Đối lưu là gì?
Đối lưu được gọi với tên tiếng Anh là Convection, là khái niệm chỉ sự dịch chuyển của những nhóm phân tử nằm trong lưu chất như chất lỏng, chất khí hay chất lưu biến.
Khi đun nóng, lớp chất dưới nóng lên dịch chuyển lên phía trên, lưu chất có nhiệt độ lạnh xuống thấp, lưu động tuần hoàn nhiều lượt và pha trộn vào nhau, cuối cùng cho nhiệt độ tất cả đồng đều ở mọi vị trí. Cứ thể cho tới khi cả khối chất lỏng nóng lên.
Cơ chế của dòng đối lưu là trọng lực, khối lượng riêng và lực đẩy Ác-si-mét.
Do độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí thông thường rất nhỏ, thông qua truyền dẫn nhiệt nhiệt lượng qua ion và electron rất nhỏ nên đối lưu là phương thức truyền nhiệt lượng chủ yếu của chất lưu. Vận tốc lưu động của lưu dẫn càng lớn thì tốc độ có thể truyền nhiệt đối lưu càng nhanh.
Phân loại đối lưu
Đối lưu hiện nay được chia làm 2 loại bao gồm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức.
Đối lưu tự nhiên: được sản sinh bởi sự chênh lệch nhiệt độ hoặc nồng độ. Gradien nhiệt độ bên trong chất lưu sẽ đưa tới gradien mật độ biến hoá. Nếu lưu chất có mật độ thấp ở phía dưới, chất lưu mật độ cao ở phía trên, thì nhờ tác dụng trọng lực sẽ hình thành đối lưu tự nhiên.
Đối lưu cưỡng bức: hình thành và thức đẩy tốc độ đối lưu bởi ngoại lực. Nhờ tác dụng của ngoại lực vận tốc lưu động của chất lỏng và chất khí chuyển động rất nhanh, nhờ đó có thể thực hiện truyền nhiệt đối lưu mau chóng. Dựa vào tác dụng của ngoại lực bên ngoài giúp lưu dẫn lưu động tuần hoàn, từ đó sự truyền nhiệt được gọi là đối lưu cưỡng bức.
Hiện tượng đối lưu là gì?
– Đối lưu là sự truyền nhiệt bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí, đó là hình thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí.
– Đối lưu là lưu động của các bộ phận bên trong chất lỏng hoặc chất khí. Đối lưu mà do chênh lệch nồng độ hoặc chênh lệch nhiệt độ đưa đến biến hoá mật độ nên sản sinh gọi là đối lưu tự nhiên; đối lưu mà bởi vì sự thúc đẩy của ngoại lực (giống như quấy trộn) cho nên sản sinh gọi là đối lưu cưỡng bách. Đối với điện giải dịch mà nói, chất hoà lẫn sẽ di động thuận theo chất lỏng, là một thứ loại hình của quá trình chuyển giao vật chất trong hoá học điện.
Bức xạ nhiệt
Bức xạ nhiệt là sự truyền nhiệt bằng các tia nhiệt đi thẳng – Hơn cả, bức xạ nhiệt có thể xảy ra trong chân không và các môi trường chân không nhân tạo.
Lưu ý: Cơ chế bức xạ nhiệt là sự thu và phát năng lượng của các nguyên tử khi electron trong vật chất chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Bức xạ nhiệt có cùng bản chất với bức xạ thẳng, phản xạ và khúc xạ… qua đó, ta có thể giải thích các đặc điểm khả năng hấp thụ tia nhiệt của các vật có cấu tạo khác nhau.
Đối lưu khí quyển
Tầng đối lưu là phần thấp nhất của các tầng trong khí quyển của một số hành tinh trong đó có Trái Đất. Phần lớn hiện tượng thiên nhiên gắn với con người hàng ngày đều diễn ra ở tầng đối lưu. Đặc trưng của tầng đối lưu trái đất thể hiện ở các dòng đối lưu của không khí nóng, không khí nóng từ bề mặt bốc lên cao và lạnh đi. Hiện tượng đối lưu đã chính là tên gọi cho tầng này.
Hiện tượng đối lưu trong đời sống
Gió từ biển
Trên biển, khi trời nóng đất liền nhanh nóng hơn nước biển, vì vậy vào buổi nắng gắt thì gió từ biển thổi vào rất mạnh, nhưng đất liền cũng giảm nhiệt nhanh hơn nước biển vì vậy vào ban đêm gió sẽ thổi từ đất liền ra biển.
Đây được coi là 1 hiện tượng thú vị của đối lưu và đó là lý do tại sao bạn cảm thấy mát mẻ hơn khi nhìn ra biển vào buổi chiều và tối và trong một ngày nắng nóng. Vào ban đêm điều ngược lại xảy ra, gió mát từ đất liền.
Đun sôi nước
Khi cho nước vào ấm hoặc nồi nấu, khi thực hiện đun các lớp nước tại đáy nhất sẽ được đốt nóng trước. Sau đó, nước nở ra –> khối lượng riêng của nó giảm đi, do đó nước lạnh sẽ dịch chuyển xuống dưới và nước nóng nổi lên trên cùng. Theo 1 vòng tuần hoàn khép kín thì vào 1 thời điểm nào đó nước trong ấm sẽ có nhiệt độ như nhau.
Dòng chảy đại dương
Nước ngầm dưới lòng biển hoạt động theo cách tương tự với không khí trong khí quyển. Vùng nước ấm hơn luôn ở gần bề mặt, trong khi vùng nước mát hơn ở sâu hơn.
Hiệu ứng Dynamo
Nó xảy ra tại lõi nóng chảy bên trong hành tinh và mặt trời, nơi kết hợp với chuyển động quay của Trái đất từ đó tạo ra dòng điện làm phát sinh từ trường Trái đất.
Năng lượng bên trong sao
Những ngôi sao như Mặt trời là những quả cầu khí khổng lồ với nguồn khí chính là Heli và Hidro. Đối lưu và lực hấp dẫn là cơ chế vận chuyển năng lượng chủ yếu ở đây vì các phân tử khí có đủ tự do để di chuyển giữa các khu vực bên trong các ngôi sao.
Ứng dụng của đối lưu
Điều hòa
Máy điều hòa không khí được đặt gần trần của các phòng, để không khí được làm mát, dày đặc hơn, đi xuống và làm mát gần sàn nhà một cách nhanh chóng.
Bộ tản nhiệt chất lỏng
Bộ tản nhiệt chất lỏng là một thiết bị cho phép truyền nhiệt từ chất lỏng có nhiệt độ cao này sang khu vực chất lỏng có nhiệt độ thấp khác và là nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí và cơ cấu làm mát của tản nhiệt trong điện thoại hay máy tính cá nhân hiện nay.
Tháp tản nhiệt
Còn được gọi là tháp làm mát, chúng dùng để tản nhiệt nhiệt cho các nhà máy điện hạt nhân, nhà máy lọc dầu và các cơ sở công nghiệp khác, tháp thực hiện tản nhiệt ra vào không khí, thay vì xuống mặt đất hoặc mặt nước.
Bài tập vận dụng về đối lưu
Bài 1: Trong các hiện tượng nào sau đây, hiện tượng nào liên quan đến dẫn nhiệt?
A. Dùng một que sắt dài đưa một đầu vào bếp than đang cháy đỏ, một lúc sau cầm đầu còn lại ta thấy nóng tay.
B. Nhúng một đầu chiếc thìa bằng nhôm vào một cốc nước sôi tay ta có cảm giác nóng lên.
C. Đứng gần đống lửa ta thấy nóng người lên
D. Các trường hợp nêu trên đều liên quan đến hiện tượng dẫn nhiệt.
Lời giải:
Đáp án: D
Cả 3 hiện tượng trên đều là hiện tượng dẫn nhiệt. Đưa que sắt vào bếp than, nhúng thìa nhôm vào cốc nước nóng là quá trình dẫn nhiệt. Người thấy nóng khi đứng gần đống lửa là quá trình bức xạ nhiệt.
Bài 2: Ở những nơi có mùa đông giá lạnh, khi làm cửa sổ người ta thường làm cửa sổ có hai hay ba lớp kính? Lý do là vì:
A. Đề phòng lớp này vỡ thì còn có lớp khác.
B. Không khí giữa hai tấm kính cách nhiệt tốt làm giảm sự mất nhiệt trong nhà.
C. Để tăng thêm bề dày của kính.
D. Để tránh gió lạnh thổi vào nhà.
Lời giải:
Đáp án: B
Người ta làm như thế là để ngăn cách quá trình truyền nhiệt từ trong nhà ra ngoài thông qua cửa sổ. Lớp không khí ở giữa được dùng như một lớp cách nhiệt.
Bài 3: Cho các vật liệu sau đây: gỗ, nước biển, thép, bạc, nhôm. Thứ tự sắp xếp nào sau đây là đúng với khả năng dẫn nhiệt theo quy luật tăng dần?
A. Gỗ, nước biển, thép.
B. Thép, gỗ, nước biển.
C. Thép, nước biển, gỗ.
D. Nước biển, thép, gỗ.
Lời giải:
Đáp án: A
– Trong các vật liệu thì kim loại dẫn nhiệt rất tốt, nước dẫn nhiệt tốt và gỗ dẫn nhiệt kém.
– Vì vậy thứ tự sắp xếp là Gỗ, nước biển, thép.
Bài 4: Khi nói về quá trình truyền nhiệt, trong các ý kiến dưới đây, ý kiến nào chưa chính xác?
A. Chất khí đậm đặc dẫn nhiệt tốt hơn chất khí loãng.
B. Sự truyền nhiệt bằng hình thức dẫn nhiệt chủ yếu xảy ra trong chất rắn.
C. Truyền nhiệt trong chất khí chủ yếu bằng hình thức đối lưu
D. Khả năng dẫn nhiệt của tất cả các chất rắn là như nhau.
Đáp án: D
Các chất khác nhau thì khả năng dẫn nhiệt khác nhau. Các chất rắn cũng có chất dẫn nhiệt tốt, có chất lại dẫn nhiệt kém
Bài 5: Cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau. Nhiệt được truyền từ vật nào sang vật nào? Chọn câu trả lời đúng nhất.
A. Từ vật có khối lượng lớn hơn sang vật có khối lượng nhỏ hơn.
B. Từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn.
C. Từ vật có nhiệt năng lớn hơn sang vật có nhiệt năng nhỏ hơn.
D. Từ vật ở trên cao sang vật ở dưới thấp
Đáp án: B
Trong quá trình truyền nhiệt, nhiệt năng được truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp.
Bài 6: Vì sao vào mùa đông, khi ra ngoài ta mặc áo bông thì giữ ấm được cơ thể?
A. Vì bông xốp bên trong áo bông có chứa không khí mà không khí dẫn nhiệt kém nên hạn chế sự dẫn nhiệt từ cơ thể ra ngoài.
B. Sợi bông có thể hấp thụ được nhiệt từ mặt trời, làm cho áo nóng lên và ấm hơn
C. Áo bông truyền cho cơ thể nhiều nhiệt lượng hơn áo thường.
D. Khi ta vận động các sợi bông cọ xát vào nhau làm tăng nhệt độ bên trong áo bông.
Đáp án: A
Vì bên trong áo bông có rất nhiều không khí, chúng trở thành lớp cách nhiệt, ngăn không cho nhiệt năng từ cơ thể ta truyền ra môi trường bên ngoài.
Bài 7: Một bức tượng bằng gỗ và một bức tượng bằng đồng có cùng nhiệt độ. Khi sờ tay vào bức tượng đồng ta cảm thấy lạnh hơn bức tượng gỗ. Tại sao?
A. Ta nhận nhiệt lượng từ tượng đồng ít hơn từ tượng gỗ.
B. Tay ta làm tăng nhiệt độ của hai bức tượng nhưng nhiệt độ của tượng đồng tăng ít hơn.
C. Đồng dẫn nhiệt tốt hơn gỗ nên khi sờ vào tượng đồng ta mất nhiệt lượng nhiều hơn khi ta sờ tay vào tượng gỗ.
D. Tay ta làm nhiệt độ tượng đồng giảm xuống và làm nhiệt độ tượng gỗ tăng thêm.
Đáp án: C
Vì đồng là kim loại dẫn nhiệt tốt, và tốt hơn gỗ nhiều. Nên nên khi sờ vào tượng đồng ta mất nhiệt lượng nhiều hơn khi ta sờ tay vào tượng gỗ.
Bài 8:
A. Vì số áo mỏng nhiều hơn một áo dày.
B. Vì nhiều áo mỏng giữ được nhiệt ấm hơn.
C. Vì khi ta vận động các lớp áo mỏng cọ xát vào nhau sinh ra nhiệt
D. Vì không khí giữa các lớp áo mỏng dẫn nhiệt kém.
Đáp án: D
Vì khi mặc nhiều áo mỏng thì giữa các lớp áo có 1 lớp không khí. Lớp không khí này ngăn cản quá trình truyền nhiệt từ cơ thể ra môi trường bên ngoài, nên ta cảm thấy ấm hơn là mặc một áo dày.
Bài 9: Tại sao khi đun nước bằng ấm nhôm và bằng ấm đất trên cùng một bếp lửa thì nước trong ấm nhôm chóng sôi hơn?
– Vì nhôm dẫn nhiệt tốt hơn đất. Nên khi đun nước bằng ấm nhôm thì nhiệt từ ngọn lửa truyền đến nước tốt hơn khi đun bằng ấm đất.
Do dó nước trong ấm nhôm sôi nhanh hơn
Bài 10: Trong chất lỏng và chất khí thì quá trình truyền nhiệt đối lưu xảy ra rất tốt. Tại sao trong chất rắn không xảy ra đối lưu?
– Do đó quá trình truyền nhiệt đối lưu xảy ra với chất lỏng, chất khí rất tốt nhưng không xảy ra với chất rắn. Vì các phân tử của chất rắn liên kết với nhau rất chặt, chúng không thể di chuyển thành dòng được.
Bài 11: Hằng ngày Trái Đất nhận rất nhiều nhiệt năng truyền đến từ Mặt Trời. Nhiệt Năng từ Mặt Trời truyền xuống Trái Đất bằng cách nào?
Bức xạ nhiệt. Nhiệt năng từ mặt trời truyền xuống Trái Đất phải đi qua một vùng chân không, ở đây không thể truyền nhiệt bằng hình thức đối lưu được. Và Mặt Trời ở rất xa Trái đất nên cũng không truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt được.
Bài 12: Những người uống trà, cà phê nóng thường bỏ một cái thìa kim loại (tốt nhất là bằng bạc) vào cốc trước khi rót nước sôi vào đó. Vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt giải thích tại sao họ làm như vậy?
– Vì kim loại dẫn nhiệt rất tốt nên nhiệt độ của thìa gần như bằng nhiệt độ của chất lỏng (trà, cà phê) trong cốc. Do đó khi chạm tay vào thìa ta có thể ước chừng được nhiệt độ của chất lỏng có trong cốc.
Từ đó ta có thể xác định được việc đã nên uống trà, cà phê chưa, hay là nó còn quá nóng, uống vào có thể gây bỏng.
Bài 13: Tại sao các bể chứa xăng của các xe chở xăng dầu thường được sơn phủ một lớp nhũ màu trắng bạc?
********************
Đăng bởi: Trường THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Tổng hợp
