Những biện pháp tái sử dụng nhiệt năng được áp dụng tại các nước công nghiệp đã tạo nên cuộc cách mạng về kỹ thuật nhiệt đáng chú ý.
Nhiệt năng là dạng năng lượng vô cùng quan trọng và cần thiết trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày cũng như nền công nghiệp sản xuất. Hy vọng qua bài viết của Thiết Bị Điện Goldsun sẽ giúp ích cho quý bạn đọc.
