Nhiệt năng là một dạng năng lượng được hình thành từ sự chuyển động của các hạt trong một vật chất, cũng như sự chuyển động của các phân tử và nguyên tử. Nhiệt năng có thể được tìm thấy ở tất cả các vật chất và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, công nghiệp, từ việc tạo ra năng lượng để làm động cơ hoạt động đến việc sưởi ấm nhà cửa và làm nóng nước trong gia đình. Để hiểu rõ hơn, bài viết dưới đây chúng tôi sẽ phân tích chi tiết.
Nhiệt năng là gì?
Nhiệt năng được định nghĩa là tổng năng lượng của tất cả các động năng do các hạt cấu tạo thành vật chất di chuyển tạo ra. Các động năng này bao gồm chuyển động của khối trung tâm phân tử, dao động của các hạt cấu tạo quanh hạt nhân của nguyên tử và chuyển động quay của các phân tử quanh khối trung tâm. Tổng số động năng do các chuyển động này gây ra được gọi là nhiệt năng.
Đơn vị đo của nhiệt năng là Jun. Theo các nghiên cứu chung, nhiệt năng phụ thuộc vào động năng. Ngoài ra, nhiệt năng và nhiệt độ có liên quan mật thiết và chặt chẽ. Cụ thể, khi một vật có nhiệt độ cao, các hạt phân tử cấu tạo vật chất đó di chuyển nhanh hơn, tạo ra nhiệt năng lớn hơn. Do đó, nhiệt năng còn được gọi là năng lượng nhiệt.
Để hiểu rõ hơn về nhiệt năng, dưới đây là ví dụ cụ thể: Khi ta xoa hai bàn tay vào nhau liên tục và nhanh, một thời gian sau ta thấy hai bàn tay nóng lên. Hiện tượng này cho thấy cơ năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng. Chú ý rằng khi hai bàn tay chuyển động nhanh hơn, nhiệt độ ở tay cũng nóng nhanh hơn. Do đó, ta có thể thấy rằng nhiệt năng ở tay đã tăng lên. Bản chất bên trong là các phân tử đã chuyển động nhanh hơn, và nếu ta dừng lại thì bàn tay sẽ không còn nóng lên.
Cách làm thay đổi nhiệt năng
Để làm thay đổi nhiệt năng đơn giản nhất là làm tăng nhiệt độ của vật bằng cách truyền nhiệt hoặc thực hiện công, cụ thể dưới đây:
- Truyền nhiệt
Truyền nhiệt là một hiện tượng vật lý rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. 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. Hoặc chỉ cần đưa tay gần lò sưởi hoặc bếp lửa, ta sẽ cảm thấy ấm hơn.
Tương tự, khi cho một đồng xu vào một chén nước nóng, nhiệt từ nước nóng sẽ truyền sang cho đồng xu, khiến nhiệt năng của đồng xu tăng lên. Theo đó, có thể thấy, quá trình truyền nhiệt 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.
Tóm lại, để thay đổi nhiệt năng của vật cần truyền nhiệt sang. Ngoài các hình thức trên thì ta có thể truyền nhiệt qua nhiều cách khác như để vật dưới ánh nắng, đặt trên ngọn lửa hoặc cho vào nước sôi
- Thực hiện công
Hiểu đơn giản nhất, thực hiện công là sử dụng lực tác động để tăng nhiệt năng của vật. Cụ thể, dùng hai tay xoa vào nhau để cảm nhận được sự chuyển động nhanh chóng của hai bàn tay và điều này cũng làm tăng nhiệt độ nhanh hơn. Khi nhiệt năng trong bàn tay tăng lên các phân tử bên trong đã chuyển động nhanh hơn. Nếu dừng lại, bàn tay sẽ không còn nóng lên.
Một ví dụ khác, để làm nóng một đồng xu, ta có thể cọ xát nó với một bề mặt cứng bằng lực tác động. Khi độ ma sát tăng, nhiệt độ của đồng xu sẽ tăng và nhiệt năng sẽ tăng lên. Điển hình nhất, trong thời Trung Cổ, con người đã sử dụng que và rơm khô để tạo lửa. Việc cọ xát que và rơm khô sẽ làm tăng tốc độ chuyển động của các phân tử, nóng dần lên và tạo ra nhiệt độ cao cùng với lửa.
Các đại lượng liên quan đến nhiệt năng
Nhiệt lượng
Nhiệt lượng là phần nhiệt năng của một vật chất chuyển hóa khi xuất hiện quá trình truyền nhiệt từ đối tượng này sang đối tượng khác và ngược lại. Hiểu đơn giản nhất, nhiệt lượng là phần nhiệt năng vật nhận thêm hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt của vật.
Công thức tính nhiệt lượng:
Q = m . c . ∆t
Trong đó:
- Q: Nhiệt lượng (J)
- m: Khối lượng của vật (kg)
- c: Nhiệt dung của vật (J/kg.K)
- ∆t : Độ tăng hay giảm nhiệt độ của vật hay còn gọi là biến thiên nhiệt độ. ∆t = t2 – t1. ∆t > 0 thì vật toả nhiệt, ∆t < 0 thì vật thu nhiệt.
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng của một chất là lượng nhiệt cần để tăng nhiệt độ của một vật trên mỗi đơn vị khối lượng. Đây là một đặc tính vật lý và cũng là một ví dụ về đặc tính mở rộng vì giá trị của nó tỉ lệ với kích thước của hệ thống được thử nghiệm. Đơn vị trong hệ thống đo lường quốc tế SI của nhiệt dung riêng là J/kg.K.
Ứng dụng của nhiệt năng
Trong đời sống hàng ngày và trong công nghiệp sản xuất, nhiệt năng được ứng dụng khá rộng rãi và phổ biến. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:
- Trong sử dụng các thiết bị gia dụng như nồi cơm điện, ấm siêu tốc nhiệt năng được dùng để nấu chín cơm và đun sôi nước.
- Được dùng để đun nấu thức ăn bằng bếp gas, bếp điện, lò nướng…
- Để sấy tóc, sấy quần áo nhờ máy sấy tóc, máy sấy quần áo.
- Được dùng trong quạt hơi nước, điều hòa để làm mát không khí.
- Trong bảo quản thực phẩm như tủ lạnh, tủ động, máy hút đảm…
- Một số thiết bị sưởi ấm trong mùa đông như máy sưởi, bình nóng lạnh…
- Được sử dụng để sản xuất nước nóng trong gia đình, khách sạn, bệnh viện…
- Trong công nghiệp các nhà máy nhiệt điện, xi măng, luyện kim, hóa chất, dệt, nhuộm, chế biến thực phẩm… đều sử dụng các lò đốt bằng than, gas, dầu hoặc điện để tăng nhiệt độ trong quá trình sản xuất.
Kết luận
Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn đọc những thông tin hữu ích để giải đáp cho câu hỏi nhiệt năng là gì và ứng dụng của nhiệt năng. Nhìn chúng, có thể thấy nhiệt năng là một dạng năng lượng vô cùng quan trọng và không thể thiếu trong đời sống hàng ngày và công nghiệp sản xuất.