Cân bằng nhiệt
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| heat/hiːt/ | nhiệt lượng |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | năng lượng nhiệt |
| thermal equilibrium/ˈθɜːml ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | cân bằng nhiệt |
| net flow/net fləʊ/ | dòng chảy ròng |
Một chiếc thìa trong súp nóng
- Cho một chiếc thìa lạnh vào súp nóng: thìa nóng lên, súp nguội đi — cho đến khi chúng cân bằng nhiệt.
- Năng lượng di chuyển từ vật nóng sang vật lạnh.
- Sự truyền đơn chiều này là ý tưởng cốt lõi về nhiệt độ.
Quá trình cân bằng nhiệt
Quan sát sự truyền năng lượng cho đến khi hai vật đạt cùng nhiệt độ.
Nhiệt truyền từ nóng sang lạnh
- Nhiệt (năng lượng nhiệt) truyền từ nhiệt độ cao hơn sang nhiệt độ thấp hơn.
- Nó tiếp tục truyền cho đến khi nhiệt độ bằng nhau.
Nhiệt (năng lượng nhiệt) tự nhiên chảy từ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Năng lượng luôn chảy xuống theo chênh lệch nhiệt độ, từ nóng sang lạnh, cho đến khi chúng bằng nhau.
Cân bằng nhiệt
- Khi hai vật đạt cùng nhiệt độ, chúng ở trạng thái cân bằng nhiệt.
- Lúc đó sẽ không có dòng chảy ròng năng lượng giữa chúng.
Máy ảnh nhiệt (hồng ngoại) biến nhiệt độ thành màu sắc: khoai tây chiên nóng phát sáng màu cam rực, còn đồ uống lạnh vẫn tối màu
Tại cân bằng nhiệt, không có dòng năng lượng ròng giữa hai vật.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nhiệt độ bằng nhau nghĩa là không có dòng ròng — các hạt vẫn trao đổi năng lượng, nhưng không có sự chuyển dịch tổng thể.
Hai vật处于 cân bằng nhiệt ở cùng ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nhiệt độ bằng nhau chính xác là điều kiện cho cân bằng nhiệt.
Nối mỗi thuật ngữ với định nghĩa mà người chấm bài đánh dấu.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Cân bằng nhiệt được định nghĩa bởi KHÔNG CÓ SỰ CHUYỂN DỊCH RÒNG, chứ không phải là không có sự chuyển dịch hoàn toàn. Năng lượng vẫn đi qua theo cả hai hướng; hai dòng này đơn giản khớp nhau.
Nhiệt độ không phải là năng lượng
- Nhiệt độ quyết định hướng truyền nhiệt — chứ không phải lượng năng lượng mà vật chứa.
- Một tia lửa nhỏ ở $1000\ °\text{C}$ chứa ít năng lượng hơn nhiều so với hồ bơi ấm áp.
Nhiệt độ cho bạn biết:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nhiệt độ quyết định hướng dòng nhiệt; lượng năng lượng cũng phụ thuộc vào khối lượng và vật liệu.
Một tia lửa nóng luôn chứa nhiều năng lượng nhiệt hơn một hồ bơi ấm áp.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Không — tia lửa có nhiệt độ cao hơn, nhưng hồ bơi khổng lồ chứa rất nhiều năng lượng nhiệt hơn về tổng thể.
Một xô nước ấm chứa nhiều nội năng hơn một chiếc đinh đỏ rực, vì vậy nó ở nhiệt độ cao hơn.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nhiệt độ không phải là năng lượng. Xô nước chứa rất nhiều nội năng hơn về tổng thể, nhưng năng lượng vẫn chảy từ đinh sang nước, đó là những gì nhiệt độ thực sự quyết định.
Cách diễn đạt theo dạng đề thi
- "Hai vật thể ở trạng thái cân bằng nhiệt thì có cùng nhiệt độ, nên không có sự truyền dẫn nhiệt ròng nào giữa chúng." Cả hai vế đều được điểm.
- Năng lượng vẫn truyền hai chiều giữa chúng — với tốc độ như nhau, nên dòng chảy ròng bằng không.
- Nhiệt kế hoạt động dựa trên việc đạt cân bằng nhiệt với vật nó chạm vào, do đó cần để đủ lâu để ổn định.
Hai vật处于 cân bằng nhiệt. Những phát biểu nào sau đây là đúng? Chọn tất cả các đáp án áp dụng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Cân bằng nghĩa là nhiệt độ bằng nhau và dòng ròng bằng không. Năng lượng vẫn truyền theo cả hai hướng với tốc độ bằng nhau, và hai vật có thể chứa rất nhiều năng lượng khác nhau.
Ví dụ minh họa: trộn nước nóng và nước lạnh
$0.20\ \text{kg}$ nước ở $80\ °\text{C}$ được đổ vào $0.50\ \text{kg}$ nước ở $20\ °\text{C}$ trong cốc cách nhiệt. Tìm nhiệt độ cuối cùng $T$. Lấy $c = 4200\ \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\,\text{K}}$.
- Năng lượng mất của nước nóng = năng lượng nhận được của nước lạnh, vì không có phần nào thoát ra ngoài.
- $0.20 \times 4200 \times (80 - T) = 0.50 \times 4200 \times (T - 20)$; $4200$ triệt tiêu.
- $16 - 0.20T = 0.50T - 10$, nên $0.70T = 26$ và $T = 37\ °\text{C}$.
- Kiểm tra: đáp số nằm giữa $20$ và $80$, và gần phía nước lạnh hơn vì lượng nước lạnh nhiều hơn. Viết mỗi $\Delta T$ dưới dạng số dương ở từng vế riêng biệt.
$0.30\ \text{kg}$ nước ở $90\ °\text{C}$ được trộn với $0.60\ \text{kg}$ nước ở $15\ °\text{C}$ trong bình cách nhiệt. Nhiệt độ cuối cùng là bao nhiêu, tính theo °C?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$0.30(90 - T) = 0.60(T - 15)$: $27 - 0.30T = 0.60T - 9$, nên $0.90T = 36$ và $T = 40\ °\text{C}$.
200 g nước ở 80°C được trộn với 300 g ở 20°C. Nhiệt độ cuối cùng là bao nhiêu, tính theo °C?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Năng lượng mất bằng năng lượng nhận: 200(80 - T) = 300(T - 20), nên T = 44°C. Nhiệt dung riêng triệt tiêu vì cả hai đều là nước.
Ví dụ minh họa: bình thủy tinh nhận phần của nó
Một máy gia nhiệt $810\ \text{W}$ làm nóng $120\ \text{g}$ chất lỏng trong bình thủy tinh $42\ \text{g}$ từ $25\ °\text{C}$ đến $80\ °\text{C}$ trong $21\ \text{s}$. Nhiệt dung riêng của thủy tinh là $0.84\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$. Tìm $c$ cho chất lỏng.
- Năng lượng cung cấp: $Q = Pt = 810 \times 21 = 17\,000\ \text{J}$.
- Năng lượng vào bình: $42 \times 0.84 \times 55 = 1940\ \text{J}$ — bình cũng nóng lên qua cùng $55\ \text{K}$.
- Năng lượng vào chất lỏng: $17\,010 - 1940 = 15\,070\ \text{J}$.
- Nhiệt dung riêng: $c = \dfrac{15\,070}{120 \times 55} = 2.3\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\,\text{K}}$.
- Kiểm tra: bình ở trạng thái cân bằng nhiệt với chất lỏng throughout, nên kết thúc ở cùng nhiệt độ và phải được tính. Bỏ sót nó sẽ cho $2.6$, vốn có vẻ hợp lý nhưng lại sai.
Nhiệt độ bằng nhau không đồng nghĩa với năng lượng bằng nhau: tia lửa nóng và hồ bơi ấm. Tại cân bằng, dòng chảy ròng bằng không, chứ không phải toàn bộ dòng chảy. Trong bất kỳ bài toán trộn nào, hãy đếm mọi vật thể có sự thay đổi nhiệt độ — bao gồm cả container — và sử dụng sự thay đổi nhiệt độ cùng đơn vị ở cả hai vế.
Bạn đã nắm vững
- nhiệt truyền từ nhiệt độ cao hơn sang thấp hơn
- cân bằng nhiệt: cùng nhiệt độ, không có sự truyền dẫn nhiệt ròng
- nhiệt độ xác định hướng truyền, chứ không lượng năng lượng; bài toán trộn: năng lượng mất = năng lượng nhận, bao gồm cả container