Nhiệt độ. Thang nhiệt độ – Nhiệt kế

  • Thread starter Thread starter Doremon
  • Ngày gửi Ngày gửi
Doremon

Doremon

Moderator
Thành viên BQT
Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng, lạnh của vật và quyết định chiều truyền nhiệt năng giữa các vật. Để đo và so sánh nhiệt độ, con người đã xây dựng các thang đo như Celsius, Kelvin, Fahrenheit và chế tạo các nhiệt kế dựa trên sự nở vì nhiệt.

I. Khái niệm về nhiệt độ​

1. Nhiệt độ là gì?​

Nhiệt độ là đại lượng vật lí biểu thị mức độ nóng – lạnh của vật.
nhiệt độ.PNG

Nó gắn liền với mức độ chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật:
  • Các phân tử chuyển động càng nhanh → nhiệt độ càng cao.
  • Các phân tử chuyển động chậm lại → vật lạnh hơn.
Hiểu đơn giản: Nhiệt độ càng cao, chuyển động nhiệt càng mạnh; nhiệt độ càng thấp, chuyển động nhiệt càng yếu.

2. Sự truyền nhiệt và cân bằng nhiệt​

Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau đặt tiếp xúc với nhau:
  • Nhiệt năng truyền từ vật nóng sang vật lạnh.
  • Quá trình truyền nhiệt xảy ra cho đến khi hai vật đạt cùng một nhiệt độ.
Khi đó, ta nói hai vật ở trạng thái cân bằng nhiệt.
Biểu thức cân bằng nhiệt: $t_1 = t_2$
Ví dụ: Một cốc nước nóng đặt trong phòng sẽ nguội dần, vì nhiệt truyền từ nước sang không khí cho đến khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ phòng.

II. Thang nhiệt độ – Đơn vị đo nhiệt độ​

Có nhiều cách để đo nhiệt độ, tùy theo thang nhiệt độ được chọn. Dưới đây là 3 thang phổ biến nhất: Celsius (°C), Kelvin (K) và Fahrenheit (°F).
Thang nhiệt độ – Đơn vị đo nhiệt độ.PNG

1. Thang nhiệt độ Celsius (°C)​

  • Là thang đo phổ biến trong đời sống và giáo dục.
  • Xây dựng dựa trên hai mốc chuẩn của nước:
Hiện tượngNhiệt độ (°C)
Nước đá tan0°C
Nước sôi100°C
Khoảng giữa hai mốc này được chia thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần ứng với 1°C.
Lưu ý: Hai mốc này cố định khi áp suất bằng 1 atm. Nếu áp suất thay đổi, nhiệt độ nóng chảy và sôi của nước cũng thay đổi.
Quy ước ký hiệu:
Nhiệt độ trong thang Celsius được ký hiệu là $t$
Đơn vị: $^\circ C$
  • $t > 0^\circ C$ → nóng hơn nước đá tan
  • $t < 0^\circ C$ → lạnh hơn nước đá tan

2. Thang nhiệt độ Kelvin (K)​

Thang Kelvin là thang nhiệt động học dùng trong vật lí, khoa học và kỹ thuật.
Trong thang này, mọi nhiệt độ đều dương và mốc thấp nhất là 0 K – nhiệt độ không tuyệt đối.
Hiện tượng vật líNhiệt độ
Nhiệt độ không tuyệt đối$0,K$
Điểm ba của nước (nước – băng – hơi nước cùng tồn tại)$273,16,K = 0,01^\circ C$
Tại 0 K, các phân tử ngừng chuyển động nhiệt → nội năng của vật đạt giá trị tối thiểu.
Thang nhiệt độ.PNG

3. Công thức chuyển đổi giữa °C và K​

$T(K) = t(^\circ C) + 273,15$ hoặc làm tròn: $T(K) = t(^\circ C) + 273$
Ngược lại: $t(^\circ C) = T(K) - 273,15$
Ví dụ:
  • $100^\circ C = 373,15,K$
  • $0^\circ C = 273,15,K$
  • $-273,15^\circ C = 0,K$
Ý nghĩa:
Thang Kelvin loại bỏ giá trị âm, rất thuận tiện khi tính toán trong các định luật nhiệt học.

4. Thang nhiệt độ Fahrenheit (°F)​

Được sử dụng phổ biến ở Mỹ và Canada.
Hiện tượngNhiệt độ (°F)
Nước đá tan32°F
Nước sôi212°F
Khoảng giữa hai mốc là $212 - 32 = 180^\circ F$.
Công thức chuyển đổi: $t(^\circ F) = 32 + 1,8t(^\circ C)$
Ngược lại: $t(^\circ C) = \frac{t(^\circ F) - 32}{1,8}$
Ví dụ:
  • $0^\circ C = 32^\circ F$
  • $100^\circ C = 212^\circ F$
  • $20^\circ C = 68^\circ F$

III. Nhiệt kế – Dụng cụ đo nhiệt độ​

1. Khái niệm​

Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ của vật hoặc môi trường.
Nó hoạt động dựa trên nguyên lí:
Một số đại lượng vật lí của chất thay đổi theo nhiệt độ (sự nở vì nhiệt, điện trở, thể tích khí,…)
Click to expand...

2. Nguyên lí hoạt động​

Hầu hết nhiệt kế được chế tạo dựa vào sự nở vì nhiệt của chất.
Khi nhiệt độ tăng → vật liệu nở ra; khi nhiệt độ giảm → vật liệu co lại.
Sự thay đổi này được chuyển thành chuyển động của kim hoặc mức chất lỏng trên ống chia độ.

3. Các loại nhiệt kế phổ biến​

a. Nhiệt kế chất lỏng (thủy ngân, rượu, dầu)
  • Dựa vào sự nở vì nhiệt của chất lỏng trong ống thủy tinh.
  • Khi nhiệt độ tăng → chất lỏng nở ra → mực chất lỏng dâng lên.
Ưu điểm: đơn giản, dễ đọc, chính xác trong khoảng -30°C → 300°C.
Nhược điểm: không đo được nhiệt độ cực thấp hoặc cực cao.
Các loại thường gặp:
  • Nhiệt kế thủy ngân – dùng trong phòng thí nghiệm.
  • Nhiệt kế rượu – dùng ở vùng lạnh.
  • Nhiệt kế dầu – dùng trong công nghiệp.
b. Nhiệt kế kim loại
  • Dựa trên sự nở dài của kim loại.
  • Gồm một dải kim loại uốn xoắn; khi nhiệt độ thay đổi, kim loại giãn nở → kim chỉ di chuyển.
Ứng dụng: đo nhiệt độ trong lò sưởi, lò nướng, động cơ.
c. Nhiệt kế khí
  • Dựa trên sự nở vì nhiệt của thể tích khí ở áp suất không đổi.
  • Dùng trong nghiên cứu chuẩn xác, vì khí lý tưởng gần tuân theo định luật tuyến tính giữa thể tích và nhiệt độ.
Đây là nhiệt kế chuẩn, được dùng để xác định thang Kelvin.
d. Nhiệt kế điện tử
  • Dựa vào sự thay đổi điện trở hoặc điện áp theo nhiệt độ của cảm biến (thường là thermistor, RTD hoặc diode).
  • Cho kết quả nhanh, chính xác và hiển thị bằng số.
Ứng dụng: y tế, điện tử, tự động hóa.

IV. Bảng tổng hợp mối quan hệ giữa các thang nhiệt độ​

Thang đoMốc thấpMốc caoKhoảng chiaCông thức chuyển đổi
Celsius (°C)0°C100°C100$T(K) = t(^\circ C) + 273,15$
Kelvin (K)0 K373,15 K100$t(^\circ C) = T(K) - 273,15$
Fahrenheit (°F)32°F212°F180$t(^\circ F) = 32 + 1,8t(^\circ C)$
Ví dụ minh họa:
Nhiệt độ phòng là $27^\circ C$. Hãy đổi sang Kelvin và Fahrenheit.
Click to expand...
  • $T(K) = 27 + 273,15 = 300,15,K$
  • $t(^\circ F) = 32 + 1,8 \times 27 = 80,6^\circ F$
Kết quả: $27^\circ C = 300,15,K = 80,6^\circ F$

V. Câu hỏi thường gặp​

1. Khái niệm và ý nghĩa của nhiệt độ trong vật lý 10 là gì?
Trả lời:
Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ nóng – lạnh của một vật, thể hiện năng lượng chuyển động trung bình của các phân tử cấu tạo nên vật.
Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc, nhiệt năng truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn cho đến khi đạt cân bằng nhiệt.
Cân bằng nhiệt xảy ra khi: $t_1 = t_2$
Trong đó: $t_1, t_2$ là nhiệt độ của hai vật sau khi tiếp xúc.
2. So sánh các thang đo nhiệt độ Celsius, Kelvin và Fahrenheit
Trả lời:
Ba thang đo phổ biến hiện nay là Celsius (°C), Kelvin (K) và Fahrenheit (°F).
Chúng khác nhau ở mốc quy ước và độ chia:
Thang đoMốc 1Mốc 2Khoảng chia
Celsius$0^\circ C$ (nước đá tan)$100^\circ C$ (nước sôi)100
Kelvin$273,15,K$$373,15,K$100
Fahrenheit$32^\circ F$$212^\circ F$180
Công thức chuyển đổi giữa các thang:
$T(K) = t(°C) + 273,15$
$t(°F) = 32 + 1{,}8t(°C)$
3. Công thức chuyển đổi giữa các thang nhiệt độ
Trả lời: Để quy đổi giữa Celsius, Kelvin và Fahrenheit, ta sử dụng các công thức:
  1. Từ Celsius sang Kelvin:
    $T(K) = t(°C) + 273,15$
  2. Từ Kelvin sang Celsius:
    $t(°C) = T(K) - 273,15$
  3. Từ Celsius sang Fahrenheit:
    $t(°F) = 32 + 1,8t(°C)$
  4. Từ Fahrenheit sang Celsius:
    $t(°C) = \frac{t(°F) - 32}{1,8}$
Nhờ các công thức này, ta có thể chuyển đổi dễ dàng giữa các hệ đo nhiệt độ khác nhau.
4. Nhiệt độ không tuyệt đối là gì trong vật lý?
Trả lời:
Nhiệt độ không tuyệt đối là mức nhiệt thấp nhất có thể đạt được, tương ứng với $0,K$ (tức $-273{,}15^\circ C$).
Ở nhiệt độ này, chuyển động nhiệt của các phân tử ngừng hoàn toàn, vật có nội năng nhỏ nhất.
$0,K = -273{,}15^\circ C$
Không có vật nào có thể lạnh hơn 0 K – đây là giới hạn dưới của thang nhiệt động học (Kelvin).
5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhiệt kế thủy ngân
Trả lời:
Nhiệt kế thủy ngân gồm 3 phần chính:
  • Ống thủy tinh có vạch chia độ;
  • Bầu chứa thủy ngân;
  • Ống mao dẫn nối giữa bầu và thân.

VI. Tổng kết bài học​

  • Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của vật.
  • Khi hai vật có cùng nhiệt độ → cân bằng nhiệt.
  • Có ba thang nhiệt độ thông dụng:
    • Celsius (°C): dùng trong đời sống.
    • Kelvin (K): dùng trong khoa học.
    • Fahrenheit (°F): dùng ở Mỹ.
  • Công thức chuyển đổi quan trọng: $ T(K) = t(^\circ C) + 273,15 $ $ t(^\circ F) = 32 + 1,8t(^\circ C) $
  • Nhiệt kế đo nhiệt độ dựa trên sự thay đổi tính chất vật lí theo nhiệt độ.

Ý nghĩa thực tế​

Hiểu được nhiệt độ và cách đo lường giúp ta:
  • Ứng dụng trong đo nhiệt cơ thể, dự báo thời tiết, kiểm soát quy trình sản xuất.
  • Giải thích hiện tượng vật lí trong tự nhiên như băng tan, hơi nước ngưng tụ, vật thể giãn nở.
 
Last edited by a moderator:
Thang nhiệt độ Kelvin được xác định dựa trên cơ sở nào?
Trả lời:
Thang Kelvin (K) là thang nhiệt độ tuyệt đối, được xây dựng dựa trên cơ sở thuyết động học phân tử và nhiệt độ không tuyệt đối.
Nhiệt độ điểm ba của nước được quy ước là $273{,}16,K$ (tương ứng $0{,}01^\circ C$).
Công thức quy đổi giữa Kelvin và Celsius là:
$T(K) = t(°C) + 273{,}15$
Trong đó:
  • $T(K)$ là nhiệt độ tuyệt đối;
  • $t(°C)$ là nhiệt độ theo thang Celsius.
 
Vì sao Kelvin được xem là thang đo tuyệt đối của nhiệt độ?
Trả lời:
Kelvin được gọi là thang đo tuyệt đối vì 0 K là giới hạn thấp nhất của nhiệt độ — tại đó, động năng chuyển động nhiệt của các phân tử bằng 0.
Do đó, không thể có nhiệt độ nào nhỏ hơn $0,K$.
Quan hệ giữa động năng trung bình và nhiệt độ được biểu diễn bằng công thức:
$E_{\text{tb}} = \dfrac{3}{2}kT$
Trong đó:
  • $E_{\text{tb}}$ là động năng trung bình của phân tử khí;
  • $k$ là hằng số Boltzmann;
  • $T$ là nhiệt độ tuyệt đối (tính bằng Kelvin).
 
Khi nào hai vật đạt trạng thái cân bằng nhiệt?
Trả lời:
Hai vật đạt cân bằng nhiệt khi nhiệt năng ngừng truyền giữa chúng, tức là khi nhiệt độ của hai vật bằng nhau: $t_1 = t_2$
Trong giai đoạn truyền nhiệt, nhiệt năng luôn đi từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn:
$Q_{truyền} > 0 \quad \text{khi} \quad t_1 > t_2$
Khi đạt cân bằng: $Q_1 + Q_2 = 0$
 
Nhiệt kế hoạt động dựa trên nguyên lý vật lý nào?
Trả lời:
Các nhiệt kế thông thường (rượu, thủy ngân, kim loại, khí...) hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu theo nhiệt độ — phổ biến nhất là sự nở vì nhiệt.
Quan hệ giữa độ tăng thể tích của chất lỏng và nhiệt độ:
$\Delta V = \beta V_0 \Delta t$
Trong đó:

  • $\Delta V$: độ tăng thể tích;
  • $\beta$: hệ số nở khối của chất lỏng;
  • $V_0$: thể tích ban đầu;
  • $\Delta t$: độ tăng nhiệt độ.
 
Điểm ba của nước là gì và có ý nghĩa như thế nào?
Trả lời:
Điểm ba của nước là trạng thái mà nước, nước đá và hơi nước cùng tồn tại trong cân bằng nhiệt và cân bằng pha.
Ở áp suất tiêu chuẩn, nhiệt độ điểm ba của nước được xác định là:
$T = 273{,}16,K \quad \text{(tương ứng } 0{,}01^\circ C\text{)}$
Ý nghĩa:
  • Là mốc xác định chính xác cho thang nhiệt độ Kelvin;
  • Giúp hiệu chuẩn các loại nhiệt kế tiêu chuẩn.
 
You must log in or register to reply here.

Trending content

Latest posts

Members online

No members online now.
Total: 199 (members: 0, guests: 199)

Share this page

Back
Top