B.1 · Truyền nhiệt

Tài liệu này bao gồm các chủ đề HL được chọn cho khóa học đầu tiên được đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.

Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.

Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.

Giải thích hiện tượng này là gì?

• Hai vật có cùng khối lượng nhận được cùng một lượng năng lượng nhưng cho thấy độ tăng nhiệt độ khác nhau. Tính chất vật liệu quyết định cách thức thay đổi nhiệt độ khi truyền năng lượng.

Xây dựng mô hình

• Nhiệt dung riêng là năng lượng cần thiết để làm nóng khối lượng đơn vị lên một độ.
• Nhiệt ẩn riêng liên hệ năng lượng với sự thay đổi trạng thái mà không có biến thiên nhiệt độ cho quá trình lý tưởng hóa.
• Nhiệt dung riêng: Năng lượng trên mỗi đơn vị khối lượng ứng với mỗi độ tăng nhiệt độ.
• Nhiệt ẩn: Năng lượng đi kèm với sự thay đổi trạng thái của vật chất.

Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình

• Nhiệt độ liên quan đến chuyển động của các hạt trong mô hình; nội năng bao gồm cả đóng góp động năng và thế năng.
• Trong quá trình thay đổi trạng thái, năng lượng có thể làm thay đổi sắp xếp của các hạt thay vì làm tăng nhiệt độ.

Trong phòng thí nghiệm: Đo khối lượng, điện năng cung cấp và độ biến thiên nhiệt độ của một khối cách nhiệt. Đảm bảo cảm biến nhiệt độ tiếp xúc tốt, cho thời gian cân bằng nhiệt, và xem xét năng lượng truyền ra môi trường xung quanh.

Bắt đầu từ các đại lượng đã biết

• Đã biết: Khối 0.50 kg nhận 2,000 J và nóng lên 10 °C.
• Sử dụng công thức E = mcΔT.
• Sắp xếp lại ta được c = E/(mΔT). Thay số: c = 2,000/(0.50×10) = 400 J/kg·°C.
• Sự mất mát nhiệt sẽ khiến giá trị suy luận từ điện năng cung cấp bị cao hơn thực tế.

Đến lượt bạn: Một mẫu 2 kg với c=500 J/kg·°C nóng lên 3 °C. Tìm năng lượng nhận được.

Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó

• Một đoạn ngang của đồ thị gia nhiệt có thể biểu thị sự chuyển pha, chứ không phải sự vắng mặt của việc truyền nhiệt.
• Không được thay thế nhiệt độ tuyệt đối bằng hiệu nhiệt độ trong công thức E = mcΔT.

Không đúng: Đỉnh ngang (độ dẹt) trên đồ thị luôn có nghĩa là không có sự truyền nhiệt. Thực tế, đỉnh ngang trên đồ thị gia nhiệt đánh dấu sự chuyển pha, nơi năng lượng dùng để thay đổi sắp xếp các hạt dưới dạng nhiệt ẩn. Việc truyền nhiệt vẫn diễn ra; chỉ có nhiệt độ tạm dừng lại.

Tóm tắt:

• Nhiệt dung riêng là năng lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của khối lượng đơn vị thêm một độ.
• Nhiệt độ liên quan đến chuyển động của các hạt trong mô hình; nội năng bao gồm cả đóng góp động năng và thế năng.
• Lưu ý: Một đoạn ngang của đồ thị gia nhiệt có thể biểu thị sự chuyển pha, chứ không phải sự vắng mặt của việc truyền nhiệt.

Viết từ mức tăng năng lượng là 1800 J

• Một mẫu vật khối lượng 0.20 kg với nhiệt dung riêng 1500 J trên mỗi kilogram mỗi độ tăng nhiệt 6 độ.
• Tính mức tăng năng lượng. Nền nhiệt độ vẫn có thể truyền năng lượng.

Viết từ nhiệt độ cuối khi trộn

• 0.20 kg nước ở nhiệt độ 80 °C trộn với 0.20 kg nước ở nhiệt độ 20 °C (c = 4,200 J/kg·°C).
• Khối lượng bằng nhau, nhiệt dung riêng c giống nhau: nhiệt độ cuối cùng là trung bình, 50 °C — phần nóng mất đi 0.20 × 4,200 × 30 = 25,200 J, phần lạnh nhận được đúng lượng nhiệt đó.

Viết từ một bước ẩn trong quá trình chuyển pha

• Băng ở nhiệt độ 0 °C tan thành nước ở nhiệt độ 0 °C: nhiệt độ không thay đổi trong suốt quá trình này.
• Năng lượng vẫn đi vào hệ thống dưới dạng nhiệt ẩn để phá vỡ liên kết: đồ thị nhiệt độ có một đoạn nằm ngang biểu diễn sự hấp thụ năng lượng, chứ không phải nhiệt kế đang ngừng hoạt động.