Nhiệt năng được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hiện nay và có quan hệ mật thiết với nhiệt độ. Tuy nhiên đây vẫn còn là khái niệm khá mơ hồ với nhiều người. Để giúp bạn hiểu rõ nhiệt năng là gì? Ứng dụng thực tiễn của nhiệt năng? Hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây của Vietchem nhé!

1. Nhiệt năng là gì?

Nhiệt năng là tập hợp các động năng của các phân tử chuyển động hỗn loạn cấu tạo nên một vật. Các chuyển động này gồm chuyển động quay của những phân tử quanh khối tâm, chuyển động của khối tâm phân tử và dao động của các hạt cấu tạo lấy hạt nhân nguyên tử làm tâm. Vì thế nhiệt năng sẽ phụ thuộc vào động năng.

Mặt khác, nhiệt năng và nhiệt độ có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Khi nhiệt độ của vật càng cao, nhiệt năng của vật càng lớn và các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh. Do đó nhiệt năng còn gọi là năng lượng nhiệt.

Đơn vị đo nhiệt năng có ký hiệu J (jun)

Hình 1: Nhiệt năng và nhiệt độ có mối liên hệ tương quan

Ví dụ về nhiệt năng:

• Mặt trời: là nguồn năng lượng tự nhiên rất quan trọng đối với sự tồn tại của các sinh vật sống trên trái đất. Dạng nhiệt năng này còn được gọi là quang năng.
• Trong ngọn lửa: cháy là hiện tượng giải phóng năng lượng khi các liên kết bị phá vỡ. Đây cũng là một sự giải phóng nhiệt năng.
• Đốt nhiên liệu: nhiệt năng sinh ra từ việc đốt cháy nhiên liệu. Trong đó nhiên liệu là những chất dễ cháy và cung cấp năng lượng như: than củi, xăng, gỗ, dầu hỏa…

2. Các đại lượng liên quan tới nhiệt năng

2.1. Nhiệt lượng

Nhiệt lượng là quá trình truyền nhiệt từ đối tượng này sang đối tượng khác của một vật chất chuyển hóa nhiệt năng.

Ký hiệu của nhiệt lượng là Q, đơn vị tính là J (jun). Theo đó cứ 1kJ = 1000J

Công thức tính của nhiệt lượng: Q = m.c. Δt

Trong đó:

• Q: nhiệt lượng, đơn vị J
• m: khối lượng của vật, đơn vị kg
• c: nhiệt dung của vật, đơn vị J/kg.K
• Δt: độ tăng giảm nhiệt độ của vật (biến thiên nhiệt độ), đơn vị 0C hoặc 0K
• Δt = t2 - t1 (t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 là nhiệt độ cuối cùng)
• Δt > 0 thì vật tỏa nhiệt, Δt < 0 thì vật thu nhiệt

2.2. Nhiệt dung riêng

Tính trên mỗi đơn vị khối lượng, nhiệt dung riêng là tổng nhiệt năng cần có để làm tăng nhiệt độ của một vật. Theo đó nhiệt dung riêng của một chất liệu được xem là một đặc tính vật lý.

Giá trị của nhiệt dung riêng tỷ lệ với kích thước khi đưa vào hệ thống thử nghiệm.

Đơn vị đo của nhiệt dung riêng là J/kg.K đối với hệ đo lường SI

Hình 2: Nhiệt dung riêng là tổng lượng nhiệt làm thay đổi nhiệt độ của vật

3. Cách thay đổi nhiệt năng của một vật

Hiểu rõ nhiệt năng là gì sẽ giúp bạn biết cách làm thay đổi nhiệt năng của môt vật khá đơn giản. Cụ thể:

3.1. Thực hiện công

Vào mùa đông nếu xoa hai bàn tay vào nhau sẽ thấy tình trạng tay ấm dần lên. Tức là càng xoa nhanh thì tốc độ ấm của tay càng nhanh, điều này chứng to nhiệt năng của tay đã thay đổi theo chiều hướng tăng.

Nguyên nhân là vì các phân tử, hạt cấu trúc trong tay chúng ta dao động và chuyển động nhanh hơn khiến nhiệt năng tăng. Dĩ nhiên nếu ngừng xoa tay thì nhiệt độ sẽ tự động hạ xuống.

Hoặc từ thời xa xưa, con người đã biết củi để tạo lửa với đá. Đây là hành động thực hiện công bằng việc cọ xát giữa củi khô với đá để khiến các phân tử chuyển động nhanh hơn, sau đó nóng dần tạo ra nhiệt độ cao và hình thành lửa.

Điều này cho thấy đa số các hành động cọ xát của vật chất đều khiến nhiệt năng của vật đó tăng lên.

Hình 3: Sự cọ xát giữa đá và củi khô sinh ra lửa là nhiệt năng

3.2. Truyền nhiệt

Truyền nhiệt cũng là một cách làm thay đổi nhiệt năng thường gặp trong cuộc sống. Đơn giản chỉ cần đưa tay vào ly trà nóng cũng bị nhiệt độ nóng của nước làm bỏng tay.

Tương tự đốt nóng miếng đồng trên ngọn lửa hoặc thả miếng đồng vào ly nước nóng. Lúc này nước nóng đã truyền nhiệt sang đồng xu khiến nhiệt độ đồng xu cũng tăng lên.

Lưu ý: quá trình truyền nhiệt chỉ diễn ra khi hai vật có nhiệt độ khác nhau. Đồng thời nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp.

4. Ứng dụng của nhiệt năng trong đời sống

Trong các hoạt động sống của con người hiện nay không thể thiếu yếu tố năng lượng. Nguồn năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng như:

• Cơ năng: năng lượng của các chuyển động cơ học gồm thế năng và động năng.
• Điện năng: năng lượng của các điện tử tự do với dòng chuyển động có hướng.
• Quang năng: năng lượng quang học như ánh sáng mặt trời
• Hóa năng: năng lượng sinh ra từ các phản ứng hóa học

Hình 4: Máy sấy tóc hoạt động dựa trên nguyên lý của nhiệt năng

Tuy nhiên trong đó nhiệt năng vẫn là nguồn năng lượng được ứng dụng rộng rãi nhất. Ví dụ như:

• Máy sấy quần áo, máy sấy tóc, điều hòa, quạt hơi nước…
• Các thiết bị nấu ăn: bếp điện, bếp từ, lò vi sóng, nồi cơm điện, nồi chiên không dầu…
• Thiết bị pha chế cà phê: máy pha cà phê, bình đun siêu tốc…
• Bảo quản thực phẩm: máy làm lạnh, máy làm đông, máy hút ẩm, máy sấy khô thực phẩm…

Trên đây là những thông tin do Vietchem tổng hợp và chia sẻ để giúp bạn tìm ra lời giải đáp nhiệt năng là gì. Mong rằng bài viết này thực sự hữu ích và giúp bạn nắm vững lý thuyết để ứng dụng vào cuộc sống.