Giải chi tiết KHTN 8 kết nối mới bài 26: Năng lượng nhiệt và nội năng

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Ngay từ lớp 6, các em đã được làm quen với năng lượng nhiệt. Theo em, năng lượng nhiệt là gì và tại sao mọi vật đều luôn có năng lượng này?

Hướng dẫn trả lời: 

- Năng lượng nhiệt là năng lượng mà vật có được nhờ chuyển động nhiệt.
- Mọi vật đều luôn có năng lượng này vì mọi vật đều được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử chuyển động hỗn loạn không ngừng nên mọi vật đều có nhiệt năng.

I. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA PHÂN TỬ, NGUYÊN TỬ

Câu hỏi: Ở nhiệt độ phòng, các phân tử trong không khí có thể chuyển động với tốc độ từ hàng trăm tới hàng nghìn m/s. Tại sao khi mở lọ nước hoa ở đầu lớp thì phải một lúc sau, người ở cuối lớp mới ngửi thấy mùi thơm?

Hướng dẫn trả lời:

Các phân tử nước hoa cũng như các phân tử không khí đều chuyển động hỗn loạn theo mọi phía nên không ngừng va chạm vào nhau. Do đó, các phân tử nước hoa không chuyển động thẳng từ lọ nước hoa đến cuối lớp mà chuyển động theo đường dích dắc có tổng độ dài lớn gấp nhiều lần khoảng cách từ đầu lớp đến cuối lớp nên thời gian chuyển động của các phân tử nước hoa chuyển động từ đầu lớp tới cuối lớp lâu hơn nên phải một lúc sau người ở cuối lớp mới ngửi thấy mùi thơm.

II. KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG NHIỆT

Hoạt động 1: Mô tả, giải thích và thực hiện hai cách khác nhau để làm tăng năng lượng nhiệt của hai bàn tay mình.

Hướng dẫn trả lời: 

Hai cách để làm tăng nhiệt năng hai bàn tay mình:

– Cách 1: xoa liên tục hai bàn tay vào nhau.
Giải thích: Khi xoa tay vào nhau các hạt cấu trúc phân tử, nguyên tử trong tay dao động nhiều hơn, chuyển động nhanh hơn làm tăng nhiệt năng. Hay có thể giải thích như sau, khi hai bàn tay xoa vào nhau có sự chuyển hóa năng lượng từ động năng sang nhiệt năng, làm hai bàn tay nóng lên.
– Cách 2: đưa hai tay lại gần nguồn nhiệt. 
Giải thích: Do ngọn lửa có năng lượng nhiệt lớn nên truyền nhiệt lượng cho hai bàn tay làm chúng nóng lên.

Hoạt động 2: Tìm ví dụ thực tế về sự chuyển hóa nhiệt năng sang các dạng năng lượng khác và ngược lại.

Hướng dẫn trả lời: 

- Ví dụ thực tế về sự chuyển hóa từ nhiệt năng sang các dạng năng lượng khác:
+ Nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng: Những đầu máy xe lửa hơi nước chuyển hoá năng lượng bằng cách đốt cháy các vật liệu như than đá/than cốc, gỗ, hoặc dầu để tạo ra hơi nước trong nồi hơi. Hơi nước làm piston di chuyển qua lại, piston lại gắn liền với trục quay chính của đầu máy xe lửa làm xe lửa chuyển động.
+ Nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng: Trong nhà máy nhiệt điện, năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy được chuyển hóa thành điện năng.
- Ví dụ thực tế về sự chuyển hóa từ các dạng năng lượng khác thành nhiệt năng.
+ Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng: Sử dụng ấm điện để đun nước, trong quá trình đun, điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng nước.
+ Hóa năng chuyển hóa thành nhiệt năng: Con người nạp thức ăn vào cơ thể, năng lượng của thức ăn là hóa năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm ấm cơ thể.

III. KHÁI NIỆM NỘI NĂNG

1. Động năng và thế năng của phân tử, nguyên tử

2. Nội năng

Câu hỏi 1: So sánh động năng của phân tử nước ở hình 26.1a và động năng của phân tử nước ở hình 26.4b

Hướng dẫn trả lời:

Nhiệt độ ở cốc a cao hơn ở cốc b, động năng của các phân tử ở cốc a lớn hơn.

Câu hỏi 2: So sánh nội năng của nước trong hai cốc hình 26.4.

Hướng dẫn trả lời:

Nhiệt độ ở cốc a cao hơn nên động năng phân tử trong cốc a lớn hơn. Do đó nội năng của nước trong cốc a lớn hơn.

3. Sự tăng, giảm nội năng

Câu hỏi: Trong quá trình trên, động năng của phân tử nước và nguyên tử kim loại; nội năng của nước và của quả cầu trong bình thay đổi như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Tốc độ phân tử và động năng phân tử ở quả cầu tăng lên, ở nước giảm đi, do các phân tử của nước có động năng lớn hơn nên khi va chạm với các phân tử quả cầu đã truyền bớt động năng cho các phân tử của quả cầu.
Nếu chỉ có nước và quả cầu trao đổi năng lượng với nhau thì theo định luật bảo toàn năng lượng hai độ lớn của nhiệt năng này (hai nhiệt lượng này) phải bằng nhau. Tuy nhiên ở đây còn có sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài nên chúng không hoàn toàn bằng nhau.

Hoạt động: Theo dõi thí nghiệm đun nước (Hình 26.6), có người khẳng định:
- Từ khi bắt đầu đun nước tới khi nước bắt đầu sôi thì nhiệt độ của nước tăng dần.
- Khi nước đã sôi thì nhiệt độ của nước không tăng dù vẫn tiếp tục đun.
Hãy thảo luận để trả lời các câu hỏi sau:
1. Tại sao từ khi bắt đầu đun tới khi nước bắt đầu sôi thì nhiệt độ của nước tăng dần?
2. Khi nước đã sôi, nhiệt độ của nước không tăng dù vẫn tiếp tục đun thì nhiệt năng mà nước nhận được từ đèn cồn đã chuyển hóa thành dạng năng lượng nào?

Hướng dẫn trả lời: 

1. Nước nhận nhiệt năng từ ngọn lửa truyền cho nên nhiệt độ của nước tăng dần.
2. Khi nước đã sôi, nhiệt độ của nước không tăng nữa dù tiếp tục đun vì khi đó nhiệt năng mà nước nhận được từ ngọn lửa đã chuyển hoá thành năng lượng được sử dụng để biến đổi trạng thái của nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (sự bốc hơi) chứ không phải để làm tăng nhiệt độ của nước.