ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ:ΜΙΑ ΜΟΡΦΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ:ΜΙΑ ΜΟΡΦΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ:ΜΙΑ ΜΟΡΦΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Τοποθετούμε ένα δοχείο με νερό πάνω σε μια θερμαντική εστία.Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.Πάνω στην ίδια εστία τοποθετούμε ένα δοχείο που περιέχει αέρα και την μια βάση του τη κλείνουμε με έμβολο.Τότε παρατηρούμε ότι το έμβολο κινείται.Κατά τη θέρμανση του δοχείου με το νερό λέμε ότι ενέργεια μεταφέρεται από τη φλόγα στο νερό και η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.Κατά τη θέρμανση του δοχείου με τον αέρα,ενέργεια μεταφέρεται από τη φλόγα στον αέρα,το έμβολο κινείται και επομένως αποκτά κινητική ενέργεια.

Α) Η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται όταν το θερμάνουμε
          Β) Το έμβολο μετακινείται όταν θερμαίνουμε τον αέρα του δοχείου

 Τώρα θα εκτελέσουμε ένα άλλο πείραμα.Σε δύο μεταλλικά δοχεία Α και Β βάζουμε νερό διαφορετικής θερμοκρασίας,ψυχρό στο Α και θερμό στο Β.

 Σκεπάζουμε τα δοχεία με φελιζόλ (θερμομονωτικό υλικό) και τα φέρνουμε σε επαφή.Ύστερα από λίγο χρόνο διαπιστώνουμε με ένα θερμόμετρο ότι το νερό έχει την ίδια θερμοκρασία και στα δύο δοχεία.

Σε δύο μεταλλικά δοχεία Α και Β βάζουμε νερό διαφορετικής θερμοκρασίας,ψυχρό στο Α και θερμό στο Β

 Από αυτό συμπεραίνουμε,σύμφωνα με την κινητική θεωρία της θερμότητας,ότι η ενέργεια των μορίων του νερού,εξαιτίας της θερμικής κινήσεως,αυξήθηκε στο δοχείο Β.Η μεταβολή αυτή των ενεργειών έγινε δια μεταφοράς ενός ποσού ενέργειας από το θερμότερο δοχείο Β στο ψυχρότερο δοχείο Α.
 Την ενέργεια αυτή που μεταφέρθηκε την ονομάζουμε θερμότητα.

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

 Επομένως:
 Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρεται από σώμα σε ένα άλλο,εξαιτίας της διαφορετικής θερμοκρασίας τους.

 Γενικότερα με τον όρο θερμότητα μπορούμε να ορίσουμε τη μεταφορά ενέργειας από ένα σύστημα προς το περιβάλλον του,σαν συνέπεια μόνο της διαφοράς θερμοκρασίας.

Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρεται από σώμα σε ένα άλλο,εξαιτίας της διαφορετικής θερμοκρασίας τους

 Η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα μεγαλύτερης προς το σώμα μικρότερης θερμοκρασίας.Με την έννοια της θερμότητας μπορούμε να περιγράψουμε μεταβολές που συμβαίνουν όταν δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έρθουν σε επαφή μεταξύ τους.Στο προηγούμενο παράδειγμά  μεταφέρεται θερμότητα από τη φλόγα,που έχει υψηλότερη θερμοκρασία,προς το νερό ή τον αέρα, που έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία.Στην καθημερινή χρήση της έννοιας της θερμότητας θεωρούμε ότι στα υλικά σώματα αποθηκεύεται θερμότητα.Η άποψη αυτή βρίσκεται σε αντίθεση με την επιστημονική:Η ύλη έχει ενέργεια σε διαφορετικές μορφές,αλλά δεν έχει θερμότητα.Η θερμότητα είναι ενέργεια που μεταφέρεται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δυο σωμάτων.Μόλις όμως μεταφερθεί,παύει να ονομάζεται θερμότητα.Πολλές θερμικές μεταβολές,όπως η μεταβολή της θερμοκρασίας,η θερμική διαστολή,η τήξη,ο βρασμός κτλ. οφείλονται στη μεταφορά θερμότητας.Όμως υπάρχουν αντίστοιχες μεταβολές οι οποίες δεν οφείλονται σε μεταφορά θερμότητας.

Η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα μεγαλύτερης προς το σώμα μικρότερης θερμοκρασίας

 Όταν φέρουμε σε επαφή δύο σώματα που έχουν την ίδια θερμοκρασία,τότε,όπως προκύπτει από τον ορισμό της θερμότητας, δε μεταφέρεται θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο.Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι τα σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

Ο ζωϊκός κόσμος διατηρείται στη ζωή γιατί το σώμα τους απελευθερώνει θερμότητα,προσφέροντας έτσι στους οργανισμούς τους την απαραίτητη ενέργεια

 Οι άνθρωποι και ο ζωϊκός κόσμος γενικά διατηρούνται στη ζωή γιατί το σώμα τους απελευθερώνει θερμότητα,προσφέροντας έτσι στους οργανισμούς τους την απαραίτητη ενέργεια.Η θερμότητα αξιοποιείται από τις απλές οικιακές συσκευές μέχρι και τους τεχνητούς δορυφόρους.

ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

  Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας.Έτσι,η μονάδα μέτρησής της στο Διεθνές σύστημα μονάδων (SI) είναι το 1 joule:

                                                                                   1 J

 Στην καθημερινή μας ζωή χρησιμοποιείται ως μονάδα ενέργειας για τη θερμότητα η μία θερμίδα:

                                                                                   1 cal 

και η χιλιοθερμίδα (1 kcal) που ήταν η μονάδα που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη θερμότητα. 

 Μια χιλιοθερμίδα ονομάζεται το ποσό θερμότητας που πρέπει να δώσουμε σε ένα λίτρο νερού που βρίσκεται σε ατμοσφαιρική πίεση για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό.

Η Βρετανική μονάδα θερμότητας (Btu) 

 Οι μονάδες θερμότητας έχουν μεταξύ τους τις ακόλουθες σχέσεις: 

                                                                                   1 cal=4,2 J

                                                                                   1 kcal=1000 cal=4200 J

  Στο Τεχνικό Σύστημα η μονάδα θερμότητας είναι η Βρετανική μονάδα θερμότητας (Btu) που ορίζεται σαν η θερμότητα η αναγκαία για να αυξηθεί η θερμοκρασία μίας λίβρας νερού από τους 63 στους 64 βαθμούς Φαρενάιτ.

ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

 Δυο σώματα βρίσκονται σε θερμική επαφή όταν είναι δυνατόν να μεταφερθεί θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο,διαφορετικής θερµοκρασίας.

 Η ροή θερµότητας οφείλεται στη διαφορά θερµοκρασίας  µεταξύ των δύο σωµάτων.Η ροή θερμότητας προκαλεί τη µεταβολή της θερµοκρασίας των σωµάτων τα οποία βρίσκονται σε θερµική αλληλεπίδραση.

Δυο σώματα βρίσκονται σε θερμική επαφή όταν είναι δυνατόν να μεταφερθεί θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο,διαφορετικής θερµοκρασίας

 Για να μελετήσουμε καλύτερα την θερμική επαφή δύο σωμάτων θα εκτελέσουμε ένα απλό πείραμα.Βυθίζουμε ένα μεταλλικό κύλινδρο ο οποίος έχει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος σε καυτό νερό.Το δοχείο μέσα στο οποίο περιέχεται το νερό έχει θερμικά μονωμένα τοιχώματα,δηλαδή τοιχώματα που δεν επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας προς το περιβάλλον.Ο κύλινδρος και το νερό βρίσκονται σε θερμική επαφή.Θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας,δηλαδή του νερού,προς το σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας,δηλαδή του μέταλλου.

Ο κύλινδρος και το νερό βρίσκονται σε θερμική επαφή.Θερμότητα μεταφέρεται από το καυτό νερό προς το μέταλλο.Μετά από λίγη ώρα παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού μειώνεται και του μετάλλου αυξάνεται μέχρι η θερμοκρασία του μετάλλου να γίνει ίδια με τη θερμοκρασία του νερού.Η μεταφορά θερμότητας σταματάει.Τότε ότι το μέταλλο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το νερό

 Ύστερα από λίγη ώρα παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού μειώνεται και του μετάλλου αυξάνεται.Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα,η θερμοκρασία του μετάλλου γίνεται ίδια με τη θερμοκρασία του νερού.Η μεταφορά θερμότητας σταματάει.Λέμε τότε ότι το μέταλλο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το νερό.
 Τώρα ρίχνουμε ένα  καυτό μεταλλικό κύλινδρο σε κρύο νερό.Παρατηρούμε ότι σιγά σιγά το νερό ζεσταίνεται και το µέταλλο ψύχεται,µέχρι να αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία.Την στιγμή αυτή σταµατά η ροή θερµότητας από το καυτό µέταλλικό κύλινδρο στο κρύο νερό και λέµε ότι το  µέταλλο και το νερό βρίσκονται σε θερµική ισορροπία.

Ρίχνουμε ένα  καυτό μεταλλικό κύλινδρο σε κρύο νερό 

 Άρα:

 Δύο σώµατα με διαφορετική θερμοκρασία,που βρίσκονται σε θερµική επαφή,έρχονται σε θερµική ισορροπία,όταν αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία.

 Μια σημαντική εφαρμογή της θερμικής ισορροπίας έχουμε στη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός σώματος.Το θερμόμετρο βασίζεται στη θερµική ισορροπία µεταξύ θερµοµέτρου και αντικειµένου.Για να τη μετρήσουμε σωστά,πρέπει το θερμόμετρο να βρίσκεται σε θερμική επαφή με το σώμα μέχρι να σταθεροποιηθεί η ένδειξή του.

Δύο σώµατα A και  B με διαφορετική θερμοκρασία,που βρίσκονται σε θερµική επαφή,έρχονται σε θερµική ισορροπία,όταν αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία

 Το θερµόµετρο για τον πυρετό το κρατάµε στη  µασχάλη για ορισµένο χρόνο.Αυτό πρέπει να το κάνουμε για να επέλθει θερµική ισορροπία  µεταξύ του σώµατός µας και του υδραργύρου του θερµοµέτρου.Έτσι µεταφέρεται θερµότητα από το σώµα  µας στον υδράργυρο,µε αποτέλεσµα την αύξηση του ύψους της στήλης του.Όταν ο υδράργυρος αποκτήσει τη θερµοκρασία του σώµατόςµας,σταματάει η µεταφορά θερµότητας.Tότε,το ύψος της στήλης δείχνει την τελική θερµοκρασία του υδραργύρου,άρα και του σώµατός µας.

Στο θερµόµετρο για τον πυρετό µεταφέρεται θερµότητα από το σώµα  µας στον υδράργυρο,µε αποτέλεσµα την αύξηση του ύψους της στήλης του.Όταν ο υδράργυρος αποκτήσει τη θερµοκρασία του σώµατός  µας,σταματάει η  µεταφορά θερµότητας.Τότε,το ύψος της στήλης δείχνει την τελική θερµοκρασία του υδραργύρου,άρα και του σώµατός µας

 Το θερμόμετρο δείχνει τη θερμοκρασία του σώματος όταν βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με αυτό.

 Τη διαδικασία αυτή μπορούμε να τη διαπιστώσουμε πειραματικά με τη βοήθεια της διάταξης που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.Πρόκειται για δυο δοχεία τα οποία περιέχουν νερό σε διαφορετικές θερμοκρασίες.To μικρό δοχείο έχει μεταλλικά λεπτά τοιχώματα και περιέχει ζεστό νερό θερμοκρασίας θ1 (σε ^οC).To μεγάλο δοχείο έχει κρύο νερό θερμοκρασίας θ2 (σε ^οC).

Η θέρμανση δυο σωμάτων

 Στα δύο δοχεία υπάρχουν θερμόμετρα με τα οποία μετράμε τις θερμοκρασίες του νερού των δυο δοχείων.Αρχικά οι θερμοκρασίες είναι θ1 και θ2.Στη συνέχεια η θερμοκρασία του νερού στο δοχείο Δ1 μειώνεται ενώ αυξάνεται η θερμοκρασία στο δοχείο Δ2.H μεταβολή των θερμοκρασιών συνεχίζεται έως ότου το νερό στα δυο δοχεία αποκτήσει την ίδια θερμοκρασία.

Τα δυο δοχεία περιέχουν νερό σε διαφορετικές θερμοκρασίες.To μικρό δοχείο έχει μεταλλικά λεπτά τοιχώματα και περιέχει ζεστό νερό θερμοκρασίας θ1 (σε ^οC).To μεγάλο δοχείο έχει κρύο νερό θερμοκρασίας θ2 (σε ^οC)

 Όσο χρόνο οι θερμοκρασίες είναι διαφορετικές,γίνεται ανακατανομή στις εσωτερικές ενέργειες,το αποτέλεσμα της οποίας το ονομάζουμε “απορρόφηση θερμότητας” από το νερό στο δοχείο Δ2.Όταν οι θερμοκρασίες γίνουν ίσες σταματά η ανακατανομή των εσωτερικών ενεργειών και τότε ούτε προσφέρεται ούτε απορροφάται θερμότητα.

 H κατάσταση αυτή ονομάζεται θερμική ισορροπία.