Υλικό: Ορισμός θερμότητας, θερμική αγωγιμότητα, θερμοχωρητικότητα
Έχετε πιει ποτέ παγωμένο τσάι, παγωμένο γάλα, παγωμένο σιρόπι κ.λπ.; Όταν φτιάχνουμε παγωμένο τσάι, συνήθως ανακατεύουμε ζεστό ή χλιαρό νερό σε ένα ποτήρι με παγάκια. Το ζεστό νερό ή το χλιαρό νερό έχει υψηλότερη θερμοκρασία, ενώ τα παγάκια έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία. Αφού αγγίξουμε για λίγο, το μείγμα παγάκια και ζεστού τσαγιού μετατρέπεται σε παγωμένο τσάι (το μείγμα παγάκια και ζεστού τσαγιού έχει φτάσει στην ίδια θερμοκρασία). Η ίδια διαδικασία συμβαίνει όταν αναμειγνύουμε ζεστό νερό με κρύο νερό. Αφού αγγίξουμε, το ζεστό νερό και το κρύο νερό μετατρέπονται σε χλιαρό νερό (το μείγμα ζεστού και κρύου νερού έχει φτάσει στην ίδια θερμοκρασία). Γιατί μπορούν αυτά τα αντικείμενα να φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία αφού αγγίξουν;
Ορισμός της θερμότητας
Όταν αντικείμενα με διαφορετικές θερμοκρασίες έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, η μεταφορά θερμότητας, που συχνά ονομάζεται θερμότητα, συμβαίνει από το αντικείμενο με την υψηλότερη θερμοκρασία στο αντικείμενο με τη χαμηλότερη θερμοκρασία. Αυτή η μεταφορά θερμότητας σταματά μόλις τα αντικείμενα που έρχονται σε επαφή φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία. Για παράδειγμα, αν αναμίξουμε ζεστό νερό με κρύο νερό, η θερμότητα συνήθως μετακινείται από το ζεστό νερό στο κρύο νερό. Όταν βάζουμε ένα ζεστό σίδερο σε κρύο νερό, η θερμότητα μετακινείται από το θερμότερο σίδερο στο νερό. Η ροή θερμότητας σταματά μόλις το σίδερο και το νερό φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία. Όταν ένας γιατρός ή νοσοκόμα συνδέει ένα θερμόμετρο στο σώμα σας, η θερμότητα μετακινείται από το σώμα σας στο θερμόμετρο. Αυτή η μεταφορά θερμότητας σταματά μόλις το σώμα σας και το θερμόμετρο φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία. Εάν το θερμόμετρο που χρησιμοποιείται είναι ένα θερμόμετρο υδραργύρου, όταν το σώμα σας και το θερμόμετρο φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία, η επιφάνεια του υδραργύρου σταματά να κινείται. Ο αριθμός που εμφανίζεται στην επιφάνεια του υδραργύρου είναι η θερμοκρασία του σώματός σας εκείνη τη στιγμή.
Φυσικά, η θερμότητα μετακινείται φυσικά από αντικείμενα με υψηλή θερμοκρασία σε αντικείμενα με χαμηλή θερμοκρασία. Η μεταφορά θερμότητας τείνει να εξισώνει τις θερμοκρασίες των αντικειμένων που έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Τον 18ο αιώνα, οι φυσικοί υποψιάζονταν ότι η ροή της θερμότητας ήταν η κίνηση ενός ρευστού, ενός αόρατου τύπου ρευστού (τα ρευστά είναι ουσίες που μπορούν να ρέουν. Τα ρευστά περιλαμβάνουν υγρά και αέρια. Το νερό (ένα υγρό) είναι ρευστό επειδή μπορεί να ρέει. Ο αέρας είναι επίσης ρευστό επειδή μπορεί να ρέει). Αυτό το ρευστό ονομάστηκε θερμιδική . Η θεωρία της θερμιδικής δεν χρησιμοποιείται πλέον επειδή, με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, η ύπαρξη αυτής της θερμιδικής δεν μπορεί να αποδειχθεί.
Τον 19ο αιώνα, ένας Άγγλος φυσικός ονόματι James Prescott Joule (1818-1889) μελέτησε πώς να θερμαίνει νερό σε ένα δοχείο χρησιμοποιώντας έναν αναδευτήρα. Με βάση τα αποτελέσματα του πειράματός του, ο Joule έκανε μια σύγκριση με το νερό που θερμαίνεται από τη φωτιά. Όταν μια φλόγα και ένα δοχείο που περιέχει νερό έρχονται σε επαφή, η θερμότητα μετακινείται από τη φωτιά (υψηλή θερμοκρασία) στο νερό (χαμηλή θερμοκρασία). Αφού έκανε μια σύγκριση μεταξύ της αύξησης της θερμοκρασίας του νερού λόγω της επαφής με τη φωτιά και της αύξησης της θερμοκρασίας του νερού λόγω του έργου που παράγεται από τον αναδευτήρα, ο Joule κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η θερμότητα είναι ενέργεια που μετακινείται από ένα αντικείμενο υψηλής θερμοκρασίας σε ένα αντικείμενο χαμηλής θερμοκρασίας. Η θερμότητα δεν είναι ενέργεια (η θερμότητα δεν είναι ένας συγκεκριμένος τύπος ενέργειας, όπως η κινητική ενέργεια, η δυναμική ενέργεια, η χημική ενέργεια κ.λπ.) . Η θερμότητα είναι ενέργεια που μετακινείται λόγω διαφορών θερμοκρασίας . Έτσι, όταν η θερμότητα ρέει από ένα αντικείμενο υψηλής θερμοκρασίας σε ένα αντικείμενο χαμηλής θερμοκρασίας, η ενέργεια στην πραγματικότητα μετακινείται από το αντικείμενο υψηλής θερμοκρασίας στο αντικείμενο χαμηλής θερμοκρασίας. Η μεταφορά ενέργειας σταματά μόλις τα αντικείμενα που έρχονται σε επαφή φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία ή θερμική ισορροπία.
Θερμική αγωγιμότητα
Γιατί τα περισσότερα μαγειρικά σκεύη είναι κατασκευασμένα από αλουμίνιο; Ας υποθέσουμε ότι το αριστερό σας χέρι κρατάει ένα σίδερο, το δεξί σας ένα ποτήρι και στη συνέχεια το σίδερο και το γυαλί αγγίζονται σε μια φωτιά. Είναι το αριστερό ή το δεξί σας χέρι πιο ζεστό; Αυτές οι ερωτήσεις, και ίσως άλλες που μπορεί να θέσετε, σχετίζονται με τη θερμική αγωγιμότητα ενός αντικειμένου. Η θερμική αγωγιμότητα ενός αντικειμένου είναι η ικανότητα ενός αντικειμένου να μεταφέρει θερμότητα μέσω αυτού. Αντικείμενα με υψηλή θερμική αγωγιμότητα (k) είναι καλοί αγωγοί θερμότητας (καλοί θερμικοί αγωγοί). Αντίθετα, αντικείμενα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα είναι κακοί αγωγοί θερμότητας (κακοί θερμικοί αγωγοί).
Θερμοχωρητικότητα
Η θερμοχωρητικότητα (C) είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός ολόκληρου αντικειμένου κατά έναν βαθμό. Ο τύπος για τη θερμοχωρητικότητα είναι:
C = mc
Πληροφορίες: C = θερμοχωρητικότητα, m = μάζα του αντικειμένου, c = ειδική θερμότητα του αντικειμένου.
