Nhiệt năng là gì? Môi trường xung quanh chúng ta tồn tại nhiều loại năng lượng khác nhau và nhiệt năng là một trong số ấy. Vậy nhiệt năng của vật là gì, ứng dụng năng lượng này theo phương pháp nào? Cùng bài viết dưới đây đi khám phá rõ hơn nhé.

1. Nhiệt năng là gì?

Trong môn vật lý nhiệt năng là một đại lượng mà chúng ta đã tiếp xúc ngay từ khi còn đi học. Về mặt lý thuyết nhiệt năng, đây là loại năng lượng được tổng hợp từ tất cả động năng được tạo ra qua một vật chất thông qua chuyển động từ các hạt cấu tạo nên nó. Từ đây chúng ta có thể biết được rằng, nhiệt năng sẽ phụ thuộc và động năng.

Khái niệm về nhiệt độ và nhiệt năng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Cụ thể, chuyển động của các hạt phân tử cấu trúc nên vật chất đó nhanh hơn khi nhiệt độ của một vật tăng cao, từ đó mức nhiệt năng cũng lớn hơn.

Vậy nhiệt năng của một vật là gì? Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của toàn bộ những phân tử góp phần cấu tạo thành vật. Khi nhiệt năng của vật tăng khi các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động nhanh trong điều kiện nhiệt độ càng cao.

Hình 1: Nhiệt năng là gì?

2. Đơn vị nhiệt năng

• Đơn vị đo nhiệt năng là gì? Jun (J) chính là đơn vị của nhiệt năng.
• Các phần làm nên các chất bên trong vật được gọi là phân tử và nguyên tử. Các phân tử và nguyên tử này sẽ chuyển động không ngừng và không đứng im. Khi gặp nhiệt độ càng cao, tốc độ chuyển động của chúng càng nhanh. Chính vì vậy, nhiệt năng của vật càng lớn khi nhiệt độ tăng. Theo đó, nhiệt năng của vật giảm khi nhiệt độ giảm. Hiểu một cách khách, nhiệt năng và nhiệt độ có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.

3. Nhiệt năng và các đại lượng liên quan

3.1. Nhiệt lượng

Về định nghĩa nhiệt năng là gì nhiệt lượng là gì? Khi xuất hiện quá trình truyền nhiệt từ đối tượng này sang đối tượng khác và ngược lại, đây là một phần của 1 vật chất chuyển hóa. Nhiệt năng nhiệt lượng có ký hiệu là Q, khi xét hệ đo lường SI đơn vị tính cũng là Jun (J).

3.2. Tính nhiệt lượng dựa theo công thức nào?

Công thức tính nhiệt năng lớp 8 ở một vật lý, bạn thực hiện phép tính như sau:

Q = m.c.Δt

Trong đó:

Khối lượng của vật (kg) ký hiệu là m.

Nhiệt dung riêng của chất tạo thành vật có đơn vị (J/kg.K) ký hiệu là c

Độ tăng nhiệt độ của vật ((°C hoặc °K) ký hiệu là Δt

Nhiệt độ bàn đầu là t1 và nhiệt độ cuối cùng là t2.

3.3. Nhiệt dung riêng

Tổng nhiệt năng cần có để làm nhiệt độ của một vật tính trên mỗi đơn vị khối lượng tăng lên được gọi là nhiệt dung riêng. Một chất liệu có nhiệt dung riêng cũng là một đặc tính vật lý. Ví giá trị của nó tỉ lệ với kích thước của hệ thống được đưa vào thử nghiệm nên nó đồng thời là ví dụ về đặc tính. Nhiệt dung riêng được quy định đơn vị đo lường là J/kg.K ở hệ đo lường SI.

Hình 2: Nhiệt năng và các đại lượng

3.4. Ví dụ nhiệt năng

Khái niệm nhiệt năng là gì cho ví dụ bên dưới sẽ giúp bạn hiểu rõ chi tiết nhất về khái niệm nhiệt năng.

Xoa hai bàn tay liên tục vào nhau một cách nhanh chóng. Bạn sẽ cảm nhận được sự nóng rát ở hai bàn tay sau một lúc làm như vậy. Hiện tượng nhiệt năng được giải phóng và chuyển hóa cơ năng thành nhiệt năng. Bạn để ý thấy sự cọ xát của 2 bàn tay càng nhanh thì nhiệt độ ở tay cũng nhanh nóng hơn. Lúc này, nhiệt năng ở tay tăng cao. Bản chất các phân tử bên trong đã chuyển động nhanh hơn và nếu ta dừng lại thì bàn tay cũng không còn nóng lên và nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng trở lại.

4. Quá trình nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng

Quá trình chuyển nhiệt năng thành điện năng có thể xảy ra bằng cách tạo ra dòng điện trong các vật liệu dẫn điện. Hoặc có thể dùng tấm bán dẫn Peltier, một ứng dụng công nghệ để thực hiện chuyển hóa.

Một phương pháp biến nhiệt năng thành điện năng phổ biến là người ta sử dụng hiệu ứng Seebeck. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của một vật liệu dẫn điện sẽ xảy ra hiệu ứng này. Lúc này, điện thế xảy ra một sự chênh lệch và dòng điện được tạo ra. 

Hình 3: Quá trình nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng

Trong trường hợp này, quá trình chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng phụ thuộc vào khả năng của vật liệu dẫn điện tạo ra dòng điện khi được làm lạnh hoặc gia nhiệt.

Ngoài ra, người ta cũng ứng dụng tấm bán dẫn Peltier để chuyển đổi điện năng từ nhiệt năng. Có 2 lớp bán dẫn P và N được nối tiếp nhau trên tấm bán dẫn Peltier. Nếu nhiệt độ giữa hai mặt của tấm bán dẫn Peltier có sự chênh lệch nhau sẽ dẫn đến  hiện tượng nạp điện tử vào một mặt và mặt khác diễn ra quá trình khuếch đại dòng điện. Quá trình này có thể dùng để chuyển hóa điện năng và tạo ra một dòng điện điều chỉnh theo nhiệt độ. Tóm lại, chúng ta có thể áp dụng hiệu ứng Seebeck trong vật liệu dẫn điện hay tấm bán dẫn Peltier trong việc tạo ra sự chênh nhiệt độ và chuyển hóa thành dòng điện.

Trên đây là những giải đáp về nhiệt năng là gì? Hy vọng các thông tin trong bài viết đã phần nào bổ sung thêm các kiến thức hữu ích cho bạn.