Material: Definició de calor, conductivitat tèrmica, capacitat calorífica
Has pres mai te gelat, llet gelada, xarop gelat, etc.? Doncs bé, quan fem te gelat, normalment barregem aigua calenta o tèbia en un got amb glaçons. L'aigua calenta o tèbia té una temperatura més alta, mentre que els glaçons tenen una temperatura més baixa. Després de tocar-se durant una estona, la barreja de glaçons i te calent es converteix en te gelat (la barreja de glaçons i te calent ha arribat a la mateixa temperatura). El mateix procés es produeix quan barregem aigua calenta amb aigua freda. Després de tocar-se, l'aigua calenta i l'aigua freda es converteixen en aigua tèbia (la barreja d'aigua calenta i aigua freda ha arribat a la mateixa temperatura). Per què poden aquests objectes assolir la mateixa temperatura després de tocar-se?
Definició de calor
Quan objectes amb diferents temperatures entren en contacte, es produeix una transferència de calor, sovint anomenada calor, de l'objecte amb la temperatura més alta a l'objecte amb la temperatura més baixa. Aquesta transferència de calor s'atura un cop els objectes en contacte assoleixen la mateixa temperatura. Per exemple, si barregem aigua calenta amb aigua freda, la calor normalment es mou de l'aigua calenta a l'aigua freda. Quan posem una planxa calenta en aigua freda, la calor es mou de la planxa més calenta a l'aigua. El flux de calor s'atura un cop la planxa i l'aigua assoleixen la mateixa temperatura. Quan un metge o una infermera et fixa un termòmetre al cos, la calor es mou del cos al termòmetre. Aquesta transferència de calor s'atura un cop el cos i el termòmetre han assolit la mateixa temperatura. Si el termòmetre utilitzat és un termòmetre de mercuri, quan el cos i el termòmetre assoleixen la mateixa temperatura, la superfície del mercuri deixa de moure's. El número que es mostra a la superfície del mercuri és la temperatura corporal en aquell moment.
Naturalment, la calor es mou naturalment dels objectes amb una temperatura alta als objectes amb una temperatura baixa. La transferència de calor tendeix a igualar les temperatures dels objectes en contacte entre si. Al segle XVIII, els físics sospitaven que el flux de calor era el moviment d'un fluid, un tipus de fluid invisible (els fluids són substàncies que poden fluir. Els fluids inclouen líquids i gasos. L'aigua (un líquid) és un fluid perquè pot fluir. L'aire també és un fluid perquè pot fluir). Aquest fluid es va anomenar calòric . La teoria del calòric ja no s'utilitza perquè, basant-se en resultats experimentals, no es pot demostrar l'existència d'aquest calòric .
Al segle XIX, un físic anglès anomenat James Prescott Joule (1818-1889) va estudiar com escalfar aigua en un recipient utilitzant una roda agitadora. Basant-se en els resultats del seu experiment, Joule va fer una comparació amb l'aigua escalfada pel foc. Quan una flama i un recipient que conté aigua entren en contacte, la calor es mou del foc (temperatura alta) a l'aigua (temperatura baixa). Després de fer una comparació entre l'augment de la temperatura de l'aigua a causa del contacte amb el foc i l'augment de la temperatura de l'aigua a causa del treball realitzat per l'agitador, Joule va concloure que la calor és energia que es mou d'un objecte d'alta temperatura a un objecte de baixa temperatura. La calor no és energia (la calor no és un tipus específic d'energia, com l'energia cinètica, l'energia potencial, l'energia química, etc.) . La calor és energia que es mou a causa de les diferències de temperatura . Així, quan la calor flueix d'un objecte d'alta temperatura a un objecte de baixa temperatura, l'energia en realitat es mou de l'objecte d'alta temperatura a l'objecte de baixa temperatura. La transferència d'energia s'atura un cop els objectes en contacte arriben a la mateixa temperatura o equilibri tèrmic.
Conductivitat tèrmica
Per què la majoria dels estris de cuina estan fets d'alumini? Suposem que la teva mà esquerra sosté una planxa, la teva mà dreta sosté un got i, a continuació, la planxa i el got es toquen amb el foc. La teva mà esquerra o la dreta és la que sent la calor més ràpid? Aquestes preguntes, i potser altres que et faràs, estan relacionades amb la conductivitat tèrmica d'un objecte. La conductivitat tèrmica d'un objecte és la capacitat d'un objecte per transferir calor a través seu. Els objectes amb una alta conductivitat tèrmica (k) són bons conductors de calor (bons conductors tèrmics). Per contra, els objectes amb baixa conductivitat tèrmica són mals conductors de calor (mals conductors tèrmics).
Capacitat calorífica
La capacitat calorífica (C) és la quantitat de calor necessària per augmentar la temperatura d'un objecte sencer en un grau. La fórmula de la capacitat calorífica és:
C = mc²
Informació: C = capacitat calorífica, m = massa de l'objecte, c = calor específica de l'objecte.
