Vật liệu cách nhiệt và giữ nhiệt
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em giải thích được cấu tạo của phích nước và một số vật liệu cách nhiệt khác (áo ấm nhiều lớp, cửa kính hai lớp) chặn cả ba hình thức truyền nhiệt như thế nào.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước đã so sánh ba hình thức truyền nhiệt theo môi trường cần có. Bài này áp dụng hiểu biết đó để phân tích một thiết bị thực tế rất quen thuộc — phích nước — và một vài vật liệu cách nhiệt khác trong đời sống.
Nước sôi đổ vào phích giữ được độ nóng suốt nhiều giờ, nhưng đổ cùng lượng nước đó vào một chiếc cốc thuỷ tinh thường thì chỉ vài chục phút sau đã nguội hẳn. Vì sao cùng là chứa nước nóng, hai vật dụng lại giữ nhiệt khác nhau đến vậy?
Kiến thức trọng tâm
- 1
Giải thích vì sao nước sôi đổ vào phích giữ nóng được nhiều giờ, còn đổ vào cốc thuỷ tinh thường thì nguội chỉ sau vài chục phút.
- 2
Ta có phích có khoảng chân không giữa hai lớp thuỷ tinh, chặn cả dẫn nhiệt và đối lưu ra môi trường bên ngoài, cùng lớp tráng bạc phản xạ phần lớn bức xạ nhiệt trở lại.
- 3
Cốc thuỷ tinh thường không có khoảng chân không cách nhiệt, cũng không có lớp phản xạ bức xạ, nên nhiệt từ nước nóng thoát ra môi trường qua cả ba hình thức truyền nhiệt gần như tự do.
- 4
Vậy phích giữ nhiệt tốt hơn nhiều nhờ thiết kế chặn đồng thời cả ba con đường truyền nhiệt, trong khi cốc thuỷ tinh thường hầu như không cản trở con đường nào.
- 1
Hai chiếc áo có cùng tổng độ dày vải: một chiếc chỉ có một lớp vải dày, một chiếc có ba lớp vải mỏng ghép lại. Áo nào giữ ấm tốt hơn khi mặc ra ngoài trời lạnh? Giải thích.
- 2
Ta có áo một lớp dày chỉ có phần vải liên tục, không có khoảng không khí tĩnh xen giữa để hỗ trợ cách nhiệt thêm.
- 3
Do ba lớp vải mỏng ghép lại tạo ra hai khoảng không khí tĩnh xen giữa các lớp; không khí dẫn nhiệt kém hơn vải, và vì không khí này gần như đứng yên nên đối lưu cũng bị hạn chế.
- 4
Vậy áo ba lớp mỏng thường giữ ấm tốt hơn áo một lớp dày có cùng tổng độ dày, vì tận dụng thêm các lớp không khí tĩnh xen giữa để cản dẫn nhiệt và đối lưu, giống hệt nguyên lý dùng trong phích nước.
Nhiều học sinh nghĩ phích giữ nhiệt tốt là do "thuỷ tinh cách nhiệt tốt", trong khi thuỷ tinh chỉ là vật liệu làm vỏ chứa — vai trò cách nhiệt quyết định thực sự thuộc về khoảng CHÂN KHÔNG giữa hai lớp thuỷ tinh và LỚP TRÁNG BẠC, không phải bản thân thuỷ tinh.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Phích nước giữ nhiệt nhờ ba bộ phận phối hợp: khoảng chân không (chặn dẫn nhiệt, đối lưu), lớp tráng bạc (chặn bức xạ nhiệt), nút đậy kín (chặn thất thoát qua miệng). Áo ấm, cửa kính hai lớp áp dụng cùng nguyên lý dùng lớp không khí tĩnh để cách nhiệt.
Chương cuối cùng của khoá học tổng hợp cả ba hình thức truyền nhiệt để giải thích các hiện tượng thực tế phức tạp hơn, như nhà kính và bếp than hoạt động — nơi cả ba hình thức phối hợp cùng lúc, rồi kết hợp thêm với tính toán nhiệt lượng.