Nhiệt Độ – Thang Nhiệt Độ – Nhiệt Kế
Khái niệm nhiệt độ, chiều truyền nhiệt năng, cân bằng nhiệt, thang Celsius – Kelvin, công thức chuyển đổi và nhiệt kế
▸ Thí nghiệm về sự truyền nhiệt năng
Đặt cốc nhôm đựng nước ở khoảng 30°C vào trong bình cách nhiệt đựng nước ở khoảng 60°C, dùng hai nhiệt kế theo dõi nhiệt độ.
| Đại lượng | Nước trong bình (60°C) | Nước trong cốc (30°C) |
|---|---|---|
| Nhiệt độ | Giảm dần | Tăng dần |
| Năng lượng | Giảm (truyền đi) | Tăng (nhận vào) |
Kết luận: Nước trong bình (nóng hơn) truyền năng lượng nhiệt cho nước trong cốc (lạnh hơn). Quá trình truyền nhiệt dừng lại khi nhiệt độ của chúng bằng nhau.
▸ Chiều truyền nhiệt năng
| Trường hợp | Chiều truyền nhiệt năng |
|---|---|
| Hai vật chênh lệch nhiệt độ tiếp xúc nhau | Nhiệt năng truyền từ vật nhiệt độ cao hơn sang vật nhiệt độ thấp hơn. |
| Hai vật có nhiệt độ bằng nhau tiếp xúc nhau | Không có sự truyền nhiệt năng giữa chúng. |
▸ Cân bằng nhiệt & ý nghĩa của nhiệt độ
Thang Celsius dựa trên hai mốc nhiệt độ của nước tinh khiết (ở áp suất tiêu chuẩn):
| Mốc | Nhiệt độ | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Mốc dưới | 0°C | Nhiệt độ đóng băng của nước |
| Mốc trên | 100°C | Nhiệt độ sôi của nước |
Khoảng giữa hai mốc được chia thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần là 1 độ Celsius (1°C). Vì vậy thang này ban đầu được gọi là thang bách phân.
- Nhiệt độ kí hiệu là t, đơn vị độ C (°C).
- Nhiệt độ cao hơn 0°C có giá trị dương; thấp hơn 0°C có giá trị âm.
| Mốc | Nhiệt độ | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Mốc dưới | 0 K | Độ không tuyệt đối |
| Mốc trên | 273,16 K | Nhiệt độ điểm ba của nước |
- Ở 0 K, động năng chuyển động nhiệt của các phân tử bằng 0; thế năng phân tử là tối thiểu.
- Giá trị trong thang Celsius: −273,15°C.
Nhiệt độ điểm ba của nước: là nhiệt độ mà nước tinh khiết tồn tại đồng thời ở cả ba thể (rắn, lỏng, hơi) trong cân bằng nhiệt ở áp suất tiêu chuẩn. Giá trị: 273,16 K = 0,01°C.
- Nhiệt độ kí hiệu là T, đơn vị Kelvin (K).
- Thang Kelvin còn gọi là thang nhiệt độ tuyệt đối, không có giá trị âm.
| Đặc điểm | Thang Celsius | Thang Kelvin |
|---|---|---|
| Kí hiệu | t | T |
| Đơn vị | °C | K |
| Mốc 0 | Nước đóng băng | Độ không tuyệt đối |
| Giá trị âm | Có | Không |
| Độ lớn 1 độ chia | 1°C | 1 K (bằng 1°C) |
| Ứng dụng | Đời sống hằng ngày | Khoa học, kỹ thuật |
Xét chênh lệch nhiệt độ giữa điểm đóng băng và điểm sôi của nước: thang Celsius là 100°C, thang Kelvin là 100 K.
Trong đó $T$ tính bằng Kelvin (K), $t$ tính bằng độ Celsius (°C). Trong tính toán đơn giản, có thể làm tròn 273,15 ≈ 273.
| Nhiệt độ | Celsius (°C) | Kelvin (K) |
|---|---|---|
| Độ không tuyệt đối | −273,15 | 0 |
| Nước đóng băng | 0 | 273,15 |
| Nhiệt độ phòng | 25 | 298,15 |
| Cơ thể người | 37 | 310,15 |
| Nước sôi | 100 | 373,15 |
▸ Mở rộng: Thang Fahrenheit (°F)
Dùng phổ biến ở Mỹ. Nước đóng băng ở 32°F, nước sôi ở 212°F.
Nhiệt kế được chế tạo dựa trên các tính chất vật lí phụ thuộc nhiệt độ của các chất, vật liệu, linh kiện điện – điện tử… Phổ biến nhất là sự nở vì nhiệt.
| Tính chất vật lí | Ví dụ nhiệt kế |
|---|---|
| Sự nở vì nhiệt của chất lỏng | Nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế rượu |
| Sự nở vì nhiệt của chất khí | Nhiệt kế khí |
| Sự nở vì nhiệt của kim loại | Nhiệt kế kim loại (lưỡng kim) |
| Điện trở của dây dẫn kim loại | Nhiệt kế điện trở |
| Bức xạ hồng ngoại | Nhiệt kế hồng ngoại |
▸ Một số nhiệt kế thông dụng
| Loại nhiệt kế | Phạm vi đo | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Nhiệt kế y tế | 35°C – 42°C | Đo nhiệt độ cơ thể người |
| Nhiệt kế rượu | −110°C – 78°C | Đo nhiệt độ môi trường |
| Nhiệt kế thủy ngân | −39°C – 357°C | Đo nhiệt độ trong phòng thí nghiệm |
| Nhiệt kế hồng ngoại | −50°C – 500°C | Đo nhiệt độ không tiếp xúc |
▸ Công thức cần nhớ
| Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|
| $T = t + 273{,}15$ | Đổi Celsius → Kelvin. |
| $t = T - 273{,}15$ | Đổi Kelvin → Celsius. |
| 1°C = 1 K | Độ lớn một độ chia bằng nhau → $\Delta t = \Delta T$. |
| $t(°F) = 1{,}8\,t(°C) + 32$ | Đổi Celsius → Fahrenheit (mở rộng). |
▸ Các mốc nhiệt độ quan trọng
| Sự kiện | Celsius (°C) | Kelvin (K) |
|---|---|---|
| Độ không tuyệt đối | −273 | 0 |
| Nước đóng băng | 0 | 273 |
| Cơ thể người | 37 | 310 |
| Nước sôi | 100 | 373 |
▸ Lỗi sai thường gặp
| ❌ Sai | ✅ Đúng |
|---|---|
| Nhiệt truyền từ vật nội năng lớn → nhỏ | Nhiệt truyền từ vật nhiệt độ cao → thấp |
| 1°C ≠ 1 K | 1°C = 1 K (độ lớn bằng nhau) |
| $T = t - 273$ | $T = t + 273$ (Kelvin luôn lớn hơn) |
| Thang Kelvin có giá trị âm | Thang Kelvin không có giá trị âm |
| Nhiệt kế thủy ngân đo được mọi nhiệt độ | Nhiệt kế có giới hạn phạm vi đo |
Sơ đồ tư duy, bảng tóm tắt công thức, các mẹo chuyển đổi nhanh và lỗi sai thường gặp.
Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát SGK nhé!
Cùng luyện Bài 3 – Nhiệt độ. Thang nhiệt độ. Nhiệt kế!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn