Bài 23: Đối lưu - Bức xạ nhiệt

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Đối lưu

1.1. Thí nghiệm.

1.2. Trả lời câu hỏi

C1: Nước màu tím di chuyển thành dòng từ dưới lên rồi từ trên xuống hay di chuyển hỗn độn theo mọi phương?

Nước màu tím di chuyển thành dòng từ dưới lên rồi từ trên xuống.

C2: Tại sao lớp nước ở dưới được đun nóng lại đi lên phía trên còn lớp nước lạnh phía trên lại đi xuống dưới ?

Lớp nước ở dưới nóng lên trước, nở ra trọng lượng riêng của nó nhỏ hơn trọng lượng riêng của lớp nước lạnh ở trên do đó lớp nước nóng nổi lên còn lớp nước lạnh chìm xuống tạo thành dòng đối lưu.

C3: Tại sao biết được nước trong cốc đã nóng lên?

Nhờ nhiệt kế.

1.3. Nhận xét

Sự truyền nhiệt năng nhờ tạo thành các dòng như trong thí nghiệm trên gọi là sự đối lưu.
Sự đối lưu cũng xảy ra trong chất khí.

1.4. Vận dụng

Quan sát thí nghiệm và mô tả hiện tượng xảy ra khi ta đốt nến và hương

Khói hương giúp ta quan sát hiện tượng đối lưu của không khí rõ hơn.

Hiện tượng xảy ra: thấy khói hương cũng chuyển động thành dòng.
Giải thích: Lớp không khí ở dưới được đốt nóng nhẹ hơn chuyển động đi lên, lớp không khí lạnh ở trên nặng hơn chuyển động đi xuống. Cứ như vậy tạo thành dòng đối lưu.

C5: Tại sao muốn đun nóng chất lòng và chất khí phải đun từ phía dưới

Muốn đun nóng chất lỏng và chất khí phải đun từ phía dưới để phần ở phía dưới nóng lên trước (d giảm) đi lên, phần ở trên chưa được đun nóng đi xuống tạo thành dòng đối lưu.

C6: Trong chân không và trong chất rắn có xảy ra đối lưu không? Trong chân không và chất rắn không xảy ra đối lưu vì trong chân không, trong chất rắn không thể tạo ra các dòng đối lưu.

Kết luận: Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí. 2.2. Bức xạ nhiệt

2.1. Thí nghiệm

2.2. Trả lời câu hỏi

Giọt nước màu dịch chuyển về đầu B chứng tỏ điều gì?

Không khí trong bình nóng lên, nở ra đẩy giọt nước màu về phía đầu B.

Dự đoán hiện tượng xảy ra với giọt nước màu khi ta lấy miếng gỗ chắn giữa nguồn nhiệt và bình cầu?

Kết quả: Giọt nước màu có xu hướng dịch chuyển trở lại đầu A.

C8: Giọt nước màu dịch chuyển trở lại đầu A chứng tỏ điều gì ? Miếng gỗ có tác dụng gì ?

Không khí trong bình lạnh đã lạnh đi làm giọt nước màu dịch chuyển về đầu A, miếng gỗ đã ngăn không cho nhiệt truyền từ nguồn nhiệt đến bình. Chứng tỏ nhiệt được truyền từ nguồn nhiệt đến bình theo đường thẳng

2.3. Kết luận:

Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng. Bức xạ nhiệt có thể xảy ra cả trong chân không.
Vật có bề mặt càng xù xì và màu càng sẫm thì hấp thụ tia nhiệt càng nhiều .
Vật có bề mặt càng nhẵn và màu càng sáng thì hấp thụ tia nhiệt càng ít.

3. Bài tập minh họa

Bài 1: Trong đời sống hàng ngày, có đồ dùng nào hạn chế được các cách truyền nhiệt mà giữ được nhiệt độ lâu dài không ?

Hướng dẫn giải:

Phích( Bình thủy) là một bình thủy tinh 2 lớp. Giữa 2 lớp thủy tinh này là chân không để ngăn cản sự dẫn nhiệt.
Hai mặt đối diện của 2 lớp thủy tinh đươc tráng bạc để phản xạ các tia nhiệt trở lại nước đựng trong phích.
Phích được đậy nút thật kín để ngăn cản sự truyền nhiệt bằng đối lưu ra ngoài.
Nhờ đó mà phích giữ được nước nóng lâu dài.

Bài 2: Có những cách truyền nhiệt nào? Các chất rắn lỏng khí, chân không truyền nhiệt chủ yếu bằng hình thức nào? Lấy ví dụ trong thực tế.

Hướng dẫn giải:

Có 3 hình thức truyền nhiệt năng: Dẫn nhiệt, dối lưu, bức xạ nhiệt
Chất rắn truyền nhiệt chủ yếu bằng dẫn nhiệt, chất lỏng truyền nhiệt chủ yếu bằng đối lưu, chân không truyền nhiệt bằng bức xạ nhiệt
Ví dụ:
- Xoong, nồi thường làm bằng kim loại, khi đun chât lỏng bao giờ cũng đun từ dưới đun lên.
- Ánh sáng mặt trời có thể truyền nhiệt đén trái đát nhờ bức xạ nhiệt

B. Giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 80 SGK vật lý 8: Đặt một gói nhỏ đựng các hạt thuốc tím vào đáy của một cốc thủy tinh đựng nước rồi dùng đèn cồn đun nóng cốc nước ở phía có đặt thuốc tím như hình vẽ. Hỏi nước màu tín di chuyển thành dòng từ dưới lên rồi từ trên xuống hay di chuyển hỗn độn theo mọi phương?

Trả lời

Nước màu tím không di chuyển một cách hỗn độn mà di chuyển thành dòng từ dưới lên.

Giải bài tập 2 trang 80 SGK vật lý 8:

Trả lời

Khi đun, nước ở phía dưới đáy nóng lên trước và nở ra, trọng lượng riêng của lớp nước này trở nên nhỏ hơn trọng lượng riêng của lớp nước lạnh phía trên, do đó lớp nước nóng nổi lên còn lớp nước lạnh chìm xuống dưới tạo thành dòng đổì lưu.

Giải bài tập 3 trang 80 SGK vật lý 8: Trong thí nghiệm cúa câu hỏi 1, tại sao biết được nước trong cốc đã nóng lên?

Trả lời

Nhờ quan sát số chỉ của nhiệt kế nhúng trong cốc mà ta biết nước nóng lên.

Giải bài tập 4 trang 81 SGK vật lý 8: Trong thí nghiệm ở hình vẽ bên, khi đốt nến và hương ta thấy dòng khói hương đi từ trên xuống vòng qua khe hở giữa miếng bìa ngăn và đáy cốc rồi đi lên phía ngọn nến. Hãy giải thích hiện tượng trên.

Trả lời

Ở phía có ngọn nến, do có sự đối lưu mà lớp không khí nóng di chuyến lên trên, sự chênh lệch về áp suất làm cho khói hương di chuyến thành dòng xuống phía dưới. Kết quả của sự di chuyền này tạo thành sự đối lưu như ta quan sát thấy.

Giải bài tập 5 trang 81 SGK vật lý 8: Tại sao muốn đun nóng chất lỏng và chất khí phải đun từ phía dưới?

Trả lời

Muôn đun nóng chất lỏng và chất khí phải đun từ phía dưới là vì trong chất lỏng và chất khí có hiện tượng đốì lưu.

Khi đun từ phía dưới, ta làm cho phần chất lỏng (hoặc khí) ở phía dưới nóng lên trước làm cho trọng lượng riêng của phần này giảm đi và đi lên phía trên.

Phần chất lỏng (hoặc khí) ở phía trên chưa được đun nóng sẽ đi xuống tạo thành dòng đối lưu.

Giải bài tập 6 trang 81 SGK vật lý 8: Trong chân không và trong chất rắn có xảy ra đối lưu không? Tại sao?

Trả lời

Trong chân không và trong chất rắn không có hiện tượng đối lưu vì chân không là môi trường không có phân tử khí nào còn trong chất rắn các phân tử kiên kết nhau rất chặt chẽ, chúng không thể di chuyển thành dòng được.

Giải bài tập 7 trang 81 SGK vật lý 8: Một bình cầu đã phủ muội đèn, trên nút có gắn một ống thủy tinh, trong ống thủy tinh có giọt nước màu, được đặt gần một nguồn nhiệt như ngọn lửa đèn còn (xem hình bên). Giọt nước màu dịch chuyến về đầu B chứng tỏ điều gì?

Trả lời

Giọt nước màu dịch chuyển về đầu B. Hiện tượng đó chứng tỏ không khí trong bình đã nhận được nhiệt, nóng lên và nở ra.

Giải bài tập 8 trang 81 SGK vật lý 8: Trong thí nghiệm của câu hỏi 7, nếu dùng miếng gỗ chắn giữa nguồn nhiệt và bình cầu như hình vẽ thì giọt nước màu dịch chuyến trở lại đầu A. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì? Miếng gỗ đã có tác dụng gì?

Trả lời

Hiện tượng này chứng tỏ không khí trong bình đã lạnh đi và co lại. Miếng gỗ đã có tác dụng ngăn không cho nhiệt truyền từ bếp sang bình.

Giải bài tập 9 trang 82 SGK vật lý 8: Trong thí nghiệm của câu hỏi 7, sự truyền nhiệt từ nguồn nhiệt tới bình có phải là dẫn nhiệt và đối lưu không? Tại sao?

Trả lời

Không phải là dẫn nhiệt vì không khí là chất dẫn nhiệt rất kém. Không phải là đối lưư vì trong trường hợp này nhiệt truyền theo đường thẳng

Giải bài tập 10 trang 82 SGK vật lý 8: Tại sao trong thí nghiệm ở câu hỏi 7 bình chứa không khí lại được phủ muội đèn?

Trả lời

Bình chứa không khí được phủ muội đèn là để tăng khả năng hấp thụ các tia nhiệt cho bình chứa.

Giải bài tập 11 trang 82 SGK vật lý 8:Tại sao về mùa hè ta thường mặc áo màu trắng mà không mặc áo màu đen?

Trả lời

Vì các vật có màu sáng ít hấp thụ các tia nhiệt hơn nên mặc áo trắng vào mùa hè sẽ giảm khả nảng hấp thụ các tia nhiệt làm cho ta có cảm giác mát hơn.

Giải bài tập 12 trang 82 SGK vật lý 8: Hãy chọn từ thích hợp cho các chỗ trống ở bảng sau:

Trả lời

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Đối lưu là sự truyền nhiệt xảy ra trong chất nào?

A. Chỉ ở chất lỏng.

B. Chỉ ở chất khí.

C. Chỉ ở chất lỏng và chất khí.

D. Chất lỏng, chất khí và chất rắn.

Trả lời

Chọn câu C: Chỉ ở chất lỏng và chất khí.

B2. Trong các sự truyền nhiệt dưới đây, sự truyền nhiệt nào không phải là bức xạ nhiệt? A. Sự truyền nhiệt từ Mặt Trời tới Trái Đất.

B. Sự truyền nhiệt từ bếp lò đến người đứng gần bếp lò.

C. Sự truyền nhiệt từ đầu bị nung nóng sang đầu không bị nung nóng của một thanh đồng.

D. Sự truyền nhiệt từ một dây tóc bóng đèn đang sáng ra khoảng không gian bên trong bóng đèn.

Trả lời

Chọn câu C: Sự truyền nhiệt từ đầu bị nung nóng sang đầu không bị nung nóng của một thanh đồng.

B3. Một ống nghiệm đựng đầy nước, đốt nóng ở miệng ống, ở giữa hay đáy ống thì tất cả nước trong ống sôi nhanh hơn? Tại sao?

Trả lời

Đốt ở đáy ống. Vì đốt ở đáy ống sẽ tạo nên dòng đôi lưu làm cho nước nhanh sôi hơn. B4. Hãy mô tả và giải thích hoạt động của đèn kéo quân.

Trả lời

Khi đèn kéo quân được thắp lên, bên trong đèn xuất-hiện các dòng đối lưư của không khí. Những dòng đôi lưu này làm quay tán của đèn kéo quân.

B5. Đưa miếng đồng vào ngọn lửa đèn cồn thì miếng đồng nóng lên, tắt đèn cồn đi thì miếng đồng nguội đi. Hỏi sự truyền nhiệt khi miếng đồng nóng lên, khi miếng đồng nguội đi có được thực hiện bằng cùng một cách không?

Trả lời

Sự truyền nhiệt khi đưa miếng đồng vào ngọn lửa làm miếng đồng nóng lên là sự dẫn nhiệt. Miếng đồng nguội đi là do truyền nhiệt vào không khí bằng bức xạ nhiệt.

Do vậy sự truyền nhiệt khi miếng đồng nóng lên và khi miếng đồng nguội không được thực hiện bằng cùng một cách.

B6. Đun nước bằng ấm nhôm và ấm đất trên cùng một bếp thì nước trong ấm nhôm sôi nhanh hơn vì nhôm dẫn điện tốt hơn. Đun sôi xong, tắt bếp đi thì nước trong ấm nhôm cũng nguội nhanh hơn. Có phải vì nhôm dẫn nhiệt tốt hơn không? Vì sao?

Trả lời

Vì nhôm dẫn nhiệt tốt hơn đất nên nhiệt từ trong ấm nhôm truyền ra ấm nhanh hơn. Nhiệt từ các ấm truyền ra không khí đều bằng bức xạ nhiệt.

B7. Cắt một hình chữ nhật nhỏ bằng giấy mỏng. Gấp đôi theo chiều dọc, rồi theo chiều ngang để xác định tâm của miếng giấy. Mở miếng giấy ra, đặt lên một chiếc kim thẳng đứng sao cho mũi kim đỡ đúng vào tâm miếng giấy. Tất cả đặt ở một nơi không có gió. Nhè nhẹ đưa tay lại gần miếng giấy. Thử tiên đoán hiện tượng gì xảy ra? Làm thí nghiệm kiểm tra và giải thích.

Trả lời

Miếng giấy sẽ quay do tác động của các dòng đối lưu