Nhiệt năng là gì? Ứng dụng tạo điện năng từ nhiệt năng

Chu Văn An

Năng lượng nhiệt là gì? Có rất nhiều loại năng lượng khác nhau trong môi trường xung quanh chúng ta và nhiệt là một trong số đó. Vậy nhiệt năng của một vật là gì và ứng dụng năng lượng này như thế nào? Hãy cùng khám phá rõ ràng hơn với bài viết dưới đây.

1. Nhiệt năng là gì?

Trong vật lý, nhiệt năng là đại lượng mà chúng ta đã tiếp xúc từ khi còn đi học. Về mặt lý thuyết, nhiệt năng là loại năng lượng được tổng hợp từ toàn bộ động năng được tạo ra thông qua một vật chất thông qua chuyển động của các hạt cấu tạo nên nó. Từ đây ta biết nhiệt năng sẽ phụ thuộc vào động năng.

Các khái niệm về nhiệt độ và năng lượng nhiệt có liên quan chặt chẽ với nhau. Cụ thể, chuyển động của các hạt phân tử cấu tạo nên vật liệu đó nhanh hơn khi nhiệt độ của vật thể tăng lên, từ đó làm tăng mức năng lượng nhiệt.

Vậy nhiệt năng của một vật là gì? Nhiệt năng của một vật là tổng động năng của tất cả các phân tử góp phần tạo nên vật đó. Khi nhiệt năng của một vật tăng lên, các phân tử cấu tạo nên vật đó sẽ chuyển động nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn.

Hình 1: Nhiệt năng là gì?

2. Đơn vị nhiệt năng

• Đơn vị đo nhiệt năng là gì? Joule (J) là đơn vị của nhiệt năng.
• Các bộ phận tạo nên các chất bên trong vật thể được gọi là phân tử và nguyên tử. Các phân tử, nguyên tử này sẽ chuyển động liên tục và không đứng yên. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ di chuyển của chúng càng nhanh. Do đó, nhiệt năng của vật tăng khi nhiệt độ tăng. Theo đó, nhiệt năng của vật giảm khi nhiệt độ giảm. Có thể hiểu, nhiệt năng và nhiệt độ có mối quan hệ mật thiết với nhau.

3. Nhiệt năng và các đại lượng liên quan

3.1. Nhiệt

Về định nghĩa nhiệt năng Nhiệt năng là gì? Khi quá trình truyền nhiệt từ vật này sang vật khác và ngược lại xảy ra thì đây là một phần của quá trình biến đổi vật chất. Nhiệt năng Nhiệt năng có ký hiệu Q. Khi xét hệ đo SI, đơn vị tính cũng là Joule (J).

3.2. Tính nhiệt lượng dựa vào công thức nào?

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

Q = mcΔt

Trong đó:

Khối lượng của một vật (kg) được ký hiệu là m.

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

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

Nhiệt độ ban đầu là t1, nhiệt độ cuối cùng là t2.

3.3. Nhiệt dung riêng

Tổng năng lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một vật trên một đơn vị khối lượng tăng lên được gọi là nhiệt dung riêng. Nhiệt dung riêng của vật liệu cũng là một tính chất vật lý. Vì giá trị của nó tỷ lệ thuận với kích thước của hệ thống được thử nghiệm nên nó cũng là một ví dụ về đặc tính. Nhiệt dung riêng được quy định bằng đơn vị đo là J/kg.K trong hệ thống đo SI.

Hình 2: Nhiệt năng và đại lượng

3.4. Ví dụ, năng lượng nhiệt

Khái niệm nhiệt năng là gì? Ví dụ dưới đây sẽ giúp bạn hiểu khái niệm nhiệt năng một cách chi tiết nhất.

Xoa hai bàn tay vào nhau nhiều lần và nhanh chóng. Bạn sẽ có cảm giác nóng rát ở tay sau một thời gian làm như vậy. Năng lượng nhiệt được giải phóng và năng lượng cơ học được chuyển thành năng lượng nhiệt. Bạn nhận thấy tay bạn càng chà xát nhanh thì nhiệt độ ở tay bạn càng nóng lên. Lúc này, năng lượng nhiệt trong tay tăng lên. Về bản chất, các phân tử bên trong đang chuyển động nhanh hơn và nếu chúng ta dừng lại thì bàn tay sẽ không còn nóng lên nữa và năng lượng nhiệt sẽ lại được chuyển hóa thành cơ năng.

4. Quá trình chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng

Quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng có thể xảy ra bằng cách tạo ra dòng điện cảm ứng trong vật liệu dẫn điện. Hoặc bạn có thể sử dụng tấm bán dẫn Peltier, một ứng dụng công nghệ để thực hiện việc chuyển đổi.

Một phương pháp phổ biến để chuyển nhiệt thành điện là sử dụng hiệu ứng Seebeck. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của vật liệu dẫn điện thì hiệu ứng này sẽ xảy ra. Tại thời điểm này, một sự khác biệt tiềm năng xảy ra và một dòng điện được tạo ra.

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

Trong trường hợp này, việc chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện phụ thuộc vào khả năng vật liệu dẫn điện tạo ra dòng điện khi được làm mát hoặc làm nóng.

Ngoài ra, người ta còn sử dụng tấm bán dẫn Peltier để chuyển đổi điện năng từ năng lượng nhiệt. Có hai lớp bán dẫn P và N được mắc nối tiếp trên tấm bán dẫn Peltier. Nếu nhiệt độ giữa hai mặt của tấm bán dẫn Peltier khác nhau sẽ dẫn đến hiện tượng nạp electron ở một mặt và khuếch đại dòng điện ở mặt kia. Quá trình này có thể được sử dụng để chuyển đổi điện năng và tạo ra dòng điện điều chỉnh nhiệt độ. Nói tóm lại, chúng ta có thể áp dụng hiệu ứng Seebeck trong vật liệu dẫn điện hoặc tấm wafer Peltier để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và chuyển nó thành dòng điện.

Trên đây là những câu trả lời về nhiệt năng là gì? Hy vọng những thông tin trong bài đã bổ sung thêm những kiến ​​thức hữu ích cho các bạn.