Giải chi tiết KHTN 8 kết nối mới bài 28: Sự truyền nhiệt

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Theo em, năng lượng nhiệt có thể truyền được trong các môi trường nào sau đây: chất rắn, chất lỏng, chất khí, chân không? Hãy tìm hiện tượng trong thực tế để minh họa cho ý kiến của mình.

Hướng dẫn trả lời: 

- Năng lượng nhiệt có thể truyền được trong các môi trường: chất rắn, chất lỏng, chất khí, chân không.
- Ví dụ:

• Năng lượng nhiệt truyền trong chất rắn: Khi ta nung một đầu thanh sắt trên ngọn lửa thì một lúc sau ta thấy ở đầu kia của thanh sắt (phía tay cầm) cũng nóng lên.
• Năng lượng nhiệt truyền trong chất lỏng: Ta dùng ngọn lửa đun nóng một nồi nước từ phía đáy nồi, một thời gian sau ta thấy toàn bộ lượng nước trong nồi đều nóng lên.
• Năng lượng nhiệt truyền trong chất khí: Khi đặt tay bên ngọn lửa, một lúc sau ta thấy tay nóng lên.
• Năng lượng nhiệt truyền trong chân không: Để một vật dưới ánh nắng Mặt Trời, một khoảng thời gian sau ta thấy vật nóng lên.

I. DẪN NHIỆT

1. Hiện tượng dẫn nhiệt

Hoạt động: Thí nghiệm
Chuẩn bị (Hình 28.1):
- Thanh đồng AB mắc vào giá thí nghiệm.
- Các đinh a, b, c, d, e, gắn bằng sáp vào thanh đồng.
- Đèn cồn đặt dưới đầu A của thanh đồng.
Tiến hành: Dùng đèn cồn đốt nóng đầu A của thanh đồng, quan sát hiện tượng xảy ra đối với các đinh a, b, c, d, e.

1. Mô tả hiện tượng xảy ra đối với các đinh.
2. Đinh rơi xuống chứng tỏ điều gì?
3. Đinh lần lượt rơi xuống theo thứ tự nào?

Hướng dẫn trả lời:

1. Khi đốt nóng thanh AB thì sáp chảy ra, các định rơi xuống.
2. Đinh rơi xuống do sáp bị thanh đồng nung nóng chảy ra: năng lượng nhiệt đã được đèn truyền vào thanh đồng và truyền dẫn từ đầu A tới đầu B của thanh đồng.
3. Các đinh rơi xuống lần lượt theo thứ tự từ a đến e.

2. Vật dẫn nhiệt tốt, vật cách nhiệt tốt

Hoạt động: Hãy thảo luận về các câu hỏi dưới đây dựa trên việc phân tích công dụng của vật dẫn nhiệt tốt và vật cách nhiệt tốt:

1. Tại sao chảo được làm bằng kim loại còn cán chảo được làm bằng gỗ hoặc nhựa?
2. Tại sao nhà mái ngói thì mùa hè mát hơn, mùa đông ấm hơn nhà mái tôn?
3. Phân tích công dụng dẫn nhiệt tốt, cách nhiệt tốt của từng bộ phận trong một số dụng cụ thường dùng trong gia đình.

Hướng dẫn trả lời: 

1. Chảo được làm bằng kim loại là chất dẫn nhiệt tốt, có thể truyền nhiệt nhanh chóng từ ngọn lửa tới thức ăn. Cán chảo được làm bằng gỗ hoặc nhựa là chất cách nhiệt tốt, có tác dụng ngăn nhiệt truyền từ chảo tới tay khi người cấm cán chảo.
2. Tồn dẫn nhiệt tốt còn ngói và rạ cách nhiệt tốt. Do đó mùa hè, mái ngói và mái rạ ngăn nhiệt năng từ bên ngoài do trời nóng vào trong nhà tốt hơn, giữ cho nhà mát hơn; ngược lại mùa đông, mái ngói và mái rạ ngăn nhiệt năng từ trong nhà truyền ra bên ngoài tốt hơn nên nhà ấm hơn. 
3. Ví dụ phân tích bộ phận trong nồi cơm điện gồm:
- Thân nồi thường được thiết kế có 3 lớp:
+ Lớp trong cùng có tác dụng tỏa nhiệt, làm nồi được ấm đều.
+ Lớp tiếp theo là lớp sứ cách nhiệt, chúng có nhiệm vụ giữ nhiệt cho toàn bộ nồi cơm.
+ Ngoài cùng là lớp vỏ, lớp này làm bằng chất liệu nhựa hoặc các chất liệu khác cách nhiệt giúp cách nhiệt với các bộ phận bên trong nồi cơm để bê dễ dàng không bị bỏng và thường được trang trí họa tiết để làm tăng tính thẩm mỹ cho nồi cơm.
- Mâm nhiệt là bộ phận dẫn nhiệt tốt giúp truyền nhiệt đều dưới đáy xoong thì cơm mới chín đều.
- Lõi nồi là bộ phận dẫn nhiệt và có tính chịu nhiệt tốt hơn và thường được phủ lớp chống dính để cơm không bị bám vào, đồng thời giúp quá trình vệ sinh được thuận tiện nhất.
- Bộ phận điều khiển: Bộ phận này gắn liền với nồi cơm, chúng sử dụng rơ le, có tác dụng chuyển đổi từ chế độ nấu sang chế độ giữ ấm hay lựa chọn các chức năng nấu nướng khác.

II. ĐỐI LƯU

1. Thí nghiệm
Hoạt động: Chuẩn bị:
- Hai ống nghiệm đựng nước: ống (1) có gắn viên sáp ở đáy, ống (2) có gắn viên sáp ở miệng ống.
- Đèn cồn và các giá đỡ.
Tiến hành:
- Đun nóng nước ở gần miệng ống nghiệm (1), quan sát xem miếng sáp có bị nóng chảy hay không (Hình 28.2a).
- Đun nóng đáy ống nghiệm (2) một thời gian dài gần bằng thời gian đun nóng ống nghiệm (1), quan sát xem viên sáp có bị nóng chảy hay không (Hình 28.2b).

Hãy giải thích hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm trên

Hướng dẫn trả lời: 

- Hình 28.2a, khi nước ở phần trên của ống nghiệm bắt đầu sôi thì cục sáp ở đáy ống nghiệm chưa bị nóng chảy.
- Hình 28.2b, khi nước ở phần trên của ống nghiệm bắt đầu sôi thì cục sáp ở miệng ống nghiệm bị nóng chảy.

2. Truyền nhiệt bằng đối lưu

Câu hỏi 1: Tại sao đốt nến thì cánh quạt trong hình 28.4 lại quay?

Hướng dẫn trả lời:

Khi đốt nến thì cánh quạt quay vì không khí gần đèn nhận được nhiệt năng từ đèn, nóng lên, nở ra và nhẹ đi (trọng lượng riêng giảm) nên chuyển động lên trên tác dụng lực vào cánh quạt làm nó quay

Câu hỏi 2: Tìm hiểu thêm ví dụ về sự đối lưu trong thực tế.

Hướng dẫn trả lời: 

- Đun nước sôi trong ấm: Khi đun nước, dòng nước bên dưới nhận được năng lượng sẽ nóng lên, nở ra, nhẹ đi và đi lên phía trên, phần nước ở phía trên lạnh và nặng hơn nên đi xuống dưới. Cứ như thế tạo thành dòng đối lưu, làm toàn bộ nước trong ấm nóng lên.
- Điều hòa làm mát không khí thường lắp ở phía trên cao để khi điều hòa tạo ra khí mát  có khối lượng riêng lớn hơn không khí thường di chuyển xuống dưới chiếm chỗ lớp không khí thường và đẩy lớp không khí thường nhẹ hơn bay lên trên, cứ như thế tạo thành dòng đối lưu, làm mát cả căn phòng.
- Hình thành gió: Trên biển, khi trời nóng, đất liền nhanh nóng hơn nước biển, vì vậy vào buổi nắng gắt thì luồng không khí từ biển tràn vào đất liền tạo ra gió từ biển thổi vào rất mạnh, nhưng đất liền cũng giảm nhiệt nhanh hơn nước biển nên vào ban đêm luồng không khí từ đất liền tràn ra biển tạo ra gió thổi từ đất liền ra biển.
- Đèn kéo quân: Do trục trơn và các hình nhẹ nên khi đốt đèn, lửa sẽ làm nóng không khí bên trong khiến không khí giãn nở và tăng thể tích, khiến trọng lượng riêng của khí giảm. Khí nóng nhẹ bay lên va vào vòng trụ sẽ làm cho đèn quay.

III. BỨC XẠ NHIỆT

1. Thí nghiệm
Hoạt động: Chuẩn bị:
- Một bình thủy tinh đã phủ đen, bên trong có đặt một nhiệt kế.
- Đèn điện dây tóc.
- Tấm gỗ dày.
Tiến hành:
- Bố trí thí nghiệm như Hình 28.5.
- Bật đèn, theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt kế khi chưa đặt tấm gỗ (Hình 28.5a).
- Đặt tấm gỗ vào giữa đèn và bình thủy tinh (Hình 28.5b), theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt kế.

1. Tại sao trong thí nghiệm ở Hình 28.5a thì nhiệt độ trong bình thủy tinh tăng dần còn trong thí nghiệm ở Hình 28.5b thì nhiệt độ trong bình thủy tinh lại giảm dần về nhiệt độ cũ?
2. Có phải sự truyền nhiệt từ đèn đến bình thủy tinh là dẫn nhiệt và đối lưu không? Tại sao?

Hướng dẫn trả lời: 

Quan sát hiện tượng thí nghiệm ta thấy: Ở Hình 28.5a, nhiệt độ trong bình thủy tinh tăng dần còn trong thí nghiệm ở Hình 28.5b thì nhiệt độ trong bình thủy tinh lại giảm dần về nhiệt độ cũ.
1.- Trong thí nghiệm ở Hình 28.5a thì nhiệt độ trong bình thủy tinh tăng dần vì bình thủy tinh nhận được năng lượng nhiệt từ đèn điện dây tóc phát ra.
- Còn trong thí nghiệm ở Hình 28.5b thì nhiệt độ trong bình thủy tinh lại giảm dần về nhiệt độ cũ vì bình thủy tinh không nhận được năng lượng nhiệt từ đèn điện dây tóc phát ra nữa mà dần dần tỏa năng lượng nhiệt thu được từ lúc trước ra môi trường xung quanh.
2. Sự truyền nhiệt từ đèn đến bình thủy tinh không phải là dẫn nhiệt và đối lưu vì:
+ Không khí là chất dẫn nhiệt kém nên sự truyền nhiệt này không phải là hình thức dẫn nhiệt.
+ Sự truyền nhiệt trong trường hợp này truyền theo đường thẳng nên không phải là hình thức đối lưu.

2. Sự truyền nhiệt bằng bức xạ nhiệt

Câu hỏi 1: Đứng gần một bếp lửa, ta cảm thấy nóng. Nhiệt năng mà cơ thể nhận được từ bếp chủ yếu là do dẫn nhiệt, đối lưu hay bức xạ? Tại sao?

Hướng dẫn trả lời:

Chủ yếu do bức xạ, vì cơ thể không tiếp xúc với bếp nên sự truyền nhiệt không thể do dẫn nhiệt. Có sự truyền nhiệt bằng đối lưu qua lớp không khí xung quanh bếp, nhưng không lớn bàng sự bức xạ.

Câu hỏi 2: Tại sao mùa hè người ta thường mặc áo màu trắng, ít mặc áo màu đen?

Hướng dẫn trả lời:

Vì áo màu trắng hấp thụ tia nhiệt ít hơn và phản xạ tia nhiệt trở lại môi trường nhiều hơn.

Câu hỏi 3: Phích (bình thuỷ) là dụng cụ đùng để giữ nước nóng, có hai lớp thuỷ tinh. Giữa hai lớp thuỷ tinh là chân không. Hai mặt đối điện của hai lớp thuỷ tinh thường được tráng bạc. Phích có nút đậy kín.
Hãy phân tích tác dụng của các bộ phận sau đây của phích: lớp chân không; hai mặt thuỷ tinh tráng bạc; nút.

Hướng dẫn trả lời: 

Phân tích tác dụng của các bộ phận của phích:
- Lớp chân không có tác dụng ngăn cản sự dẫn nhiệt.
- Hai mặt thủy tinh tráng bạc có tác dụng phản xạ các tia nhiệt trở lại nước đựng trong phích.
- Nút có tác dụng ngăn cản sự truyền nhiệt bằng đối lưu ra bên ngoài.

3. Hiệu ứng nhà kính

Câu hỏi: Tại sao trong phòng thí nghiệm hình 28.8 nhiệt độ của cốc nước đặt trong lồng kính lại cao hơn nhiệt độ của cốc nước đặt ở ngoài lồng kính?

Hướng dẫn trả lời: 

Hai cốc nước giống nhau, trong có đặt nhiệt kế.
– Một cốc đặt trong một lồng kính lớn (đóng vai trò nhà kính), một cốc đặt bên ngoài.
– Khi bật đèn điện thì nước đặt trong lồng kính nóng lên nhanh hơn và nhiều hơn.
– Thí nghiệm chứng tỏ nhà kính giữ được bức xạ nhiệt. 

Hoạt động: Hãy thảo luận về những vấn đề sau đây:

Hoạt động 1: Mô tả sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính khí quyển.

Hướng dẫn trả lời:

Mô tả sự truyền năng lượng trong hiệu ứng nhà kính khí quyển:
- Một phần năng lượng của Mặt Trời được khí CO₂ và hơi nước trong khí quyển hấp thụ làm cho bầu khí quyển được giữ ấm.
– Bức xạ của Trái Đất phát ra bị bầu khí quyển giữ lại không cho thoát ra không gian bên ngoài bầu khí quyển. Nhờ hiệu ứng này mà khi quyền và bề mặt Trái Đất giữ được nhiệt độ ổn hoả thích hợp cho sự sống. Đó là lợi ích của hiệu ứng nhà kính.
– Nếu lượng CO₂ trong khí quyển tăng lên quá nhiều thì nhiệt độ của khí quyển và bề mặt Trái Đất sẽ tăng quá cao, gây ra những hệ luỵ cho cuộc sống con người và các sinh vật khác. 

Hoạt động 2: Những nguyên nhân nảo làm tăng nhanh hàm lượng CO2 trong khí quyển và những biện pháp nào có thể làm giảm sự tăng hàm lượng CO₂ trong khí quyển?

Hướng dẫn trả lời: 

Một số nguyên nhân làm tăng nhanh hàm lượng CO₂: khói từ nhà máy, khu công nghiệp chưa được xử lý; các phương tiện giao thông gia tăng
Một số biện pháp làm giảm lượng CO; trồng nhiều cây xanh; xử lí khói thải;... 

Hoạt động 3: Em và các bạn có thể làm gì để góp phần cụ thể vào việc làm giảm hiệu ứng nhà kính để góp phần ổn định nhiệt độ bể mặt Trái Đất?

Hướng dẫn trả lời: 

Em và các bạn có thể làm gì để góp phần cụ thể vào việc làm giảm hiệu ứng nhà kính để góp phần ổn định nhiệt độ bề mặt Trái Đất.
- Tham gia các hoạt động trồng cây xanh.
- Hạn chế đi lại bằng máy bay, các phương tiện cá nhân (ô tô, xe máy) sử dụng xăng dầu.