Nước nóng đi lên, nước lạnh đi xuống
Khi giáo viên đun nước từ dưới, chất màu giúp quan sát dòng nước đi lên ở vùng được đun, rồi lan sang các vùng khác. Nước mát hơn đi xuống thay chỗ. Đây không chỉ là năng lượng truyền giữa các hạt lân cận: các lớp nước cũng di chuyển.
Nước phía dưới nóng lên, nở ra nên khối lượng riêng giảm và nổi lên trong vùng nước lạnh hơn. **Đối lưu** là sự truyền năng lượng nhờ các dòng chất lỏng hoặc chất khí di chuyển. Chất lỏng và chất khí được gọi chung là chất lưu.
Trong chất rắn không có các lớp chất lưu di chuyển kiểu này; chân không không có chất lưu, nên cũng không có đối lưu.
Bài luyện
Khi đun nước ở đáy bình trong điều kiện thông thường, mô tả nào phù hợp với đối lưu?
Chiều này ngược với dòng đối lưu đang xét.
Đối lưu còn có chuyển động của các lớp nước.
Đúng: dòng chất lưu mang theo năng lượng.
Nước nở ra làm khối lượng riêng giảm, không phải phân tử mất khối lượng.
Lời giải
Nước gần đáy nóng lên và nở ra, khối lượng riêng giảm nên đi lên trong nước mát hơn. Nước mát đi xuống thay chỗ, tạo dòng đối lưu và mang năng lượng sang vùng khác. Đáp án C.
Bài luyện
Đối lưu có thể xảy ra trong những môi trường nào đang xét?
Hai môi trường này không có dòng chất lưu kiểu đang xét.
Truyền nhiệt trong chất rắn không dựa vào dòng đối lưu.
Chân không không có chất lưu để tạo dòng.
Đúng: đây là các môi trường có dòng chất lưu.
Lời giải
Đối lưu cần sự di chuyển của các lớp chất lưu. Chất lỏng và chất khí đáp ứng điều này; chất rắn và chân không không tạo dòng đối lưu đang học. Đáp án D.
Đun phía trên và đun phía dưới khác nhau
Đun nước ở đáy tạo dòng nước nóng đi lên, giúp những vùng khác nóng nhanh hơn. Nếu chỉ đun phần trên, nước nóng ít đi xuống để thay nước lạnh ở đáy, nên phần dưới nóng chậm hơn. Nước dẫn nhiệt kém; không thể chỉ nhìn nơi đun nóng rồi kết luận toàn bộ bình có cùng nhiệt độ.
Trong không khí cũng có đối lưu. Không khí ở gần nguồn nóng nở ra, có khối lượng riêng nhỏ hơn và đi lên; luồng khí này có thể làm cánh quạt của đèn kéo quân quay. Không phải bản thân năng lượng nhiệt có khối lượng nhỏ nên tự bay lên.
Bài luyện
Luồng không khí đi lên trên nguồn nóng làm cánh quạt nhẹ quay. Giải thích nào phù hợp?
Đúng: dòng khí đối lưu làm cánh quạt chuyển động.
Hiện tượng đang xét có dòng không khí đi lên.
Không khí nóng nở ra nên khối lượng riêng nhỏ hơn vùng mát.
Dòng không khí di chuyển và tác dụng lực lên cánh.
Lời giải
Không khí gần nguồn nóng nở ra và có khối lượng riêng nhỏ hơn vùng khí mát, nên đi lên. Dòng khí này tác dụng lực lên cánh quạt nhẹ và làm nó quay. Đáp án A.