B.1 · Truyền nhiệt

Tài liệu này bao gồm các chủ đề SL đã chọn cho khóa học lần đầu 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 một mức tăng năng lượng 4000 J

• Một mẫu vật 0.40 kg có nhiệt dung riêng 2000 J/(kg·°C) được làm nóng thêm 5 độ.
• Tính mức tăng năng lượng. Nền nhiệt độ vẫn có thể truyền năng lượng.

Viết từ một nhiệt độ cuối cùng 30 độ

• Một khối vật nặng 2.0 kg ở nhiệt độ 20 °C hấp thụ 8,000 J; nhiệt dung riêng của nó là 400 J/(kg·°C).
• Mức tăng nhiệt độ là 8,000 ÷ (2.0 × 400) = 10 °C, do đó nhiệt độ cuối cùng là 30 °C.

Viết từ một giá trị đọc tại vùng ngang

• Một chất đang nóng chảy nhận năng lượng ổn định trong khi nhiệt độ giữ nguyên.
• Năng lượng này dùng để phá vỡ liên kết chứ không làm tăng động năng trung bình của hạt — vùng ngang chính là năng lượng được lưu trữ, chưa bao giờ là năng lượng bị lãng phí.