Tìm hiểu khái niệm nhiệt độ là gì? thang nhiệt giai, xác định nhiệt độ của một vật
1/ Nhiệt độ là gì?
Nhiệt độ là một đại lượng vật lí đo lường mức độ nóng hay lạnh của một vật hay môi trường. Nó được đo bằng đơn vị độ C hay độ F và thường được sử dụng để mô tả tình trạng nhiệt độ của không khí, nước, đất, hoặc các vật thể khác trong cuộc sống hàng ngày. Nhiệt độ cũng là một yếu tố quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật như vật liệu, điện tử, hóa học, vật li, và sinh học.
Không giống như các đại lượng vật lí đã được học trong chương trình vật lí phổ thông, khái niệm nhiệt độ là gì là một khái niệm rất rộng bao gồm nhiều lĩnh vực vật lí khác nhau cùng liên quan. Trong phạm vi bài viết tác giả định nghĩa nhiệt độ một cách đơn giản nhất là đại lượng vật lí đặc trưng cho sự nóng, lạnh của một vật (hệ vật) trong hệ quy chiếu ta chọn.
Ví dụ: nhiệt độ cơ thể con người ổn định ở 36,5oC, nếu nhiệt độ môi trường xung quanh cơ thể con người xuống dưới 15oC bạn sẽ cảm thấy lạnh, và ngược lại nhiệt độ môi trường từ khoảng 35oC trở lên bạn sẽ cảm thấy nóng bức.
2/ Các thang đo nhiệt độ:
Để đo nhiệt độ của một vật (hệ vật) trong vật lí phải xây dựng một thang đo chuẩn chung gọi là các thang nhiệt giai. Các thang nhiệt giai hay dùng
a/ Thang nhiệt giai Celsius
(1701-1744) đặt theo tên nhà vật lí người Thụy Điển:
Thang nhiệt giai Celsius xác định nhiệt độ của các vật theo độ C (viết tắt oC) đây là thang nhiệt độ quen thuộc với hầu hết mọi người. Chỉ cần nói vật đó có nhiệt độ 100oC trong đầu bạn đã hình dung ra ngay vật đó là một vật rất nóng không nên chạm vào vì có nguy cơ bị bỏng cao.
Thang nhiệt giai Celsius lấy nhiệt độ của nước khi đóng băng và nhiệt độ sôi của nước làm chuẩn. Sau đó chia nhỏ thành 100 vạch chia, mỗi vạch chia ứng với 1 độ => nước đóng băng ở nhiệt độ 0oC và sôi ở nhiệt độ 100oC trong điều kiện áp suất tiêu chuẩn.
b/ Thang nhiệt giai Fahrenheit
(1686–1736) đặt theo tên nhà vật lí người Đức
Thang nhiệt giai Fahrenheit xác định nhiệt độ của các vật theo độ F (viết tắt là oF). Thang nhiệt giai Fahrenheit được sử dụng chủ yếu ở các nước Châu Âu. Nhà vật lí Fahrenheit đã chọn gốc 0 độ là nhiệt độ thấp nhất của mùa đông 1708 tại thành phố Gdansk quê hương của ông.
Liên hệ giữa thang nhiệt giai Fahrenheit và nhiệt giai Celsius
\[^{o}C=\dfrac{5}{9}(^{o}F-32)\]
c/ Thang nhiệt giai Kelvin
(1824-1907) đặt theo tên nhà vật lí người Anh, William Thomson sau này được phong tước hiệu là huân tước Kelvin.
Thang nhiệt giai Kelvin xác định nhiệt độ của các vật theo độ K (viết tắt là K). Thang nhiệt giai Kelvin đưa đến khái niệm độ không tuyệt đối (nhiệt độ theo lý thuyết mà tại đó không thể xuống thấp hơn được nữa)
Liên hệ giữa thang nhiệt giai Kelvin và nhiệt giai Celsius
\[K=^{o}C+273)\]
3/ Phương pháp đo nhiệt độ:
a/ phương pháp đo trực tiếp:
Tính chất vật lí chung của nhiệt độ là luôn truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn. Lợi dụng tính chất này cho tiếp xúc nhiệt kế vào vật cần đo, nhiệt độ từ vật sẽ truyền sang nhiệt kế cho đến khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt thì số chỉ của nhiệt kế chính là số chỉ nhiệt độ của vật.
Hạn chế của phương pháp đo trực tiếp: do nhiệt độ có thể truyền ra ngoài môi trường xung quanh nên phương pháp đo trực tiếp có nhiều sai số trong phép đo. Ngoài ra cách đo trực tiếp không thể áp dụng cho các vật có nhiệt độ quá cao hoặc ở quá xa.
b/ Phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp:
Có nhiều cách đo nhiệt độ gián tiếp, trong phạm vi bài viết tác giả chỉ giới thiệu phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp thông qua quang phổ của vật phát ra.
Khi một vật thay đổi nhiệt độ, ánh sáng (quang phổ) do vật đó phát ra cũng biến đổi theo. Bằng cách so sánh quang phổ của vật đó phát ra với một bảng quang phổ (đã biết nhiệt độ tương ứng) người ta có thể xác định được nhiệt độ của vật cần đo.
Nhờ phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp, các nhà vật lí có thể xác định được nhiệt độ của Mặt Trời (khoảng 6000oC ở bề mặt) và các hành tinh, ngôi sao ở rất xa trong vũ trụ.