Như ta đã biết, nếu nội năng của hệ thay đổi thì nhiệt độ của hệ cũng thay đổi theo và ngược lại
7.1. Các cách làm thay đổi nhiệt độ và nội năng của hệ
- Trao đổi nhiệt lượng giữa hệ và ngoại vật (nhiệt lượng là phần năng lượng đã được truyền).
- Theo cơ học, sự thay đổi nhiệt độ và nội năng có thể thực hiện bằng công cơ học.
Ví dụ: để làm nóng khí lên, ta nén khí đột ngột, khí nhận một công cơ học ; để làm lạnh khí ta cho nó tự giãn, khí sản sinh ra một công cơ học. Vậy, nhờ thực hiện công cơ học, nhiệt độ T của hệ thay đổi, nội năng của hệ thay đổi theo. Trong nhiệt học, ta có thể làm cách khác hoặc là truyền cho hệ một nhiệt lượng, nhiệt độ T tăng, nội năng cũng tăng, hệ nhận nhiệt hoặc rút bớt một nhiệt lượng ở hệ, nhiệt độ T giảm, nội năng hệ giảm, hệ sinh ra nhiệt.
7.2. So sánh nhiệt và công
- Trong trường hợp trên, hệ hoặc một phần của hệ di chuyển coi như toàn bộ, nhận hoặc sản công, vật vĩ mô chuyển động định hướng.
- Trong trường hợp sau: do chuyển động nhiệt, các phân tử của hệ trao đổi một phần động năng trung bình cho các phân tử của hệ khác tiếp xúc với hệ: trao đổi nhiệt, hạt vi mô tương tác. Cả hai đều diễn đạt một hình thức truyền năng lượng.
+ Công: hình thức truyền năng lượng giữa các hạt vi mô gắn liền với chuyển định hướng của vật (xét toàn bộ). Dạng năng lượng có thể giữ nguyên hay biến đổi.
+ Nhiệt: hình thức truyền năng lượng xảy ra trực tiếp giữa các phân tử với nhau, khi va chạm nhau trong quá trình chuyển động nhiệt. Dạng năng lượng không bị biến đổi trong quá trình truyền.
Về phương diện định lượng thì công và nhiệt đều biểu thị số đo phần năng lượng được trao đổi. Căn cứ vào bản chất vật lý, hai đại lượng này phải được đo bằng cùng loại đơn vị. Với hệ SI, đơn vị ấy là Jun (J), trước đây vì chưa hiểu được bản chất hiện tượng nên người ta đưa ra thuyết “chất nhiệt” và quy ước đo nhiệt lượng bằng Calori (Cal). Calori là nhiệt lượng cần thiết để làm nóng 1g nước ở áp suất p = 760 mmHg từ 19,50C lên 20,50C.
+ Đương lượng nhiệt của công là I’ = 0,24 Cal/J + Đương lượng công của nhiệt là I = 4,18 J/Cal
7.3. So sánh giữa năng lượng với nhiệt và công
Ta biết rằng: năng lượng là đại lượng đặc trưng cho sự chuyển động hoặc tương tác của vật chất.
- Cơ năng đặc trưng cho chuyển động cơ học
- Nhiệt năng đặc trưng cho chuyển động hỗn loạn của các phân tử
- Điện năng đặc trưng cho chuyển động định hướng của các hạt mang điện - Thế năng hấp dẫn đặc trưng cho tương tác hấp dẫn giữa các vật thể - Thế năng điện trường đặc trưng cho tương tác giữa các hạt mang điện
Vậy thì nhiệt và công đâu phải là dạng năng lượng mà chỉ là phần năng lượng đã được trao đổi giữa các vật tương tác nhau.
Năng lượng luôn luôn tồn tại cùng vật chất. Ví dụ: nội năng và nhiệt năng của hệ.
Nói: “Nhiệt lượng chứa trong hệ” là sai lầm căn bản. Nếu trước đây và bây giờ theo thói quen mà nói: “biến nhiệt thành công” (hay ngược lại) thì không nên hiểu đó là biến đổi nhiệt năng ra cơ năng mà phải hiểu đây là chuyển hình thức trao đổi năng lượng từ hình thức nhiệt ra hình thức công.
Lấy ví dụ: Đun nóng khí để nó giản nở đẩy pittong di chuyển: đầu tiên ta truyền cho khí năng lượng dưới hình thức nhiệt, sau đó nội năng khí tăng lên, một phần nội năng biến đổi thành cơ năng cho pittong, một phần nhiệt năng cho thành bình và nắp (tỏa nhiệt).
Nhiệt biến thành công nhiệt năng hinhthucnhiet
nội năng
nội năng hinhthuccong
cơ năng
Chú ý:
- Không bao giờ có thể biến đổi trực tiếp nhiệt năng thành cơ năng.
- Ngược lại có thể biến đổi trực tiếp cơ năng thành nhiệt năng (cọ sát gây nóng).