Θερμότητα

Θερμότητα

Η θερμική ενέργεια είναι η εσωτερική ενέργεια που έχει η ύλη, εν μέρη λόγω των ατόμων και μορίων της που κινούνται ασταμάτητα προς κάθε δυνατή κατεύθυνση. 

Πηγή: By Greg L at the English language Wikipedia, CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1325234

Όσο πιο ζωηρά κινούνται αυτά τα σωματίδια, τόσο περισσότερη θερμική ενέργεια έχει το σώμα και τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του. Για παράδειγμα, μια καυτή πατάτα έχει μεγαλύτερη θερμική ενέργεια από ένα παγάκι, χωρίς βέβαια αυτό να σημαίνει πως το παγάκι δεν έχει καθόλου θερμική ενέργεια.

Από την άλλη, αντικείμενα που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία δεν έχουν απαραίτητα την ίδια θερμική ενέργεια. Δύο λίτρα νερού στους 20 oC έχουν περισσότερη θερμική ενέργεια από ένα λίτρο νερού στην ίδια θερμοκρασία, γιατί πολύ απλά μιλάμε για διπλάσια μόρια νερού. 

Άρα η θερμοκρασία είναι ένας τρόπος που οι ίδιοι επινοήσαμε για να μας λέει πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα, δηλαδή τελικά πόσο γρήγορα κινούνται τα μόριά του.

Η θερμική ενέργεια γενικά σπάνια μένει εκεί όπου την αφήνεις. Ρέει αυθόρμητα και πάντοτε από τα θερμότερα στα ψυχρότερα σώματα, έως ότου υπάρξει θερμική ισορροπία. Θερμική ισορροπία είναι ο επιστημονικός τρόπος για να πούμε πως τα παγωτά πάντα θα λιώνουν το καλοκαίρι και το ζεστό νερό του θερμοσίφωνα πάντα θα κρυώνει τον χειμώνα. Αν αφήσεις ένα φλιτζάνι ζεστό καφέ και ένα ποτήρι παγωμένη μπύρα στο τραπέζι, κάποια στιγμή και τα δύο θα αποκτήσουν τη θερμοκρασία του δωματίου. Ο καφές θα μεταδώσει θερμική ενέργεια στον αέρα, ενώ η μπύρα θα απορροφήσει θερμική ενέργεια. 

Τη μεταφορά ενέργειας από ένα θερμό σε ένα ψυχρό σώμα, την ονομάζουμε θερμότητα.

Η έννοια της θερμότητας χρησιμοποιείται μόνο για το χρονικό διάστημα όπου συμβαίνει μεταφορά ενέργειας. Για παράδειγμα, το φλιτζάνι με τον καφέ έχει θερμική ενέργεια λόγω της κίνησης των μορίων του, αλλά δεν έχει θερμότητα. Ο καφές που μόλις ψήσαμε έχει θερμική ενέργεια αλλά δεν έχει θερμότητα. Από τη στιγμή όμως που θα αδειάσουμε το ζεστό καφέ στο φλιτζάνι θα αρχίσει ροή ενέργειας από τον καφέ προς το φλιτζάνι, η οποία ταυτίζεται με την έννοια της θερμότητας. 

Το ζεστό και το κρύο λοιπόν είναι δύο εντελώς σχετικές έννοιες. Τα αντικείμενα δεν είναι από τη φύση τους θερμά ή ψυχρά, απλά μεταφέρουν τη θερμότητα με διαφορετικούς ρυθμούς, ενώ η αίσθηση που τελικά μας δίνουν εξαρτάται και από τη θερμοκρασία του σώματός μας. (Γι' αυτό και χρησιμοποιούμε τα θερμόμετρα για να μετρήσουμε με ακρίβεια τη θερμοκρασία ενός σώματος). 

Ουφ!!! Μπέρδεμα με τις έννοιες...θερμότητα, θερμική ενέργεια, θερμοκρασία!! 


Έχετε υπομονή και όλα θα ξεκαθαρίσουν. 

Θερμόμετρο

Τήξη-Πήξη

πηγή: "http://pemptitaxi.weebly.com/uploads/2/7/8/7/27875715/3840132_orig.png"

Όταν σε ένα στερεό σώμα, που απορροφά θερμότητα, αλλάζει ένα μέρος της φυσικής του κατάστασης σε υγρό, τότε στο σώμα αυτό συντελείται το φαινόμενο της τήξης. 

Όταν σε ένα υγρό σώμα, που μεταφέρει θερμότητα, αλλάζει ένα μέρος της φυσικής του κατάστασης σε στερεό, τότε στο σώμα αυτό συντελείται το φαινόμενο της πήξης. 

Τι συμβαίνει, όμως, με τη θερμοκρασία των σωμάτων κατά τη διάρκεια της αλλαγής της φυσικής τους κατάστασης; Παρακολουθήστε το βίντεο και θα βρείτε την απάντηση. 

Συμπεράσματα

• Όσο διαρκεί η τήξη η θερμοκρασία δεν αλλάζει.
• Όσο διαρκεί η πήξη η θερμοκρασία δεν αλλάζει.

Άλλωστε, το παρατηρήσαμε κι εμείς οι ίδιοι αυτό. Όση ώρα έλιωναν τα παγάκια η θερμοκρασία του νερού παρέμενε σταθερή!!

Πιστεύετε ότι όλα τα σώματα έχουν το ίδιο σημείο τήξης και πήξης; Η παρακάτω εφαρμογή δίνει τη λύση.  

Κάθε σώμα, λοιπόν, έχει  συγκεκριμένο σημείο τήξης.

Η θερμοκρασία τήξης και πήξης για το ίδιο σώμα είναι η ίδια.

Εξάτμιση-Βρασμός- Συμπύκνωση

πηγή: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhrGh43lWyac_x7a5ojp28B-MAt4bbwlQYDFaPqTpdjOBR6O-8AeLGi2xyU39ZsHQ8vbda0I7V52WG0hl1T1fRHlk8eCsEExIPrboDwxLcaMCRp86ZxlHxk85Otlwceub3iblfaxyPllAVB/s1600/%CE%9C%CE%B5%CF%84%CE%B1%CF%84%CF%81%CE%BF%CF%80%CE%AE+%CF%8D%CE%BB%CE%B7%CF%82+2.png

Εξάτμιση είναι η διαδικασία, ή φαινόμενο, κατά το οποίο ένα υγρό που απορροφά θερμότητα αρχίζει να αλλάζει την φυσική του κατάσταση από την ελεύθερη επιφάνειά του και να μετατρέπεται σε αέριο χωρίς, όμως, να βράσει.

Συμπύκνωση είναι η διαδικασία, ή φαινόμενο, κατά το οποίο ένα αέριο που αποβάλλει θερμότητα αρχίζει να αλλάζει την φυσική του κατάσταση α και να μετατρέπεται σε υγρό. Το φαινόμενο αυτό αλλιώς ονομάζεται και υγροποίηση. 

Λίγες ακόμα πληροφορίες για την εξάτμιση. 

• γίνεται μόνο από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

• εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου, το μέγεθος της ελεύθερης επιφάνειας, από τη θερμοκρασία και από το είδος του υγρού. 

• Ορισμένα υγρά έχουν την τάση να εξατμίζονται πιο εύκολα από κάποια άλλα. Αυτά ονομάζονται πτητικά, όπως το οινόπνευμα και η βενζίνη. Το νερό  είναι λιγότερο πτητικό υγρό, ενώ το ελαιόλαδο καθόλου. 

• Είναι στην ουσία μια διαδικασία ψύξης, καθώς φεύγουν από το υγρό μόρια με μεγαλύτερη κινητική ενέργεια, με αποτέλεσμα να μειώνεται η μέση κινητική ενέργεια του υγρού. Έτσι ελαττώνεται και η θερμοκρασία του υγρού. 

Τώρα απάντησε στην ερώτηση: Πότε στεγνώνουν πιο εύκολα τα πλυμένα ρούχα;

Δημιουργός: Γ. Ζερβός

Το φαινόμενο της εξάτμισης και της συμπύκνωσης συναντώνται κατά κόρον στη φύση. Ας μην ξεχνάμε τον κύκλο του νερού (που είναι άλλωστε και το μοναδικό υλικό σώμα, που συναντάται και στις τρεις φυσικές καταστάσεις της ύλης).

Βρασμός

Όταν ένα υγρό απορροφά ενέργεια αρχίζει να αλλάζει φυσική κατάσταση και από υγρό να γίνεται αέριο (εξάτμιση). Σε κάποια συγκεκριμένη θερμοκρασία η αλλαγή φυσικής κατάστασης αρχίζει να γίνεται σε όλο τον όγκο του υγρού (και όχι μόνο από την ελεύθερη επιφάνεια). Αρχίζουν να δημιουργούνται τότε φυσαλίδες σε όλη τη μάζα του και η θερμοκρασία του να παραμένει σταθερή παρά τη συνεχή απορρόφηση ενέργειας. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται βρασμός. 

Η θερμοκρασία βρασμού (ή σημείο ζέσης)  των καθαρών ουσιών είναι σταθερή και διαφέρει σε κάθε υγρό. 

Πηγή: Physics Lessons http://physiclessons.blogspot.gr/2013/11/blog-post_4415.html#.WlETmVVl_IU 

• Τι συμβαίνει, όμως, αν προσθέσουμε σε μια καθαρή ουσία μια άλλη, τη μετατρέψουμε, δηλαδή, σε διάλυμα; Τι θα συμβεί, για παράδειγμα, αν προσθέσουμε στο νερό αλάτι; Τότε το σημείο βρασμού θα διαφοροποιηθεί. Θα αυξηθεί ή θα μειωθεί; Δε μένει παρά να το δούμε στην τάξη!

Προσομοίωση των αλλαγών φάσεων του νερού κατά την θέρμανσή του.

• Πάντως, το σημείο βρασμού εξαρτάται από την πίεση του αέρα (ή του αερίου) που περιβάλλει το υγρό. Για παράδειγμα το νερό βράζει στους 100° C (ή 212° F) στο επίπεδο της θάλασσας. Αντίθετα, σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο όπου εκεί η ατμοσφαιρική πίεση είναι μικρότερη το «σημείο βρασμού» είναι αισθητά χαμηλότερο. Για παράδειγμα στη κορυφή του Έβερεστ όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι 0,35 ατμόσφαιρες το Σ.Β του νερού είναι 80°C. (Το σχετικό πειραματάκι θα γίνει στο μάθημα!)
• Δείτε το video για να καταλάβετε καλύτερα.

• Παρόλο που στο μυαλό μας έχουν συνδέσει τη διαδικασία του βρασμού με την υψηλή θερμοκρασία θα πρέπει να έχουμε κατά νου ότι ορισμένα υγρά βράζουν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ή ακόμα σε θερμοκρασίες κάτω του -0, όπως για παράδειγμα το οξυγόνο, το οποίο βράζει στους....-183 !!!!
• Πίνακας με τα σημεία βρασμού υγρών σε κανονικές συνθήκες (1 ατμ.)

Σε τι διαφέρει ο βρασμός από την εξάτμιση; 

Στον βρασμό έχουμε τη δημιουργία φυσαλίδων σ' όλη τη μάζα του υγρού, ενώ στην εξάτμιση έχουμε διαφυγή αερίων μόνο από την ελεύθερη επιφάνειά του.

Στον βρασμό το υγρό πρέπει να θερμανθεί και να φτάσει σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, ενώ η εξάτμιση γίνεται ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του υγρού.

Θερμαίνοντας και ψύχοντας τα στερεά

Εφαρμογές του φαινομένου 

Πηγή: Γρηγόρης Ζερβός

http://www.slideboom.com/presentations/479012/%CE%98%CE%95%CE%A1%CE%9C%CE%9F%CE%A4%CE%97%CE%A4%CE%91-%CE%A6%CE%956---%CE%98%CE%95%CE%A1%CE%9C%CE%91%CE%99%CE%9D%CE%9F%CE%9D%CE%A4%CE%91%CE%A3-%26-%CE%A8%CE%A5%CE%A7%CE%9F%CE%9D%CE%A4%CE%91%CE%A3-%CE%A4%CE%91-%CE%A3%CE%A4%CE%95%CE%A1%CE%95%CE%91

Γέφυρες

ράγες τρένων

καλώδια ΔΕΗ

• ... και λίγα ενδιαφέροντα ακόμα

Η κρεμαστή γέφυρα, που ενώνει το Ρίο με το Αντίρριο είναι 2.250 μέτρα στους 25ο C. Η θερμοκρασία της γέφυρας μπορεί να κυμαίνεται από -5 έως +40ο C κατά τη διάρκεια του έτους και η γέφυρα μπορεί να διασταλεί συνολικά κατά 130 εκ.

Ο Πύργος του Άιφελ μια πολύ ζεστή καλοκαιρινή μέρα μπορεί να "ψηλώσει" μέχρι και 15 εκατοστά! Γιατί;

Διαστολή και Συστολή Υγρών

Πείραμα 

Τι θα γίνει αν κάνουμε το πείραμα του βιβλίου προσθέτοντας κι άλλα δυο υγρά, το οινόπνευμα και το λάδι;

Η στάθμη των τριών υγρών, μέσα στα γυάλινα σωληνάκια ανεβαίνει, λόγω διαστολής. Περισσότερο όμως ανεβαίνει η στάθμη του οινοπνεύματος, (μεγαλύτερη διαστολή), μετά η στάθμη του λαδιού και τέλος του χρωματισμένου νερού, (μικρότερη διαστολή). 

• Τι συμβαίνει, όμως, με τη διαστολή του νερού; 

Διαστολή και συστολή αερίων