Από τη θερμότητα στη θερμοκρασία - Η θερμική ισορροπία

 Θερμότητα

Η ενέργεια είναι ένα φυσικό μέγεθος. Υπάρχει σε διάφορες μορφές .
Μία από αυτές είναι η θερμική ενέργεια.

Κάθε σώμα αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια (δομικοί λίθοι) που μπορεί να είναι
μόρια, άτομα ή ιόντα.
Τα μικροσκοπικά αυτά σωματίδια κινούνται άτακτα προς κάθε κατεύθυνση.
Το καθένα από αυτά έχει κινητική ενέργεια.

Η θερμική ενέργεια είναι το σύνολο της κινητικής ενέργειας όλων των δομικών λίθων  του σώματος
εξαιτίας των τυχαίων και συνεχών κινήσεων που κάνουν.

Θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, όταν αυτά έρθουν σε επαφή.

Η θερμότητα μεταφέρεται πάντοτε από τα θερμότερα προς τα ψυχρότερα σώματα μέχρι αυτά
να αποκτήσουν την ίδια θερμοκρασία.

Όταν φέρνουμε σε θερμική επαφή ένα θερμό αντικείμενο με ένα κρύο, το θερμότερο ψύχεται, χάνοντας θερμότητα, ενώ το ψυχρότερο θερμαίνεται, παίρνοντας θερμότητα, έως ότου οι δυο θερμοκρασίες γίνουν ίσες.
Τότε σταματάει η μεταφορά θερμότητας και λέμε ότι τα σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

Μονάδα θερμότητας στο Διεθνές Σύστημα μονάδων: 1 J (τζάουλ).

Πείραμα

Τοποθετούμε ένα δοχείο με θερμό νερό μέσα σε ένα δοχείο με κρύο νερό και καταγράφουμε τις θερμοκρασίες τους με την πάροδο του χρόνου σε έναν πίνακα.

Από τον πίνακα αυτό φτιάχνουμε το διάγραμμα της θερμοκρασίας - χρόνου .

Από το διάγραμμα παρατηρούμε ότι η καμπύλη που αντιστοιχεί στο αρχικά θερμότερο νερό είναι καθοδική γιατί η θερμοκρασία μειώνεται.
Η καμπύλη που αντιστοιχεί στο αρχικά ψυχρότερο νερό έχει ανοδική τάση γιατί η θερμοκρασία του αυξάνεται.
Μετά από κάποιο χρόνο γίνονται παράλληλες γιατί αποκτούν την ίδια θερμοκρασία. Λέμε ότι τα υγρά βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

 

-Όταν βάζουμε παγάκια στην πορτοκαλάδα θερμότητα μεταφέρεται από την πορτοκαλάδα στα παγάκια κι έτσι μειώνεται η θερμοκρασία της πορτοκαλάδας ενώ αυξάνεται η θερμοκρασία που έχουν τα παγάκια κι  έτσι λιώνουν.

Οι φάσεις του νερού.

 

 Ο μικρόκοσμος εξηγεί τον μακρόκοσμο 

 Όλα τα υλικά σώματα –στερεά, υγρά και αέρια– συγκροτούνται από μικροσκοπικά σωματίδια. 

Τα μεγαλύτερα από αυτά, τα μόρια, συγκροτούνται  από ένα ή περισσότερα άτομα. 

Στα άτομα υπάρχει ένας πυρήνας και γύρω του μικρότερα σωματίδια, τα ηλεκτρόνια. 

Ειδικά τα σώματα τα οποία ονομάζονται μέταλλα, συγκροτούνται από ιόντα. 

Το ιόντα είναι άτομα από τα οποία έχουν ξεφύγει μερικά ηλεκτρόνια. 

Οι θέσεις και οι κινήσεις των μορίων ή ιόντων και ηλεκτρονίων στα μέταλλα καθορίζουν και εξηγούν τις καταστάσεις και τις ιδιότητες των υλικών σωμάτων.

Τα σωματίδια  που σχηματίζουν τα στερεά σώματα δεν πλησιάζουν ούτε απομακρύνονται πολύ και δεν αλλάζουν θέσεις μεταξύ τους. Δεν μετακινούνται. Κάνουν μόνο παλμικές κινήσεις. 

 Όταν θερμαίνεται ένα στερεό σώμα και μεγαλώνει η θερμοκρασία του, αυξάνεται συνεχώς η ταχύτητα των παλμικών κινήσεων των μορίων του, καθώς και οι αποστάσεις τους από τις μόνιμες θέσεις τους. Σε κάποια θερμοκρασία, τα μόρια δεν έχουν πλέον μόνιμες θέσεις. Τα μόρια του σώματος μετακινούνται διαρκώς, χωρίς όμως να απομακρύνονται μεταξύ τους. Αλλάζουν συνεχώς θέσεις. Τώρα το στερεό σώμα έχει μετατραπεί σε υγρό. 

 Συνεχίζοντας τη θέρμανση του υγρού σώματος, αυξάνεται ακόμη περισσότερο η ταχύτητα των μετακινήσεων των μορίων του προς όλες τις κατευθύνσεις. Επίσης, αυξάνονται οι αποστάσεις των μορίων του μεταξύ τους. Όταν φτάσει σε κάποια θερμοκρασία, τα μόρια αρχίζουν πλέον να μετακινούνται ελεύθερα και να διαχέονται στο διαθέσιμο χώρο. Τώρα το υγρό σώμα έχει μετατραπεί σε αέριο.