Artikkeli lämpötilan ja lämpötasapainon määritelmästä
Lämpötilan määritelmä
Oletko koskaan koskettanut jäätä? Mitä tunnet, kun kätesi koskettavat jäätä? Entä jos kosketat tulta? Kun kosketat jäätä, kätesi tuntuvat kylmiltä, ja kun kosketat tulta, kätesi tuntuvat kuumilta. Kuuma, lämmin, viileä, kylmä tarkoittaa mitä?
Lämpötilan käsite alkaa tuntoaistin kokemasta lämmöstä ja kylmyydestä. Tuntoaistin tuntemuksen perusteella sanomme, että jokin esine on kuumempi kuin toinen esine tai jokin esine on kylmempi kuin toinen. Kuumien esineiden lämpötila on korkeampi, kun taas kylmien esineiden lämpötila on alhaisempi. Mitä viileämpi esine, sitä alhaisempi lämpötila. Kääntäen, mitä kuumempi esine, sitä korkeampi lämpötila. Esineen lämmön tai kylmyyden mittaa kutsutaan lämpötilaksi. Kaasukinetiikan teorian aiheessa ymmärrät syvällisemmin lämpötilan määritelmän; mitä esineen molekyyleille tapahtuu, jotta se voi tuntua kuumalta, lämpimältä, viileältä tai kylmältä.
Lämmön tai kylmyyden suuruus perustuu vain tuntoon, tai ihmisen tuntoaisti ei ole ilmeinen. Jokainen voi tuntea esineen lämmön tai kylmyyden eri tasoilla. Vauva voi tuntea kipua koskettaessaan vettä, joka ei ole liian kuumaa aikuiselle. Samoin, vaikka koskettaisi samaa esinettä, eri kehonosien tuntema lämpö ei välttämättä ole sama. Siksi tarvitsemme laitteen, jota voidaan käyttää lämpötilan mittaamiseen varmasti ja johon kaikki voivat luottaa.
Terminen tasapaino
Kun korkean lämpötilan omaavat kappaleet ovat kosketuksissa matalan lämpötilan kappaleiden kanssa, osa lämmöstä korkean lämpötilan omaavista kappaleista siirtyy matalan lämpötilan kappaleeseen, kunnes molempien kappaleiden lämpötila on sama. Kun kuuma vesi joutuu kosketuksiin jään kanssa, osa lämmöstä siirtyy kuumasta vedestä jäähän. Lämmönsiirto loppuu, kun kuuman veden ja jään seos saavuttaa saman lämpötilan. Kun kuuman veden ja jään seos saavuttaa saman lämpötilan, kuuman veden ja jään seos on termisessä tasapainossa. Samoin, kun kiehuva vesi on kosketuksissa kylmän veden kanssa, osa lämmöstä siirtyy kuumasta vedestä kylmään veteen.
Lämmönsiirto loppuu kuuman veden sekoittumisen jälkeen ja kylmä vesi muuttuu lämpimäksi vedeksi. Kun kaikki vesi lämpenee liikaa, kaikki vesi on saavuttanut saman lämpötilan. Kun kuuman ja kylmän veden seos saavuttaa saman lämpötilan, kuuman ja kylmän veden seos on termisessä tasapainossa.
Jos kaksi tai useampi eri lämpötilassa oleva kappale koskettaa toisiaan, kunnes ne saavuttavat saman lämpötilan, sanotaan, että saman lämpötilan saavuttaneet kappaleet ovat termisessä tasapainossa.
