Nóng hay lạnh – những điều có thể bạn chưa biết pps

Nóng haylạnh – những điều có
thể bạn chưa biết
Nóng vàlạnh làhai trong nhữngthứ cơ bản nhất mà chúng ta từng trải
nghiệmtrong cuộc sống – nhưngbạn cóbiết, chỉ một trong haicảm giác đó thật sự
tồn tại mà thôi.
Nhậnthêm nhiệt –khoảng 16triệu độ Kelvin – và các chất khí trên mặt trời
chuyển thành plasma.(Ảnh:Hinode JAXA/NASA)
Bạn khôngcần phải sống ở Australiahay châu Phi để biết thế nào là nóng
bức. Nó là năng lượng thuần túy, và khi bạn muốnlàm cho cái gì đó nóng lên, bạn
chỉ việc thêm năng lượng vàochúng.
Nhưng chẳng cócái gì lạnhcả: lạnh chỉ một sự thiếu nhiệt màthôi. Cho nên,
khi bạnlàm mộtcái gì đó lạnhđí, bạnchẳng thêm lạnh vào chonó, mà bạnđang lấy
nhiệt ra khỏi nó.
Đó lànguyênlíhoạt động của tủ lạnh – chúng rút nhiệtra khỏi thựcphẩm và
tống chúng rangoài phía sau tủ. Nhiệt liên tụcdi chuyển từ nhữngvật nóng hơn
sang những vậtlạnh hơn, vàđiều đó sẽ vẫn diễn ra chođến khi mọi thứ trong vũ
trụ là một khối băng giá có nhiệt độ bằng nhauhết.
Không có giớihạn trên cho độ nóng mà mọi vật có thể đạttới, nhưng cho dù
bạn là ai và bạn đang ở đâu, khônggìcó thể lạnh hơn-273 ° C. Để tìm hiểunguyên
do, bạncần biếtxem cái gì thật sự xảy ra khi mọi thứ nónglên hoặc“khôngnóng
lên”.
Các nguyên tử bên trongcác chất rắn như đá chẳng hạn bị khóa tại chỗ nên
khódi chuyển ở nhiệt độ phòng. (iStockphoto)
Cái gì xảy ra khi mọi thứ nóng lên
Khi bạnthêm nhiệt vào cái gìđó làbạn cấp thêm năng lượng chocác nguyên
tử của nó. Các nguyên tử không có pin nguồnhay bộ phậnnào tươngứngnhư vậy,
nên chúng khôngthể dự trữ phần năng lượngthêm vào. Mọithứ chúngcó thể là sử
dụngnó để tiến thẳng tới. Vàchúng dùngnó để chuyển động. Nếu bạn cấp cho
chúng thêm một ít năng lượng,thìchúngdaođộng nhanhhơn một chút. Cho chúng
nhiều năng lượng thì chúngthật sự được giải phóng.
Nghe thì có vẻ không giống lắm,nhưng chuyển động ở cấp độ nguyên tử là

cái làm cho các chất rắn tanchảy, và chất lỏng bay hơi.
Các nguyên tử sử dụngnăng lượng từ nhiệt cungcấp để vượt qua một trong
thực tế không thể phủ nhận của cuộc sống:chúng đều bị hútlẫn nhau. Khôngphải
loại lực hút mạnh dẫn tới các liên kết hóa học, giống như liên kết giữa các nguyên
tử hydrogenvà oxygentrong nước. Nó giống với một loại lực hút thoángqua hơn.
Lực hút đó có nguồngốc từ các lực Vander Waals tồn tại giữa mọi nguyên tử
và phân tử. Vàcách duy nhất để thắngchúng là sử dụng năng lượng.
Ngay cả trong mùa đông Nam cực lạnhlẽo nhất,các phân tử vẫn có đủ năng
lượng để chuyển động. (iStockphoto)
Một lựcphổ biến trongvạn vật
Các nguyên tử không có đủ năng lượngđể thắng các lực Van derWaals giữa
chúng đi đến cocụm lại với nhau vàbị khóatrong khônggian. Và đó chính là cái
bạn thấy nếu bạn có thể trông vào các nguyên tử trong bất kì chuyển động nào như
một hònđá, một miếng kimloại hay một miếng nước đá.Chúng bị khóa chân tại
chỗ với không giandi chuyểnrất chật chội. Nhưng không hoàn toàn giẫm chân tại
chỗ, vì ngaycả trongmùa đông Nam Cực băng giá nhất, các nguyên tử vẫn có đủ
năng lượngđể làm cho chúng daođộng và ngúc ngoắc.
Nếu bạn làm mộtchất rắnnóng lên, cácnguyêntử của nó dao động rộng hơn
một chút. Chúng vẫn bị khóatại chỗ củachúng, nhưng lúc lắc càng lúccàng nhanh
hơncho đến khi nhiệt độ đạt tới điểm tanchảy củachúng.Nhiệt độ là một số đo
xem các nguyêntử có baonhiêu năng lượng để chuyển động ra xungquanh. Đó là
độngnăng trung bình của chúng. Điểm nóng chảy của mộtchất là nhiệt độ ở đó các
nguyêntử hayphân tử của nó có đủ năng lượng để dao độngra khỏi giàn khung
rắn chắccủa chúng.
Một khichúng được giải phóng khỏi cấu trúcchất rắn củachúng, cácnguyên
tử cóthể chuyển độngtự dohơn nhiều– đó là nguyên do vì saocácchất lỏngtùy
tiện hơn và kém trật tự hơncác chất rắn.Sự khác biệt duy nhất giữa chất rắn và
chất lỏng là ở mức độ tự domà các nguyên tử của chúngdi chuyển. Và chúng biến
đổi như thế nào trướclượng năng lượngnhiệt mà chúng hấp thụ từ môi trường
xungquanh. Khinhiệt bị lấy ra,chất lỏng của bạn sẽ sớm đông đặc trở lại thành

dạng chất rắn của nó khi các nguyên tử không còn thoát khỏi lực hút Van der
Waals nữa.
Nếu bạn cấp nhiệt cho một chất lỏng,nănglượng thêm vào làm chocác
nguyêntử của nó chuyển động càng nhanhhơn, vachạm vào nhaumạnh hơn và
thường xuyên hơn. Các phản ứng hóa học chỉ phụcthuộc vào các nguyên tử và
phân tử va chạm lên nhau,nên việc làmmột chất lỏng nóng lên sẽ làm cho phản
ứng hóa học xảyra nhanh hơn.
Điểm nóngchảy là nhiệt độ tại đó cácphân tử và nguyêntử đượcgiải phóng
khỏi cấu trúc rắnchắc của chúng. (iStockphoto)
‘Vận tốc thoát’ của hơinước
Điểm sôi của một chất lỏnghơi giốngvới vận tốcthoát củamột tên lửa – nó
là nhiệt độ mà ở đó các nguyêntử hayphân tử có đủ năng lượngđể hoàn toàn
thoát khỏi sứchút lẫn nhaucủa chúng.
Các lựcVan der Waalskhôngcòn địch nổi với một hạt có nhiều động năng –
nó thoát ra ngoài. Đó là nguyên do vìsao chất khíhòa trộn vào nhaumột cách dễ
dàng: chúng choán đầybất cứ hình dạng gì, và chúng phân tán rộng khắp chođến
khi chúng có mặt ở mọi nơi.
Không có giớihạn trên đốivới nhiệt độ, cho nên bạn có thể làm nóng một
chất khí lên mãi mãi. Nhưng cuối cùng nó sẽ đạt tới một điểmtại đó động năng của
nó lớnđến mức nó thật sự xé toạc cácphân tử ra và sau đó xé toạc các electronra
khỏi từng nguyêntử. Đó là mộtplasma – một phiên bản tích điện năng lượngcao
của chất khí gâyra ánh sáng chói chang ở nhữngngôi sao, tiasét và chất khí nằm
giữacác bản thủy tinh ở màn hình ti vi plasma.ư
Tại điểm sôi, các phân tử và nguyên tử thoát khỏi lực hútlẫn nhaucủa chúng
và các chất lỏng trở thành chất khí. (iStockphoto)
Lạnh quá!
Trongkhi khôngcó giớihạn trên nào đối với nhiệtđộ, thì có một điểm dừng
rất xác định trong thế giới lạnh lẽo. Nhiệt độ tại đó mọinguyên tử trong vũ trụ
dừng bước hànhtrình của nó được gọilà độ khôngtuyệt đối, và nó sẽ xảy ra ở -
273.15 °C.

Tại nhiệt độ này, động năng củamỗi nguyên tử trong vũ trụ sẽ bằngkhông.
Sẽ khôngcòncó dấu hiệu nhỏ nhoinhấtnào củamột sự lúc lắc.Mọithứ sẽ dừnglại.
Không có phản ứnghóa họcnào nữa vì các nguyên tử sẽ khôngcó năng lượng để
co cụmvới nhaulàm cho chúng xảy ra.Không còncó chuyển độngnữa, và không
có chất lỏng hay chất khí vì mỗi nguyên tử sẽ bị khóa chặt tạichỗ cố định của nó.
Thật maycho mọi thứ là tự nhiên chẳng thể ở trạng thái không năng lượng
khôngchuyển động, chúng ta sẽ không bao giờ đạt tớikhôngđộ tuyệt đối.
Vì nhiệt luôn luôn chảytừ nơi nóng hơn sangnơi lạnhhơn, nênbạn phảilấy
hết nhiệt ra khỏi toàn bộvũ trụ để làm cho thậm chí một phầnnhỏ bé của nó lạnh
xuống tới -273.15° C.