Bài 3. Nhiệt độ. Thang nhiệt độ – nhiệt kế trang 10, 11, 12

3.1

Hãy tìm câu sai trong các câu sau:

A. Nhiệt độ là đại lượng được dùng để mô tả mức độ nóng, lạnh của vật.

B. Nhiệt độ của một vật phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của các phân tử cấu tạo nên vật.

C. Nhiệt độ cho biết trạng thái cân bằng nhiệt của các vật tiếp xúc nhau và chiều truyền nhiệt năng.

D. Nhiệt độ của một vật là số đo nội năng của vật đó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Nhiệt độ chỉ là một phần trong việc xác định nội năng của một vật. Ngoài nhiệt độ, nội năng còn phụ thuộc vào khối lượng, thể tích, trạng thái (rắn, lỏng, khí) và các yếu tố khác của vật.

Đáp án: D

3.2

Chỉ số nhiệt độ của một vật khi ở trạng thái cân bằng nhiệt tính theo thang nhiệt độ Celsius so với nhiệt độ của vật đó tính theo thang nhiệt độ Kelvin sẽ

A. thấp hơn chính xác là 273,15 độ.

B. cao hơn chính xác là 273,15 độ.

C. thấp hơn chính xác là 273,16 độ.

D. cao hơn chính xác là 273,16 độ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

$T\left(K\right)=T\left({}^{\circ }C\right)+273.15$

Đáp án: A

3.3

Trong nhiều nghiên cứu khoa học về nhiệt hay về sự phụ thuộc của các đại lượng đặc trưng của các vật liệu vào nhiệt độ,... người ta thường tính toán ở các nhiệt độ khác nhau nhưng nhiệt độ 300 K được chọn tính rất nhiều vì

A. 300 K là nhiệt độ mà nhiều chất xảy ra sự chuyển thể.

B. 300 K là nhiệt độ mà thực nghiệm dễ đo đạc và quan sát.

C. 300 K là nhiệt độ được coi như nhiệt độ phòng trong điều kiện bình thường.

D. 300 K là nhiệt độ chẵn nên dễ tính toán.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Nhiệt độ 300 K được chọn tính rất nhiều vì là nhiệt độ được coi như nhiệt độ phòng trong điều kiện bình thường. $\left(\approx 27{}^{\circ }C\right)$

Đáp án: C

3.4

Tìm câu sai trong các câu sau: Cho hai vật A và B làm bằng cùng một loại vật liệu tiếp xúc nhau, sẽ có sự truyền năng lượng nhiệt giữa hai vật nếu

A. nội năng của vật A lớn hơn của vật B.

B. nhiệt độ của vật A lớn hơn của vật B.

C. tốc độ trung bình của các nguyên tử cấu tạo nên vật A lớn hơn của vật B.

D. lực tương tác giữa các nguyên tử của vật A lớn hơn của vật B.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt

Lời giải chi tiết:

Đây là một yếu tố có thể dẫn đến sự truyền nhiệt, nhưng không phải là điều kiện đủ. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có nhiệt độ, khối lượng và loại chất. Nếu hai vật có cùng khối lượng và cùng loại chất, nhưng nhiệt độ của vật A lớn hơn vật B thì vẫn sẽ có sự truyền nhiệt.

Đáp án: A

3.5

Khi đi tham quan trên các vùng núi cao sẽ có nhiệt độ thấp hơn nhiều dưới đồng bằng, chúng ta cần mang theo áo ấm để sử dụng vì

A. mặc áo ấm để ngăn nhiệt độ cơ thể truyền ra ngoài môi trường.

B. mặc áo ấm để ngăn cơ thể mất nhiệt lượng quá nhanh.

C. mặc áo ấm để ngăn hơi lạnh truyền vào trong cơ thể.

D. mặc áo ấm để ngăn tia cực tím từ Mặt Trời.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Khi đi tham quan trên các vùng núi cao sẽ có nhiệt độ thấp hơn nhiều dưới đồng bằng, chúng ta cần mang theo áo ấm để sử dụng vì mặc áo ấm để ngăn cơ thể mất nhiệt lượng quá nhanh.

Đáp án: B

3.6

Nhiệt độ cơ thể một người khỏe mạnh bằng 37 °C. Nếu đo bằng nhiệt kế thuỷ ngân kẹp trong nách khoảng 5 phút, nhiệt độ đo được là 36,2 °C.

1. Hãy giải thích sự chênh lệch này.

2. Xác định nhiệt độ của một người khỏe mạnh theo thang Kelvin.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

1. Nhiệt độ môi trường ngoài thường thấp hơn nhiệt độ cơ thể, vì vậy sẽ có sự truyền nhiệt lượng từ trong cơ thể ra ngoài và nhiệt độ ở da sẽ thấp hơn nhiệt độ cơ thể.

2. Nhiệt độ cơ thể tính theo thang Kelvin bằng: $37+273,15=310,15\left(K\right)=310(K)$.

3.7

Nhiệt kế thuỷ ngân (tương tự như Hình 3.1) được chế tạo bao gồm một bầu nhỏ có chứa thuỷ kh ngân gắn với một ống thuỷ tinh có đường kính hẹp. Thể tích thuỷ ngân trong ống là không đáng kể so với thể tích của bầu. Thể tích thuỷ ngân thay đổi theo nhiệt độ và được thấy rõ qua sự thay đổi độ cao của thuỷ ngân trong ống. Không gian phía trên thuỷ ngân có thể được lấp đầy bằng nitrogen ở áp suất thấp. Hãy giải thích cách mà chúng ta có thể chia các vạch hiển thị mức nhiệt độ theo thang Celsius như hình bên.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Chúng ta biết rằng các chất lỏng, rắn có tính giãn nở khi tăng nhiệt độ, và thủy ngân cũng vậy. Lượng thể tích tăng thêm của thủy ngân mỗi khi nhiệt độ tăng thêm một độ sẽ giống nhau. Vì vậy chỉ cần xác định độ cao của thuỷ ngân trong cột tại hai mốc nhiệt độ xác định thì người ta có thể chia được các vạch hiển thị như Hình 3.1.

Ví dụ xác định vị trí độ cao của cột thuỷ ngân trong ống tại 0 °C và đánh dấu lại. Xác định độ cao của cột thuỷ ngân trong ống tại 50 °C và cũng đánh dấu lại. Giữa hai khoảng đã đánh dấu ta chia đều thành 50 khoảng thì mỗi khoảng sẽ tương ứng với 1 °C và ta có các vạch chia. Khi sản xuất hàng loạt nhiệt kế giống nhau thì người ta chỉ cần xác định cho một cái làm mẫu để có thang chia độ mẫu dùng để sản xuất hàng loạt.

3.8

Thế nào là độ không tuyệt đối? Chúng ta có thể chế tạo được nhiệt kế thuỷ ngân tương tự như Hình 3.1 để đo được nhiệt độ tại độ không tuyệt đối không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Nhiệt độ không tuyệt đối là nhiệt độ mà tại đó tất cả các chất có động năng chuyển động nhiệt của các phân tử hoặc nguyên tử bằng 0 và thế năng của chúng là tối thiểu. Chế tạo nhiệt kế cho thuỷ ngân như Hình 3.1 không thể đo l nhiệt độ quá thấp vì khi đó thuỷ ngân sẽ chuyển sang thể rắn và sự giãn nở nhiệt Khi của thể rắn là rất nhỏ nên không quan sát đo đạc được. Do đó nhiệt kế như vậy không thể xác định được nhiệt độ tại độ không tuyệt đối.

3.9

Thang nhiệt độ Fahrenheit hiện nay (đơn vị là độ F) được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số quốc gia nói tiếng Anh khác. Nhiệt kế thuỷ ngân đo nhiệt độ phân trong phòng thường có độ chia cả thang Celsius và thang Fahrenheit (Hình 3.2).Thang nhiệt độ Fahrenheit lấy điểm chuẩn của nước đóng băng là 32 °F và nhiệt độ sôi của nước là 212 °F.

1. Thân nhiệt bình thường của con người là 37 °C sẽ có nhiệt độ là bao nhiêu độ F.

2. Nhiệt độ tại New York vào một ngày đầu tháng 9 được dự báo là trong khoảng 75 °F – 94 °F. Hãy đổi khoảng nhiệt độ này sang độ C.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Nhiệt kế như Hình 3.2 cũng sẽ có cách chia độ giống như trong Bài 3.7, tức là lấy độ cao của hai nhiệt độ chọn làm mốc để phân chia khoảng cho mỗi đô.

1. Thân nhiệt bình thường của người có giá trị bằng:

$t=32+37.\frac{212-32}{100}=32+37.1,8=98,6{(}^{o}F)$

2. Để đổi khoảng nhiệt độ từ độ Fahrenheit (℉) sang độ Celsius (°C), ta sử dụng công thức sau: ${}^{\circ }C=\frac{{}^{\circ }F-32}{1,8}$

Áp dụng công thức này cho từng giá trị nhiệt độ, ta được:

– 75°F: ${}^{\circ }C=\frac{75-32}{1,8}\approx 23,9^{\circ }C$

– 94°F: ${}^{\circ }C=\frac{94-32}{1,8}\approx 34,4^{\circ }C$

Vậy, khoảng nhiệt độ tại New York vào ngày đầu tháng 9 dự báo là khoảng 23.9°C đến 34.4°C.

3.10

Nếu nhiệt kế thuỷ ngân được chia độ theo cả thang Kelvin và thang Celsius hai bên (tương tự như kiểu Hình 3.2) sẽ có các vạch chia ngang không thẳng hàng qua hai bên nhưng khoảng cách giữa hai vạch liền nhau của hai bên bằng nhau. Hãy giải thích tại sao.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

Vì mỗi độ chia trong thang Celsius bằng một độ chia trong thang Kelvin nên khoảng cách giữa hai vạch liên tiếp ở cả hai bên sẽ bằng nhau.

Vì nhiệt độ trong thang Kelvin và thang Celsius chênh lệch một lượng không nguyên: $T\left(K\right)=t\left({}^{\circ }C\right)+273,15$ nên các vạch chia tương ứng hai bên sẽ lệch nhau 0,15 độ và không thẳng hàng.

3.11

Một nhà khoa học khi nghiên cứu khả năng chịu nhiệt của một loại vật liệu mới thì phát hiện nhiệt độ nóng chảy của nó là 3271,23 °C. Hãy xác định nhiệt độ nóng chảy trên theo thang Kelvin.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

$T\left(K\right)=t\left({}^{\circ }C\right)+273,15=3271,23+273,15=3544,38\left(K\right)$

3.12

Khi hạ thấp dần nhiệt độ của một số loại vật liệu qua một nhiệt độ T_c gọi là nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn thì vật liệu sẽ sang pha siêu dẫn, lúc này nó sẽ có khả năng dẫn điện tốt với điện trở giảm nhanh về $R=0$

1. Năm 1911, lần đầu tiên người ta phát hiện ra hiện tượng chuyển pha siêu dẫn đối với thuỷ ngân với $T_c=4,1K.$ Hãy đổi nhiệt độ trên sang thang Celsius.

2. Năm 1993, một công bố khoa học đột phá về vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao đã xác định được vật liệu HgBa₂Ca₂Cu₃O₈ có $T_c=134K$. Hãy đổi nhiệt độ trên sang thang Celsius và chỉ ra mục tiêu của hướng nghiên cứu này suốt từ năm 1911 tới nay.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về thang nhiệt độ

Lời giải chi tiết:

1. $t_c=4,1-273,15=-269,05{(}^{\circ }C).$

2. $t_c=134-273,15=-139,15{(}^{\circ }C).$

Để có thể sử dụng vật liệu siêu dẫn thì nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn của chúng phải tối thiểu là nhiệt độ phòng. Như vậy mục đích các nghiên cứu này chính là tìm ra loại vật liệu có đặc tính như thế (người ta còn gọi đó là siêu dẫn nhiệt độ cao).