Năng lượng không tự tạo ra hay mất đi mà chỉ chuyển hóa!

LTS: Kiến thức vốn mênh mông như trời biển. Nhưng để được xem là người có tri thức, bạn không cần phải biết hết thảy mọi thứ. Trong số những kiến thức khoa học mà TTCT sẽ lần lượt trình bày có nhiều kiến thức mà bạn đã biết, chưa biết, hay biết chưa đầy đủ. Bây giờ, xin hãy hiểu rằng đó là những kiến thức cốt lõi, tạo nên vốn tri thức khoa học của bạn...

Phóng to

Các nhà vật lý đã dõng dạc tuyên bố: năng lượng không tự tạo ra và mất đi, nó chỉ chuyển hóa mà thôi. Để thuyết minh cho nguyên lý quan trọng này (có thể là một trong những nguyên lý quan trọng nhất của khoa học đấy, thưa bạn!), chúng tôi đã yêu cầu một “thiên tài chạy bộ” chế ra một cỗ máy kỳ diệu: máy biến năng - đạp - quạt - guồng nước.

1 - Với những bắp chân tích đầy năng lượng hóa học sau bữa ăn sáng giàu chất dinh dưỡng, nhà chạy bộ thông thái của chúng ta làm quay lia lịa các bánh của tấm thảm lăn. Một phần bữa ăn sáng nhờ vậy chuyển hóa thành cơ năng.

2 - Một trong hai trục của thảm lăn làm vận hành một máy phát điện xoay chiều, chuyển cơ năng thành điện năng.

3 - Điện năng truyền đi trong dây dẫn đến một bình ăcquy để tích tụ lại dưới dạng hóa năng.

4 - Ăcquy nhả năng lượng, khôi phục điện năng mà nó đã dự trữ. Năng lượng này được đưa vào một động cơ nhỏ gắn với một máy bơm đưa nước lên bồn chứa. Năng lượng lại được chuyển thành dạng cơ.

5 - Nước ở đây rồi, nhưng năng lượng ở đâu? Không có chuyển động không có nghĩa là không có năng lượng đâu nhé. Nó chỉ đang chờ thời mà thôi. Người ta nói nó là “tiềm năng”. Lượng năng lượng tiềm tàng này tùy thuộc vào lượng nước và độ cao của nó. Thật vậy, khi ta xả nước khỏi bồn, nước thoát đi. Độ cao của nước và do đó là năng lượng tiềm tàng của nó cũng giảm xuống. Nhưng nó được bù lại bằng động năng vốn gia tăng theo vận tốc.

6 - Bằng cách rót vào các bánh guồng, nước khởi hoạt chiếc quạt dùng quạt mát cho “nhà thông thái chạy bộ” của chúng ta. Lúc này động năng được chuyển lại thành cơ năng.

Nhiệt năng chuyển từ nơi nóng đến nơi lạnh

Phóng to

Với sức nóng tỏa ra bởi chiếc máy biến năng - đạp - quạt - guồng nước này, nhiệt kế chỉ mức 35⁰C. Quá nóng! Nhà thiên tài của chúng ta bèn mở toang cánh cửa dẫn ra căn phòng kế bên, nơi nhiệt độ chừng 26⁰C. Sau một thời gian ông ta nhận thấy nhiệt độ cả hai căn phòng trở nên đồng bộ với nhau: 30⁰C! Nhiệt (hay gọi là nhiệt năng cũng được) đã chuyển từ nơi nóng sang nơi mát hơn. Nhưng tại sao không phải là ngược lại?

Đó là vì nhiệt độ chẳng qua chỉ là sự xáo động của các phân tử. Nhiệt độ càng cao các phân tử khí chuyển động càng nhanh. Cho nên khi mở cửa, các phân tử khí - vốn rất xáo động ở quanh động cơ - đến va đập vào các phân tử ở cửa thông với phòng bên. Các va đập này làm đảo lộn sự cân bằng đã thiết lập cho đến lúc này: bằng cách nhường lại một phần năng lượng cho các phân tử ở sau cánh cửa, các phân tử khí nóng giảm tốc đồng thời làm tăng tốc các phân tử khác. Đó là lý do vì sao nhiệt độ giảm ở một phòng và tăng ở phòng kia. Điều này diễn ra đến khi vận tốc các phân tử (và do đó là nhiệt độ) trở nên đồng bộ.

Nhiệt có thể lan truyền theo ba cách

Phóng to

2 - Nhờ nhiệt năng do bức xạ cung cấp, các phân tử trên bề mặt chiếc nồi càng lúc càng xáo động. Chuyển động của chúng chuyển từ nguyên tử này đến nguyên tử khác trong lớp kim loại của nồi, rồi tiếp tục chuyển đến các phân tử nước tiếp xúc với nó: nhiệt năng được truyền bằng cách dẫn nhiệt.

3 - Nước tiếp giáp với thành nồi nóng lên trước tiên. Nó nở ra và trở nên nhẹ hơn, điều này khiến nó nổi lên bề mặt của nồi: nhiệt được chuyển đi bằng cách đối lưu nhiệt.