Về Thí nghiệm

Cân bằng nhiệt — thí nghiệm sự truyền nhiệt năng

Cốc nhôm nước lạnh đặt trong bình cách nhiệt nước nóng: mũi tên dòng nhiệt chỉ đúng chiều truyền (nóng → lạnh), dày theo ΔT và biến mất khi hai nhiệt kế chỉ cùng một số — dấu hiệu của trạng thái cân bằng nhiệt. Đổi nhiệt độ và lượng nước mỗi vật để thấy nhiệt độ cân bằng là trung bình có trọng số theo khối lượng (Q_toả + Q_thu = 0). Kèm cột đôi Celsius ↔ Kelvin: một độ chia bằng nhau ở cả hai thang, 0 K là nơi động năng chuyển động nhiệt bằng 0.

Cân bằng nhiệt — thí nghiệm sự truyền nhiệt năng

Nhiệt độ cho biết chiều truyền nhiệt · T(K) = t(°C) + 273
5 °C95 °C·Nhiệt độ nước
Dòng nhiệt dày theo ΔT
Nước trong hai vật — mô hình hạt, tốc độ ∝ √T
Diễn biến
Cốc nhôm đựng nước lạnh đặt trong bình cách nhiệt đựng nước nóng. Hai nhiệt kế đang chỉ hai giá trị khác nhau — quan sát tới khi chúng chỉ cùng một số.
Cốc nhôm (trong)
30,0 °C303,15 K
Bình cách nhiệt (ngoài)
60,0 °C333,15 K
Truyền nhiệt
BìnhCốc
Nhiệt tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn.
ΔT
30,0 °C = 30,0 K
Nhiệt lượng đã truyền
0 J
Nhiệt độ cân bằng
51,4 °C324,58 K

Từ Q_toả + Q_thu = 0. Hai vật đều là nước nên nhiệt dung riêng c triệt tiêu — chỉ còn khối lượng làm trọng số. Đổ thêm nước vào vật nào, nhiệt độ cân bằng nghiêng về phía vật đó.

Hai thang nhiệt độ
30,0 °C=303,15 K
Độ không tuyệt đối-273,15 °C = 0,00 K
Nước đá đang tan0,00 °C = 273,15 K
Nước đang sôi100,00 °C = 373,15 K

Một độ chia bằng nhau ở cả hai thang: ΔT(K) = Δt(°C). Hai thang chỉ khác nhau ở gốc, không khác ở độ lớn mỗi vạch — nên hiệu nhiệt độ đọc ra cùng một số. Ở 0 K = -273,15 °C, động năng chuyển động nhiệt của phân tử bằng 0.
Khi giải bài tập, SGK dùng công thức làm tròn T = t + 273 (lệch 0,15 K so với định nghĩa đúng ở trên).

Nhiệt độ cho biết chiều truyền nhiệt: nhiệt năng luôn tự truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp, không bao giờ ngược lại. Khi hai vật có cùng nhiệt độ thì chúng ở trạng thái cân bằng nhiệt và sự truyền nhiệt dừng lại — đó cũng là dấu hiệu để biết thí nghiệm đã kết thúc.