tiểu luận môn học nhiệt tìm hiểu các khái niệm nhiệt độ và các loại nhiệt giai

Vậy, Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của một vật, đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật đó.. Phần năng lượng của chuyển động hỗn loạn của các phân tử của vật nóng hơ

LỚP CN LÝ 2B

Môn: NHIỆT HỌC

Bài tiểu luận

TÌM HIỂU VỀ KHÁI NIỆM NHIỆT ĐỘ VÀ CÁC LOẠI NHIỆT GIAI

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2011

MỤC LỤC

GVHD: Lương Hạnh Hoa

Nhóm 1:

Nguyễn Thị Phượng Trương Hòa Bảo Trâm Đỗ Thị Diễm Trang Đỗ Thị Lan Phương Nguyễn Khánh Trình Nguyễn Thị Truyện

MỤC LỤC 1

A MỞ ĐẦU 2

I Lý do chọn đề tài: 2

II Mục đích nghiên cứu: 4

III Đối ượng nghiên cứu: 4

IV Tài liệu tham khảo: 4

B Nội dung; 5

I NHIỆT ĐỘ 5

1 Theo quan điểm vĩ mô: 5

2 Theo quan điểm vi mô: 6

II NHIỆT GIAI 8

1 Các loại nhiệt giai 8

2 BẢNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÁC LOẠI NHIỆT GIAI 13

A MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài:

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta bắt gặp các hiện tượng như mùa hè nóng hơn mùa đông, nhiệt độ trong nhà thấp hơn ngoài trời nắng,…

Xét một vài ví dụ cụ thể : ta lấy một chiếc thìa nhôm hơ nóng trên ngọn lửa sau đó đem

bỏ vào ly nước lạnh, sau một thời gian ta nhận thấy thìa nhôm nguội dần còn nước ở trong

ly thì bị nóng lên Vậy thì điều gì đã xảy ra với cái thìa và cốc nước ? Tại sao cái thìa nguội đi còn cốc nước thì lại bị nóng lên?

Nếu cơ học xét năng lượng của hệ và do các định luật Newton chi phối thì nhiệt động lực học xét nội năng của hệ và do một số định luật mới chi phối Để thêm hương vị cho vấn đề ta dùng lại vài từ “cơ học” như : lực , động năng , gia tốc, thế năng, … và vài từ

“nhiệt động lực học” như : nhiệt độ, nhiệt lượng, nội năng Khái niệm trung tâm của nhiệt động lực học là nhiệt độ Chúng ta biết rằng, các tính chất của vật thông thường phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ của vật thay đổi thì bản chất của vật cũng thay đổi về độ dài, thể tích, khối lượng riêng,… Nếu các vật nhiệt độ khác nhau thì khi cho tiếp xúc sẽ biến đổi trạng thái hoặc phản ứng hóa học làm cho vật nóng lên, vật kia lạnh đi dẫn đến chúng có cùng nhiệt độ

Vậy nhiệt độ là gì ? Làm thế nào để xác định được nhiệt độ thực của vật?

II Mục đích nghiên cứu:

Tìm hiểu khái niệm nhiệt độ, nhiệt giai, các loại nhiệt giai và cách sử dụng các loại nhiệt giai thông dụng

III.Đối ượng nghiên cứu:

Khái niệm nhiệt độ, nhiệt giai, các loại nhiệt giai và cách sử dụng các loại nhiệt giai thông dụng

IV Tài liệu tham khảo:

• www.thuvienvatly.com

• www.wikipedia.org

B Nội dung;

I NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ là một trong những khái niệm cơ bản của vật lý phân tử và nhiệt học Sau đây ta sẽ tìm hiểu ý nghĩa vật lý của khái niệm này

1 Theo quan điểm vĩ mô:

Khái niệm nhiệt độ xuất phát từ cảm giác nóng lạnh, ấm … Nguời ta gọi là các trạng thái nhiệt Trong quá trình phát triển của khoa học, cảm giác về nhiệt độ độc lập với sự thay đổi của nó và đưa ra một đề tài vật lý để có thể đo được, đặc trưng cho trạng thái nhiệt đó là nhiệt độ

Nhiệt độ và nhiệt lượng đóng vai trò chủ yếu trong các hiện tượng thuộc lĩnh vực nhiệt học Sự thay đổi các đaị lượng này làm thay đổi trạng thái của vật Ban đầu người ta quan niệm nhiệt là “một chất lỏng không trọng lượng”, sau đó người ta chứng minh được rằng nhiệt là một dạng năng lượng “năng lượng nhiệt” Các quá trình xảy ra trong tự nhiên thông thường liên quan đến sự chuyển hoá năng lượng nhiệt Trên

cơ sở đó, loài người đã sử dụng phần lớn mức độ trao đổi năng lượng nhiệt vào việc nghiên cứu, úng dụng khoa học, kỹ thuật và công nghệ Nhiệt độ là khái niệm quen thuộc nhưng để hiểu rõ bản chất của nó là một vấn đề không đơn giản

Các hiện tượng mùa hè nóng hơn mùa đông, nhiệt độ trong nhà thấp hơn ngoài trời nắng….Đều liên quan trực tiếp đến vấn đề là nhiệt độ là nhiệt độ cao nóng hơn nhiệt độ thấp Như vậy, nhiệt độ gắn liền với cảm giác nóng lạnh của con người Nhưng cảm giác của con người về nhiệt độ là không chính xác, bởi vì nhiệt độ độc lập với các giác quan nhạy cảm của chúng ta

Ví dụ: Khi trời lạnh ta cầm một thanh sắt, cảm thấy lạnh còn khi ta cầm

một thanh gỗ thì cũng cảm thấy bình thường, nhưng ở đây nhiệt độ của thanh sắt và thanh gỗ là như nhau Ở đây, thanh sắt có độ dẫn nhiệt cao hơn thanh gỗ nên chúng ta cảm thấy thanh sắt lạnh hơn

Các tính chất của vật thông thường phụ thuộc vào nhiệt độ: khi nhiệt độ thay đổi thì có thể bản chất của vật cũng thay đổi theo

Vi dụ : độ dài, thể tích, mật độ, điện trở, chiết suất, … Nếu các vật có nhiệt độ khác nhau, khi đó sẽ sinh ra sự thay đổi trạng thái hoặc phản ứng hóa học làm cho vật nóng hơn thì lạnh đi và vật lạnh hơn thì nóng lên Kết quả là chúng sẽ có một nhiệt độ chung Ta nói rằng vật ở trạng thái cân bằng nhiệt độ Nhiệt độ có tính chất đặc biệt mà không đại lượng nào có ( như thời gian, khối lượng, trọng lượng…) đó là nhiệt độ không phải là đại lượng cộng tính

Ví dụ: 0,5 kg + 0,5 kg = 1 kg 0,2 m + 0,8 m = 1m nhưng một vật có nhiệt độ 300 K cộng với một vật có nhiệt độ 290K khác

Nhiệt độ là một trong bảy đại lượng chuẩn cơ bản của hệ SI Nó có thể tăng lên vô hạn nhưng không thể hạ thấp vô hạn.Giới hạn của nhiệt độ thấp được chọn là không độ của thang nhiệt giai Kevin được gọi là không độ tuyệt đối (0K) hay độ F là một thang nhiệt độ được đặt theo tên nhà vật lý người Đức

Vậy, Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của một vật, đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật đó.

2 Theo quan điểm vi mô:

Khi để hai vật tiếp xúc với nhau thì các phân tử của hai vật do chuyển động hỗn loạn, sẽ va chạm vào nhau và do đó có sự trao đổi năng lượng Vật mà động năng trung

bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong vật lớn hơn thì sẽ bị mất bớt năng lượng

Ta nói vật đó nóng hơn Vật mà đôïng năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong vật nhỏ hơn thì sẽ nhận thêm năng lượng Ta nói đó là vật lạnh hơn Phần năng lượng của chuyển động hỗn loạn của các phân tử của vật nóng hơn được truyền cho các phân tử của vật lạnh hơn được gọi là nhiệt lượng

Vậy khi để hai vật tiếp xúc với nhau thì có sự truyền năng lượng từ vật nóng hơn đến vật lạnh hơn Sự truyền nặng lượng này chỉ dừng lại khi hai vật cùng ở trạng thái cân bằng nhiệt, tức hai vật ở cùng mức nóng hay lạnh hay nói cách khác là có đôïng năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong mỗi vật bằng nhau

Vậy theo quan điểm động học phân tử (vi mô): Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vi mô của vật, thể hiện mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cẩu tạo nên vật đó.

Từ đó, người ta có thể chọn động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử trong mỗi vật làm thước đo nhiệt độ của vật đó

Ký hiệu nhiệt độ: với (1)

Từ (1)và(2), suy ra: , Trong đó: T: nhiệt độ tuyệt đối (K)

k=1,38 J/k

II NHIỆT GIAI

1 Các loại nhiệt giai

• FAHRENHEIT

Fahrenheit, hay độ F, là thang nhiệt độ được đặt tên theo nhà vật lí người Đức Daniel Gabriel Fahrenheit(1686-1736)

Năm 1714 ông xác định điểm chuẩn thứ 2 là nhiệt độ đóng băng của nước tinh khiết ( 32 F) và điểm chuẩn thứ 3 là thân nhiệt của một người khỏe mạnh ở 96 F

Theo các tiêu chuẩn hiện nay thì các điểm trên và dưới khó có thể tạo lại một cách thật sự chính xác được vì thế mà thang nhiệt độ này về sau đã được xác định lại theo

2 điểm chuẩn mới là nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ sôi của nước tức là ở 32 F và 212F theo đó thân nhiệt bình thường của con người là 98,6 F (37C ) chứ không phải 96F , 35,6 C như Fahrenheit đã xác định nữa

Thang nhiệt độ Fahrenheit được sử dụng khá lâu ở Châu Aâu, chho tới khi bị thay thế bởi thang nhiệt độ Celsius Thang nhiệt độ Fahrenheit ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số quốc gia nói tiếng Anh khác Thang nhiệt đo nàyä từng được sử dụng chủ yếu trong đo đạc thời tiết công nghiệp và y tế ở hầu hết các nước nói tiếng anh cho đến những năm 1960

• KELVIN

Trong hệ thống đo lường quốc tế Kelvin

là một đơn vị đo lường cơ bản cho nhiệt độ Nó

được kí hiệu bằng chữ K Mỗi độ K trong nhiệt

giai Kelvin (1 K) bằng 1 độ trong nhiệt giai C ( 1C ) và ) 0 C ứng với 273K thang nhiệt độ

này lấy theo tên nhà vật lý kĩ sư người Ireland William Thomson , nam tước Kelvin thứ nhất

Trong nhiệt giai Kelvin, nhiệt độ trong nhiệt giai Kelvin còn được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, do 0K ứng với nhiệt độ nhở nhất mà vật chất có thể đạt được Tại 0 K , trên lý thuyết mọi chuyển động nhiệt hỗn loạn đều ngừng Thực tế chưa quan sát được vật chất nào đạt đến chính xác 0K, chúng luôn có nhiệt độ cao hơn 0K một chút, tức là vẫn có chuyển động nhiệt hỗn loạn ở mức độ nhỏ Ngay cả của những trạng thái vật chất rất lạnh như ngưng tụ Bose-Einstein cũng có nhiệt độ lớn hơn 0K quan sát này phù hợp với nguyên lý bất định Heisenberg, nếu vật chất ở chính xác 0K, luôn tìm được hệ quy chiếu trong đó vận tốc chuyển động của chúng là 0 và vị trí không thay đổi, nghĩa là đo được chính xác cùng lúc vị trí và động lượng của hệ, vi phạm nguyên lý bất định

• RANKINE

Rankine thang nhiệt độ, nhiệt độ quy mô có một số không tuyệt đối, dưới đây là nhiệt độ không tồn tại và bằng cách sử dụng mức độ có cùng kích thước đang sư dụng bởi thang nhiệt độ F tuyệt đối không, hoặc không độ

R là nhiệt độ mà ở đó phân tử năng lượng là một toois thiểu và ó tương ứng với nhệt độ -459,67 độ F.Bởi vì mức độ RANKINE là kích thước tương tự như mức độ F , điểm đóng băng của nước(32độ F) và điểm sôi của nước (212 độ F) tương ứng với 491,6 độ R và 671,67 độ R, tươn g ứng Các thang nhiệt độ được đặt tên sau khi các kĩ sư người Scotland và nhà vật lý William John Macquom Rankine, người đề xuất năm 1859

• REAUMUR

Năm 1730, Rene Antoine Ferchault de Reaumur một nhà khoa học người Pháp đề xuất một quy mô mà phụ thuộc vào chỉ có một thiết bị đầu cuối , các điểm đóng băng của nước, được thực hiện như là số 0 Nhiệt kế đã được lấp đầy đến vạch số 0 với một giải pháp cua rượu và nước ở nhiệt độ của điểm đóng băng của nước Tỷ lệ của rượu với nước trong dung dịch đã được lựa chọn như vậy và nếu khối lượng của nó tại điểm đóng băng của nước là

1000, khối lượng của nó vào thời điểm sôi của giải pháp la 1080 Nhiệt độ này, điểm sôi của giải pháp là 80 độ trên qui mô Reaumur

Là một vấn đề thực tế, Reaumur của phương pháp hiệu chuẩn không khả thi, và trong thực hành bởi năm 1770 các nhà sản xuất nhạc cụ đã làm cho nhiệt kế thủy ngân bằng cách sử dụng hai điểm cuối ( 0 độ là các điểm đóng băng của nước và 80 độ là điểm sôi của nước) phân chia không gian giữa chúng thành 80 khoảng và gọi họ là độ Reaumur.Vì vậy, một trong những mức độ là 5/4 độ độ C, và nhiệt độ ở các mức độ Reaumur l2 80% nhiệt độ ở độ C

• ROMER

ROMER là một nhiệt độ quy mô đặt theo tên nhà thiên văn học Đan Mạch Christen Romer, người đề xuất trong năm 1701

Trong quy mô này, số không ban đầu đã được thiết lập bằng cách sử dụng nước muối lạnh Điểm sôi của nước định nghĩa là 60 độ Romer sau đó thấy rằng điểm đóng băng của nước giảm 1/8 của giá trị đó(7,5 độ) vì vậy ông đã sử dụng giá trị đó như là điểm cố định khác Vì các đơn vị vi mô này, 1Romer độ, 40/21sts của 1 Kelvin (hoặc 1 mức độ C) biểu tượng này đôi khi được độ

được ưa thích Cái tên không nhằm lẫn với Reaumu.Daniel Gabriel Fahrenheit đã học được của công việc Romer và đến thăm ông trong năm 1708, ông sẽ cải thiện trên quy mô, tăng số lượng của các đơn vị, là một yếu tố tám và cuối cùng thiết lập những gì bây giờ được coi là Fahrenheit quy mô, năm 1724

• DELISLE

Quy mô Deliste(oR)là một nhiệt độ quy mô phát minh năm 1732 bởi người thiên văn học người Pháp Joseph-Nicolas Delisle(1688-1768)

Ông đã được mời tới Nga của Peter Đại đế.Năm

1732, ông đã xây dựng một nhiệt kế thủy ngân là một chất lỏng làm việc.Delisle chọn quy mô của mình bằng cách sử dụng nhiệt độ của nước sôi như là điểm 0 cố định và đo sự

co lại của thủy ngân( vơi nhiệt độ thấp hơn trong Trăm – phần nghìn) Các C quy mô tương tự nhu vậy, ban đầu chạy từ số 0 cho nước sôi xuống đến 100 đối với nước đóng băngđiều bày đã được đảo ngược trật tự hiện đại của nó một thời gian sau khi ông chết, một phần các nổ lực vân động của Daniel Ekstrom, các nhà sản xuất của hầu hết các nhiệt kế được sử dụng bởi C

Các nhiệt kế Delisle thường có 2400 tốt nghiệp, phù hợp với mùa đông ở St Petersburg Năm 1738,Josias Weitbrecht(1702-1747) recalibrated nhiệt kế Delisle với 0độ là điểm sôi và 150 độ như là điểm đóng băng của nước Nhiệt kếDeliste vẫn sử dụng trong vòng 100 năm ở Nga

• NEWTON

Quy mô Newton là một nhiệt độ quy mô nghĩ ra bởi isaac Newton vào khoảng năm

1700 Aùp dụng tâm trí của mình cho vấn đề của nhiệt, ông xây dựng một thang đo nhiệt độ đầu tiên chất lượng, baao gồm khoảng 20 điểm tham chiếu khác nhau, từ “ không khí lạnh trong mùa đông” để “ thang phát sangs trong bếp lửa” cách tiếp cận này khá thô và có vấn đề, do đó Newton nhanh chóng trở nên không hài lòng với nó Ông biết rằng hầu hết các chất mở rộng khi đun nóng, vì vậy ông đã dùng một thùng chứa dầu hạt lanh và đo sự thay đổi khối lượng của nó so với các điểm tham chiếu của mình Ôâng phát hiện ra rằng khối lượng của dầu hạt lanh tăng 7,25 % khi nung nóng từ nhiệt độ tan chảy tuyết với nước sôi

Sau một lúc, ông định nghĩa “ bằng không nhiệt” như tuyết tan chảy và” 33 độï nhiệt “ như nước sôi Quy mô của ông là như vậy, một tiền chất của quy mô C, được xác định bởi cùng một tài liệu tham khảo nhiệt độ Thật vậy, nó là khả năng là C biết về quy mô Newton khi ông phát minh của mình Newton gọi là công cụ của mình là “ nhiệt kế”

• CELSIUS

Độ Celsius(oC hay độ C) là đơn vị đo nhiệt độ, được đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701-1744).Ông là người đầu tiên đềø

ra hệ thống đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100độ là nước đá đông và 0 độ là nước sôi ở khí áp tiêu biểu(standard atmosphere) vào năm 1742 Hai năm sau nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0 độ là nước đá đông và 100 độ là nước sôi Hệ thống này được gọi là hệ thống centigrade tức bách phân và danh từ này được dùng phổ biến cho đến nay mặc dù kể từ năm 1948, hệ thống nhiệt độ này đã chính thức vinh danh nhà khoa học Celsius, bằng cách đặt theo tên của ông

2 BẢNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÁC LOẠI NHIỆT GIAI

Các loại Kí hiệu- Nhiệt độ chuẩn Công thức Phạm vi

nhiệt giai đơn vị sử dụng

1.Celsius C- 1 C

C: nhiệt độ nước đá đang tan

100 C: nước đang sôi( 1atm)

Thông dụng

2.Farenhay F- 1 F

32 F: nhiệt độ nước đá đang tan

96 F: nhiệt độ cơ thể người

212 F; nhiệt độ nước đang sôi

t F=9/5t C+ 32

Ơû các nước My,õ Anh

3.Rêaumur R-1 R

R: nước đá tan

80 R: nước sôi

t R= 4/5t C Ơû Pháp ,

Ý

4.Kenvin K-1 K

TB= 273,15 K( nhiệt độ chuẩn, điểm ba của nước)

373 K: nhiệt độ nước sôi

T(K)=273+t C

Thuận tiện được chọn làm đơn vị các loại nhiệt giai ở thế giới và Việt nam

5.Newton T- 1 T 33N: nhiệt độ bay hơi

của nước 0N: nhiệt độ nóng chảy

T=1/3t C

của nước

6.Delisle 0 DE-

1DE

0 DE: nhiệt độ bay hơi của nước

150 DE: nhiệt độ nóng chảy của nước

T= (100-t)9/5

7.Rankine 0 R-1 R

491,67R: điểm đóng băng của nước

671,641R: nhiệt độ sôi của nước

T= 9/5t + 491,67R