Tại sao nhiệt truyền từ nơi nóng hơn sang nơi lạnh hơn?

Năng lượng nhiệt, còn gọi là nhiệt năng, hay nói đơn giản là nhiệt, được truyền từ nơi này sang nơi khác bằng các hạt va chạm vào nhau.

Khi năng lượng nhiệt được truyền từ vật này sang vật khác, hệ thống này sang hệ thống khác, các hạt chuyển động nhanh sẽ va chạm với các hạt chuyển động chậm hơn. Khi chúng va chạm, hạt chuyển động nhanh hơn sẽ truyền một phần năng lượng của nó sang hạt chuyển động chậm hơn, quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả các hạt hoạt động ở cùng một tốc độ. Điều này được gọi là cân bằng nhiệt.

Nhiệt độ của vật càng cao, năng lượng nhiệt của vật càng lớn, các hạt chuyển động càng nhanh hơn.

Năng lượng nhiệt luôn truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn sang nơi có nhiệt độ thấp hơn. Chẳng hạn, khi bạn bỏ một viên đá vào ly nước, năng lượng nhiệt sẽ truyền từ nước (ấm hơn) sang viên đá (lạnh hơn) cho đến khi viên đá tan dần. Khi ấy, nhiệt độ của nước uống cũng giảm xuống vì nhiệt năng trong nước được sử dụng để làm tan đá. Trường hợp này, bản thân nước là một nguồn năng lượng nhiệt.

Năng lượng nhiệt và nhiệt độ là khác nhau. Năng lượng nhiệt đề cập đến sự truyền năng lượng giữa các vật thể, trong khi nhiệt độ được xác định bởi năng lượng chứa trong một vật thể. Nói cách khác, năng lượng nhiệt là một dạng năng lượng, còn nhiệt độ là thước đo năng lượng.

Tất cả vật chất đều chứa năng lượng nhiệt. Càng có nhiều năng lượng nhiệt thì vật đó hoặc khu vực đó sẽ càng nóng.

Có ba cách cơ bản để truyền nhiệt: đối lưu (convection), dẫn nhiệt (conduction) và bức xạ (radiation).

● Đối lưu: Là hình thức năng lượng nhiệt truyền qua chất khí hoặc chất lỏng. Lò vi sóng là ví dụ. Khi lò vi sóng được bật lên, năng lượng nhiệt tỏa ra, truyền nhiệt theo hình thức đối lưu, làm cho thức ăn đặt vào trong lò nóng lên hoặc được làm chín.

● Dẫn nhiệt: Là hình thức truyền nhiệt phổ biến nhất, thông qua tiếp xúc vật lý, năng lượng nhiệt được truyền từ chất rắn này sang chất rắn khác, từ vật ấm hơn sang vật lạnh hơn. Bạn có thể thấy ví dụ về điều này khi nấu ăn trên bếp. Khi bếp nấu ăn được bật lên, mặt bếp rất nóng, nó là một nguồn năng lượng nhiệt. Bạn đặt bất cứ nồi hay chảo nguội trên bếp đang nóng, năng lượng nhiệt sẽ được truyền từ bếp sang nồi, chảo, từ đó làm nồi, chảo nóng lên.

● Bức xạ: Là hình thức truyền nhiệt dưới dạng hạt hoặc sóng trong môi trường chân không (không gian), nó là một dạng năng lượng điện từ. Bất kỳ vật nào đang tỏa năng lượng đều có thể cảm nhận được nhiệt mà không cần kết nối trực tiếp. Vật càng nóng, nhiệt năng tỏa ra càng nhiều. Bạn có thể thấy điều này qua sức nóng của mặt trời. Mặt trời tạo ra một lượng nhiệt cực lớn. Một phần nhỏ năng lượng nhiệt này xuyên qua bầu khí quyển, chiếu đến Trái đất, dưới dạng ánh sáng. Sự truyền năng lượng nhiệt theo cách này được gọi là bức xạ nhiệt. Con người biết cách sử dụng bức xạ mặt trời (một dạng năng lượng nhiệt) biến đổi quang năng thành điện năng.