Trả lời nhanh
Nhiệt kế thường dùng hoạt động dựa trên hiện tượng dãn nở vì nhiệt của chất lỏng. Khi nhiệt độ tăng, chất lỏng trong bầu nhiệt kế (rượu có nhuộm màu hoặc thủy ngân) nở ra và dâng lên trong ống thủy tinh hẹp; khi nhiệt độ giảm, nó co lại và tụt xuống. Vị trí đầu cột chất lỏng trên thang chia cho biết nhiệt độ.
Giải thích vì sao đáp án là dãn nở vì nhiệt của chất lỏng
Hầu hết các chất đều nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. Nhiệt kế tận dụng điều đó: chất lỏng chứa trong một bầu thủy tinh nhỏ nối với ống rất hẹp. Chỉ cần thể tích tăng một chút, cột chất lỏng trong ống đã dịch chuyển rõ rệt nên ta dễ quan sát.
Nếu đề bài cho bốn phương án quen thuộc, hãy chọn phương án nói về dãn nở vì nhiệt của chất lỏng. Phương án “chất khí” hay “chất rắn” đều không phải cơ chế của nhiệt kế thông dụng trong phòng học và gia đình.
Vì sao không phải chất rắn hay chất khí?
- Chất rắn: nở vì nhiệt rất ít, độ thay đổi nhỏ nên khó đọc bằng mắt thường. Chỉ một số dụng cụ đặc biệt (như nhiệt kế kim loại dạng lưỡng kim) dùng nguyên lý này.
- Chất khí: nở rất nhiều nhưng chịu ảnh hưởng mạnh của áp suất khí quyển, bình chứa lại cồng kềnh nên không tiện dùng hằng ngày.
- Chất lỏng: nở vừa phải, đều, dễ nhìn thấy trong ống hẹp, bình chứa nhỏ gọn, rẻ và bền. Vì vậy đây là lựa chọn phổ biến nhất.
Các loại nhiệt kế thường gặp
| Loại nhiệt kế | Chất bên trong | Nguyên lý | Công dụng |
|---|---|---|---|
| Nhiệt kế rượu | Rượu pha màu đỏ | Dãn nở vì nhiệt của chất lỏng | Đo nhiệt độ không khí, phòng học |
| Nhiệt kế thủy ngân | Thủy ngân | Dãn nở vì nhiệt của chất lỏng | Phòng thí nghiệm, nhiệt kế y tế cũ |
| Nhiệt kế điện tử | Cảm biến nhiệt | Thay đổi tính chất điện theo nhiệt độ | Đo thân nhiệt, hiện số |
| Nhiệt kế hồng ngoại | Cảm biến hồng ngoại | Thu bức xạ nhiệt của vật | Đo nhanh trán, tai |
Lưu ý: đề bài hỏi “nhiệt kế thường dùng” nên hiểu là loại nhiệt kế chất lỏng. Nhiệt kế điện tử và hồng ngoại không dựa trên sự dãn nở.
Vì sao chọn rượu hoặc thủy ngân?
- Rượu: đông đặc ở khoảng −117 °C nên đo được nhiệt độ rất thấp; không độc như thủy ngân nhưng sôi ở khoảng 78 °C nên không đo được nước sôi.
- Thủy ngân: đông đặc ở khoảng −39 °C, sôi ở khoảng 357 °C nên đo được khoảng nhiệt rộng; tuy nhiên độc, cần cẩn thận khi vỡ.
Nhiệt kế y tế thủy ngân còn có một chỗ thắt ở gần bầu. Nhờ đó cột thủy ngân không tụt xuống ngay khi rút ra khỏi cơ thể, ta có thời gian đọc kết quả.
Cách chia độ theo thang Celsius
Người ta nhúng nhiệt kế vào nước đá đang tan và đánh dấu 0 °C, rồi nhúng vào nước đang sôi (áp suất khí quyển chuẩn) và đánh dấu 100 °C. Khoảng giữa được chia thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần là 1 °C.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “dãn nở vì nhiệt” với “nóng chảy” hay “bay hơi”: nhiệt kế vẫn ở thể lỏng, chỉ thay đổi thể tích.
- Dùng nhiệt kế rượu đo nước sôi: rượu sôi sớm hơn nên có thể làm hỏng nhiệt kế.
- Đọc nhiệt kế khi bầu chưa tiếp xúc đủ lâu với vật, hoặc nhìn lệch mắt so với đầu cột chất lỏng.
Bài luyện tập
Bài 1. Vì sao ống thủy tinh của nhiệt kế phải làm rất hẹp?
Đáp án: Ống hẹp khiến một lượng nở nhỏ của chất lỏng cũng làm cột dâng lên đáng kể, nên nhiệt kế nhạy và dễ đọc.
Bài 2. Chọn nhiệt kế nào để đo nhiệt độ nước đang sôi: rượu hay thủy ngân? Vì sao?
Đáp án: Thủy ngân, vì thủy ngân sôi ở khoảng 357 °C, cao hơn 100 °C nhiều; còn rượu sôi ở khoảng 78 °C nên không đo được.
Bài 3 (ví dụ tự đặt). Một nhiệt kế có cột chất lỏng dài 2 cm ở 0 °C và 22 cm ở 100 °C. Hỏi cột dài bao nhiêu ở 35 °C?
Đáp án: Mỗi 1 °C ứng với (22 − 2) : 100 = 0,2 cm. Ở 35 °C cột dài 2 + 35 × 0,2 = 9 cm.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt kế thường dùng hoạt động dựa trên hiện tượng nào?
Dựa trên hiện tượng dãn nở vì nhiệt của chất lỏng: chất lỏng trong bầu nở ra khi nóng và co lại khi lạnh, làm cột chất lỏng dâng hoặc tụt trong ống.
Nhiệt kế điện tử có hoạt động theo nguyên lý dãn nở vì nhiệt không?
Không. Nhiệt kế điện tử dùng cảm biến có tính chất điện thay đổi theo nhiệt độ, còn nhiệt kế hồng ngoại thu bức xạ nhiệt của vật.
Vì sao không dùng nhiệt kế rượu để đo nước sôi?
Vì rượu sôi ở khoảng 78 °C, thấp hơn nhiệt độ sôi của nước (100 °C) nên rượu hóa hơi và làm hỏng nhiệt kế.
Vì sao nhiệt kế y tế có chỗ thắt ở gần bầu?
Chỗ thắt giữ cho cột thủy ngân không tụt xuống ngay khi lấy nhiệt kế ra khỏi cơ thể, giúp ta đọc được nhiệt độ chính xác.