Nhiệt Năng Là Một Dạng Năng Lượng? Khái Niệm Và Công Thức Chi Tiết

Nhiệt năng là một dạng năng lượng quen thuộc trong đời sống và học tập, đặc biệt trong chương trình Vật lý THCS – THPT. Tuy nhiên, không ít học sinh vẫn nhầm lẫn giữa nhiệt năng với nhiệt lượng hoặc chưa hiểu rõ bản chất của nó. Bài viết dưới đây trung tâm gia sư The TutorX sẽ giúp bạn nắm chắc khái niệm, bản chất, công thức và cách vận dụng nhiệt năng một cách dễ nhớ, dễ hiểu.

Vì sao nói nhiệt năng là một dạng năng lượng?

Trong Vật lý, năng lượng được hiểu là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công hoặc truyền nhiệt của vật. Mọi vật chất đều được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử và các hạt này luôn chuyển động không ngừng.

Nhiệt năng chính là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật do chuyển động nhiệt. Khi các phân tử chuyển động càng nhanh thì động năng của chúng càng lớn, đồng nghĩa với việc nhiệt năng của vật càng cao.

Chính vì:

• Nhiệt năng có thể truyền từ vật này sang vật khác
• Nhiệt năng có thể làm biến đổi trạng thái hoặc nhiệt độ của vật
• Nhiệt năng có thể chuyển hóa sang các dạng năng lượng khác

Nên có thể khẳng định: nhiệt năng là một dạng năng lượng đúng theo bản chất vật lý.

Ví dụ thực tế:

• Khi đun nước, nhiệt từ bếp truyền sang nước làm nước nóng lên
• Khi xoa hai bàn tay vào nhau, tay ấm lên do ma sát
• Kim loại để ngoài nắng nóng lên nhanh hơn không khí xung quanh

Tất cả đều là biểu hiện của nhiệt năng.

Nhiệt năng phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Nhiệt năng của một vật không phải là đại lượng cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Cụ thể:

Phụ thuộc vào nhiệt độ

Nhiệt độ càng cao thì các phân tử chuyển động càng nhanh, động năng càng lớn, dẫn đến nhiệt năng tăng. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm thì nhiệt năng cũng giảm.

Ví dụ: Một cốc nước ở 80°C chắc chắn có nhiệt năng lớn hơn cốc nước ở 30°C (nếu cùng khối lượng).

Phụ thuộc vào khối lượng

Khối lượng càng lớn thì số lượng phân tử càng nhiều, tổng động năng của các phân tử cũng lớn hơn, nên nhiệt năng lớn hơn.

Ví dụ: Một nồi nước sôi có nhiệt năng lớn hơn một cốc nước sôi dù cùng nhiệt độ.

Phụ thuộc vào chất cấu tạo

Mỗi chất có nhiệt dung riêng khác nhau, tức là khả năng thu và tỏa nhiệt khác nhau. Vì vậy, với cùng khối lượng và nhiệt độ, nhiệt năng của các chất khác nhau là không giống nhau.

Ví dụ: Nước giữ nhiệt lâu hơn kim loại vì có nhiệt dung riêng lớn.

>>> Xem thêm: Dịch vụ gia sư lý lớp 7 chất lượng

Công thức tính nhiệt năng

Trong Vật lý phổ thông, khi xét sự thay đổi nhiệt năng do truyền nhiệt, ta sử dụng công thức:

Q=m⋅c⋅Δt

Trong đó:

• Q: Nhiệt lượng (J) – chính là độ thay đổi nhiệt năng
• m: Khối lượng của vật (kg)
• c: Nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)
• Δt: Độ thay đổi nhiệt độ (°C hoặc K)

Lưu ý quan trọng:

• Vật thu nhiệt → nhiệt năng tăng →  Q>0
• Vật tỏa nhiệt → nhiệt năng giảm → Q<0

Cách làm thay đổi nhiệt năng của vật

Có hai cách cơ bản để làm thay đổi nhiệt năng của một vật:

Thực hiện công

Khi có lực tác dụng làm vật chuyển động hoặc bị biến dạng, một phần cơ năng sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng.

Ví dụ:

• Dùng tay cọ xát hai vật với nhau
• Búa đập vào đinh làm đinh nóng lên
• Phanh xe làm bánh xe nóng lên

Trong các trường hợp này, nhiệt năng tăng lên không phải do truyền nhiệt, mà do thực hiện công.

Truyền nhiệt

Truyền nhiệt là quá trình nhiệt năng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp cho đến khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt.

Ví dụ:

• Đun nước bằng bếp
• Cho thìa kim loại vào cốc nước nóng
• Mặt trời làm Trái Đất ấm lên

Đây là cách thay đổi nhiệt năng phổ biến nhất trong đời sống.

>>> Xem thêm: Địa chỉ gia sư giỏi uy tín cho mọi cấp học

Bài tập vận dụng về nhiệt năng

Bài tập

Một khối sắt có khối lượng 1,5 kg được nung nóng từ 25°C lên 75°C.
Biết nhiệt dung riêng của sắt là  c=460J/kg.K. Tính nhiệt năng mà khối sắt thu vào.

Hướng dẫn giải

Bước 1: Xác định dữ kiện

m=1,5kg

c=460J/kg.K

Δt=75−25=50°C

Bước 2: Áp dụng công thức

Q=1,5⋅460⋅50=34500J

Khối sắt đã thu vào 34.500 J nhiệt năng.

Có thể thấy, nhiệt năng là một dạng năng lượng tồn tại trong mọi vật và gắn liền với chuyển động không ngừng của các phân tử. Việc hiểu rõ bản chất, các yếu tố ảnh hưởng, cách làm thay đổi nhiệt năng cũng như công thức tính sẽ giúp người học dễ dàng tiếp cận và vận dụng kiến thức vào bài tập cũng như các hiện tượng thực tế.

>>> Xem thêm: Nam châm cùng cực hút hay đẩy?