Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

1. είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ; είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; 2.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "1. είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ; είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; 2."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 1

2 είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ; είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; 2

3 Είναι ίσως δύσκολο να φανταστούμε ότι πριν από 300 χρόνια δεν είχε βρεθεί ένας άνθρωπος να επινοήσει κάποιο τρόπο για να μετρήσει το «πόσο ζεστό;» είναι ένα αντικείμενο. η ΕΝΝΟΙΑ που επινόησαν οι άνθρωποι για να προσδιορίζουν το ζεστό και το κρύο με ΑΡΙΘΜΟΥΣ λέγεται στα γερμανικά και στα σουηδικά temperatur, στα αγγλικά temperature και στα ελληνικά ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Ακόμα και τον 17ο αιώνα, την εποχή του Νεύτωνα, ενώ οι ερευνητές – με πρωτοπόρο τον Τοριτσέλι το είχαν βρει τρόπο να μετρούν την ατμοσφαιρική πίεση με βαρόμετρο, κανείς δεν μπορούσε να προσδιορίσει «πόσο πιο ζεστή» είναι μια μέρα του καλοκαιριού από την προηγούμενη 3

4 η Φυσική είναι ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ, ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, ΕΝΝΟΙΕΣ, ΝΟΜΟΙ 4

5 Η μέτρηση της θερμοκρασίας έπρεπε να βασιστεί σε ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ. Έπρεπε να ανακαλυφθεί ένα ΟΡΓΑΝΟ – σήμερα το λέμε ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ – αλλά και να προταθεί μία κλίμακα τιμών θερμοκρασίας με την οποία θα λειτουργεί Την εποχή εκείνη είχε ήδη παρατηρηθεί ότι οι μεταβολές της θερμοκρασίας είχαν σχέση με ορισμένα ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ όπως η αύξηση του όγκου των σωμάτων - η λεγόμενη ΔΙΑΣΤΟΛΗ - περισσότερο εμφανής στον αέρα, λιγότερο στα υγρά και ακόμα λιγότερο στα στερεά, το λιώσιμο – ΤΗΞΗ - του πάγου και των άλλων στερεών και ο ΒΡΑΣΜΟΣ των υγρών 5

6 σωλήνας από ΓΥΑΛΙ ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΣ θερμόμετρο ΔΙΑΣΤΟΛΗ 6

7 Το 1714 ο Γερμανός Daniel Fahrenheit – Ντάνιελ Φάρενχάιτ, οι αγγλόφωνοι τον λένε Φαρενάιτ - -επέλεξε ένα ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ στο οποίο βασίστηκε η κατασκευή του θερμομέτρου Το φαινόμενο ήταν η ΔΙΑΣΤΟΛΗ του ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΥ. Όπως πριν 70 περίπου χρόνια νωρίτερα ο Torricelli είχε κατασκευάσει το πρώτο βαρόμετρο χρησιμοποιώντας υδράργυρο και γυαλί, ο Fahrenheit έφτιαξε ένα θερμόμετρο με γυάλινο σωλήνα και υδράργυρο. Ο ίδιος – επιλέγοντας δύο φαινόμενα έκανε και μια πρόταση για τη βαθμολόγηση του θερμομέτρου προτείνοντας αυτή που λέμε σήμερα «κλίμακα Φαρενάιτ» Αποδεχόμενος ότι η αύξηση του μήκους μιας στήλης υδραργύρου είναι ανάλογη με την αύξηση της θερμοκρασίας πρότεινε η μέτρηση των μεταβολών θερμοκρασίας να γίνεται με μέτρηση του μήκους της υδραργυρικής στήλης 7

8 8

9 Είκοσι περίπου χρόνια αργότερα ο Σουηδός Anders Celsius - Άντερς Κέλσιους, συνήθως στην Ελλάδα λέμε ο Κέλσιος – επέλεξε δύο ακόμη, γνωστά την εποχή εκείνη, ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ και έκανε μιαν άλλη πρόταση για μια θερμοκρασιακή κλίμακα με την οποία θα μπορούσαν οι άνθρωποι να «βαθμολογούν» το θερμόμετρο. Το ένα ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ήταν η ΤΗΞΗ του πάγου και το άλλο ο ΒΡΑΣΜΟΣ του νερού 9

10 Η τελική πρόταση την οποία υπέβαλε, το 1742, στην Ακαδημία Επιστημών της Στοκχόλμης ήταν να θεωρείται: ως ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝ – σήμερα γράφουμε 0 o C - εκείνη στην οποία λιώνει ο πάγος ως ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 100 – σήμερα γράφουμε 100 o C - εκείνη στην οποία βράζει το νερό και Στις ευρωπαϊκές χώρες και αργότερα σε όλον σχεδόν τον Κόσμο -με τα θερμόμετρα που χρησιμοποιούνται στα νοσοκομεία, στα μετεωρολογικά δελτία, στην καθημερινή ζωή - οι βαθμοί Κελσίου δίνουν την απάντηση στο ερώτημα για το κρύο, για τη ζέστη και για τη θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος Σημαντική εξαίρεση οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Τζαμάικα όπου έχει καθιερωθεί η κλίμακα Φαρενάιτ 10

11 Οι φυσικοί θεωρώντας την κλίμακα Κελσίου αυθαίρετη διότι βασίζεται σε ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ – νερό – και σε ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ – τήξη, βρασμός - αυθαίρετα επιλεγμένα με αυθαίρετο τρόπο συνέχισαν να αναζητούν μια άλλη κλίμακα που να βασίζεται σε γενικό νόμο του Σύμπαντος Τον 19ο αιώνα – έτος 1848 – ο μετέπειτα Λόρδος Kelvin – Κέλβιν – πρότεινε μια κλίμα στην οποία το σημείο μηδέν να είναι η κατώτερη θερμοκρασία που μπορεί να υπάρξει στο Σύμπαν. Η κλίμακα Κέλβιν εξακολουθεί και σήμερα να είναι αποδεκτή από τη Φυσική. Το μηδέν της κλίμακας Κέλβιν, το λεγόμενο και ΑΠΟΛΥΤΟ ΜΗΔΕΝ -αντιστοιχεί σε περίπου -273 βαθμούς Κελσίου ενώ η μεταβολή θερμοκρασίας κατά ένα βαθμό Κέλβιν ( 1Κ ) είναι ίση με τη μεταβολή θερμοκρασίας κατά ένα βαθμό Κελσίου. Η θερμοκρασία Κέλβιν συμβολίζεται διεθνώς με το γράμμα Τ, αρχικό της αγγλικής λέξης Temperature, και οι μεταβολές της με ΔΤ Αν συμβολίσουμε τη θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου με το γράμμα θ και τις μεταβολές της με Δθ ΔΤ = ΔθΤ = θ Αν η θερμοκρασία ενός σώματος ΜΕΤΑΒΛΗΘΕΙ κατά 25 βαθμούς Κελσίου θα έχει αυξηθεί και κατά 25 Κ Αν η θερμοκρασία ενός σώματος ΕΙΝΑΙ 40 ο C θα είναι και = 313 σε βαθμούς Κέλβιν ( 313 Κ ) 11

12 Τήξη του πάγου Βρασμός του νερού Απόλυτο μηδέν 180 Βαθμοί ΦΑΡΕΝΑΙΤ 180 F 100 Βαθμοί ΚΕΛΣΊΟΥ 100 ο C 100 βαθμοί ΚΕΛΒΙΝ 100 Κ 12

13 Με την ανακάλυψη των θερμομέτρων οι φυσικοί είχαν πια τη δυνατότητα να μετρούν τη θερμοκρασία και τις μεταβολές της. Η αύξηση της θερμοκρασίας ενός σώματος είναι φαινόμενο το οποίο λέγεται ΘΕΡΜΑΝΣΗ. Συμπίπτει με αυτό που λέμε « το σώμα ζεστάθηκε ». Η ελάττωση της θερμοκρασίας ενός σώματος είναι το φαινόμενο ΨΥΞΗ Οι μετρήσεις όμως έδειχναν ότι η έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ δεν επαρκεί για να μπορεί κάποιος να προβλέψει το «πώς θα εξελιχθεί» ένα φαινόμενο όπως η θέρμανση ή η ψύξη 13

14 Η πρόβλεψη Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 60 o C με 300 g νερού θερμοκρασίας 30 o C Η πράξη Η σκέψη Η διαπίστωση Εφόσον είναι ίσες οι μάζες και οι αρχικές θερμοκρασίες, η τελική θερμοκρασία θα είναι 45 ο C η τελική θερμοκρασία είναι 45 o C Το ζεστό σώμα δείχνει να «έχασε» 15 βαθμούς και το κρύο σώμα να «πήρε» 15 βαθμούς Η πράξη Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 60 o C με 60 g νερού θερμοκρασίας 30 o C η τελική θερμοκρασία είναι 55 o C Η πρόβλεψη Η διαπίστωση Η θερμοκρασία του ζεστού νερού θα ελαττωθεί αλλά δεν μπορούμε να προβλέψουμε «πόσο». Η θερμοκρασία του άλλου θα αυξηθεί, αλλά δεν μπορούμε να προβλέψουμε «πόσο» ί Το ζεστό σώμα δείχνει να «έχασε» 5 βαθμούς και το κρύο σώμα να «πήρε» 25 βαθμούς Ίσως υπάρχει «κάτι» αόρατο που μεταβιβάζεται από το ζεστό προς το κρύο και προκαλεί τις αλλαγές, αλλά αυτό το «κάτι» δεν είναι η θερμοκρασία Η πράξη Η πρόβλεψη Η διαπίστωση Η σκέψη Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 52 o C με 300 g σιδήρου θερμοκρασίας 30 o C Η θερμοκρασία του ζεστού νερού θα ελαττωθεί αλλά δεν μπορούμε να προβλέψουμε «πόσο». Η θερμοκρασία του σιδήρου θα αυξηθεί, αλλά δεν μπορούμε να προβλέψουμε «πόσο» ί η τελική θερμοκρασία είναι 50 o C Το ζεστό σώμα δείχνει να «έχασε» 2 βαθμούς και το κρύο σώμα να «πήρε» 20 βαθμούς. Ίσως υπάρχει «κάτι» αόρατο που μεταβιβάζεται από το ζεστό προς το κρύο και προκαλεί τις αλλαγές, αλλά αυτό το «κάτι» δεν είναι η θερμοκρασία η έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ δεν επαρκεί για να μπορεί κάποιος να προβλέψει «πώς θα εξελιχθεί» το φαινόμενο Ένα γενικό συμπέρασμα 14

15 15

16 Η έννοια ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ γεννήθηκε από την ανάγκη να επινοηθεί «κάτι» το οποίο κατά την εξέλιξη των φαινομένων «θα μεταβιβάζεται». Έτσι η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ έκανε την πρώτη της εμφάνιση στην ανθρώπινη σκέψη ως « κάτι» το οποίο μεταβιβάζεται ( μεταφέρεται, ρέει ) από ένα σώμα ορισμένης θερμοκρασίας σε ένα άλλο, χαμηλότερης θερμοκρασίας. Η ύπαρξη δύο διαφορετικών θερμοκρασιών θεωρήθηκε η μοναδική ΑΙΤΙΑ της ροής. Ένα από τα ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ της ροής ήταν η αύξηση της θερμοκρασίας του ενός σώματος και η ελάττωση της θερμοκρασίας του άλλου Αυτό εξακολουθούμε να το δεχόμαστε και σήμερα 16

17 17

18 Ξέρω όμως ότι αν πιάσω με το χέρι ένα παγάκι αυτό που μεταβιβάζεται από το παγάκι στο χέρι μου είναι ΨΥΧΟΣ. Άρα δεν υπάρχει μόνο ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ, υπάρχει και ΨΥΧΟΣ Να ακριβολογήσουμε Αυτό που νιώθεις είναι να κρυώνει το χέρι σου, όπως λένε οι φυσικοί να ελαττώνεται η θερμοκρασία του χεριού σου Το ότι μεταβιβάζεται «κάτι» από το παγάκι στο χέρι στου είναι μια ΙΔΕΑ. Και ανάλογες ιδέες είχαν οι άνθρωποι πριν οι φυσικοί προτείνουν την έννοια θερμότητα ως το μοναδικό «κάτι» το οποίο ρέει μόνο από το ζεστό προς το κρύο Δηλαδή οι φυσικοί δηλαδή «κατάργησαν» το ψύχος ; Το «ψύχος» εξακολουθεί να υπάρχει ως έννοια της καθημερινής ζωής, αλλά ως έννοια της Φυσικής - ως κάτι που μεταβιβάζεται και μπορούμε να το μετρήσουμε- δεν υφίσταται. Τι συμβαίνει δηλαδή όταν κρατάω το παγάκι στο χέρι μου ; Μεταβιβάζεται θερμότητα από το χέρι μου στο παγάκι ; Αυτό ακριβώς λένε οι φυσικοί. Και η ροή θερμότητας από το χέρι σου, σε κάνει να νιώθεις «κρύο» 18

19 Μόνο η διαφορά στις θερμοκρασίες δύο σωμάτων Η ροή γίνεται πάντοτε από το σώμα με τη μεγαλύτερη ( λέγεται και υψηλότερη ) θερμοκρασία προς το σώμα με τη μικρότερη ( ή χαμηλότερη) θερμοκρασία Το σώμα στο οποίο μεταβιβάζεται θερμότητα είναι δυνατόν να θερμανθεί, να αυξηθεί δηλαδή η θερμοκρασία του Στο σώμα από το οποίο μεταβιβάζεται θερμότητα είναι δυνατόν να εκδηλωθεί ψύξη, να ελαττωθεί δηλαδή η θερμοκρασία του Γιατί λέμε «ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΝ» ; Ένα σώμα στο οποίο μεταφέρεται θερμότητα δεν ζεσταίνεται οπωσδήποτε ; Ένα σώμα το οποίο αποδίδει θερμότητα δεν ψύχεται οπωσδήποτε ; Μπορεί να μεταφέρεται σε ένα σώμα θερμότητα και να μην αυξάνεται η θερμοκρασία του. Όπως και το αντίθετο. Μπορεί να αποδίδει θερμότητα και να μην ψύχεται. Θα τα δούμε αργότερα. Εννοεί ότι δεν υπάρχει άλλος τρόπος για να συμβεί ροή θερμότητας 19

20 Εάν σε ένα σώμα μεταβιβάζεται θερμότητα και αυξάνεται η θερμοκρασία του, ΠΟΣΟ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ; Νομίζω ότι το «πόσο αυξάνεται» εξαρτάται από το «πόσο μεγάλο είναι το σώμα». Όσο πιο μεγάλο είναι τόσο πιο λίγο αυξάνεται η θερμοκρασία του Για να είμαστε ακριβείς εξαρτάται από τη ΜΑΖΑ του σώματος. Οι μετρήσεις μάλιστα δείχνουν ότι αν το ένα σώμα έχει τριπλάσια μάζα από το άλλο, η θερμοκρασία του θα αυξηθεί κατά το ένα τρίτο Από τι άλλο εξαρτάται το «πόσο αυξάνεται η θερμοκρασία » ενός σώματος ; Υποθέτω και από το «πόση είναι ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ» που μεταβιβάζεται στο σώμα. Αν δηλαδή με ένα κερί θερμάνουμε ταυτόχρονα μια καρφίτσα κι ένα μεγάλο καρφί, το καρφί θα ζεσταθεί λιγότερο. Έχεις απόλυτο δίκιο. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας είναι ανάλογη με τη θερμότητα που ρέει προς το σώμα Δοκίμασε να κάνεις κάτι παρόμοιο αλλά λιγότερο επικίνδυνο και θα δεις ότι δίκιο. Συμπεραίνω ότι η αύξηση της θερμοκρασίας εξαρτάται από ΔΥΟ παράγοντες. Από τη μάζα του σώματος και από το πόση θερμότητα μεταβιβάζουμε σ’ αυτό. Και όχι μόνο. Ίσως δεν έχεις προσέξει ότι και Ισχύουν τα ίδια. Για κάθε σώμα στερεό ή υγρό η ΜΕΤΑΒΟΛΗ της θερμοκρασίας του καθορίζεται από τρία πράγματα. Το ποσόν θερμότητας, από τη μάζα του και το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο Δηλαδή η αύξηση θερμοκρασίας εξαρτάται και από το εάν το σώμα είναι από σίδερο, από νερό ή από χώμα. Το ίδια ισχύουν και για το «πόσο ΕΛΑΤΤΩΝΕΤΑΙ η θερμοκρασία ;» 20

21 Την απάντηση στο ερώτημα «από τι εξαρτάται η μεταβολή της θερμοκρασίας ενός ενός στερεού ή ενός υγρού σώματος ; » μπορούμε να τη διατυπώσουμε και με μια μαθηματική σχέση. Δθ = Q cm Αν συμβολίσουμε τη θερμότητα με το γράμμα Q, και τη μεταβολή της θερμοκρασίας με Δθ θα είναι Στη σχέση αυτή διακρίνω το γράμμα Q που παριστάνει τη ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ θερμότητα, και το γράμμα m που συμβολίζει τη ΜΑΖΑ. Φαντάζομαι ότι το γράμμα c θα εκπροσωπεί το ΥΛΙΚΟ Σωστά το φαντάζεσαι. Το γράμμα c συμβολίζει τη λεγόμενη ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ του υλικού Q = mcΔθ η οποία εμφανίζεται και με τη μορφή Όσο πιο δύσκολα ζεσταίνεται το υλικό τόσο πιο μεγάλη θα είναι η τιμή της ειδικής θερμότητας Το νερό το οποίο ζεσταίνεται δύσκολα αλλά και κρυώνει δύσκολα έχει μια από τις μεγαλύτερες τιμές ειδικής θερμότητας ανάμεσα στα διάφορα υλικά. Η άμμος έχει πιο μικρή τιμή και ο σίδηρος ακόμα μικρότερη. Ακόμα μικρότερη τιμή – το ένα τρίτο περίπου του σιδήρου - έχει ο ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΣ. Η θερμοκρασία του μεταβάλλεται πολύ εύκολα σε σχέση με τα άλλα υλικά Ίσως είναι κι ένας λόγος για τον οποίο διάλεξαν τον υδράργυρο για την κατασκευή θερμομέτρων. Συγκινείται πολύ εύκολα από μεταβολές της θερμοκρασίας; Αυτά ισχύουν μόνο για τα στερεά και τα υγρά; Στα αέρια τι ισχύει ; Στα ΑΕΡΙΑ η εξέλιξη είναι πιο περίπλοκη 21

22 Μπορούμε να κάνουμε τέτοια πειράματα στο σχολικό εργαστήριο ; Θα χρειαστούμε ένα γκαζάκι – τη συσκευή τη λέμε λύχνο – θερμόμετρο, ζυγό και χρονόμετρο και το ειδικό μονωμένο δοχείο που λέγεται θερμιδόμετρο Σε ένα πρώτο ΠΕΙΡΑΜΑ μπορούμε να αποδείξουμε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας είναι ανάλογη με το ποσό θερμότητας που μεταβιβάστηκε. Βάζουμε στο δοχείο νερό, έχουμε φροντίσει να υπάρχει και θερμόμετρο, ανάβουμε το γκαζάκι και – παρατηρώντας το θερμόμετρο και το χρονόμετρο - διαπιστώνουμε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του νερού είναι ανάλογη με το χρονικό διάστημα στο οποίο μεταβιβάζεται θερμότητα, άρα ανάλογη προς τη θερμότητα Η απάντηση στο αρχικό ερώτημα η οποία διατυπώνεται με τη σχέση Q = mcΔθ προκύπτει από μετρήσεις σε πειράματα και έχει και τον χαρακτήρα πειραματικού ΝΟΜΟΥ Ο νόμος λέγεται ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑΣ Σε ένα δεύτερο πείραμα, ζυγίζουμε προηγουμένως το νερό που θα βάλουμε στο δοχείο και κάνουμε πρώτα μέτρηση της αύξησης θερμοκρασίας του για ορισμένο χρονικό διάστημα t πρώτο και στη συνέχεια βάζουμε περισσότερο νερό το οποίο έχουμε ζυγίσει και διαπιστώνουμε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας του νερού είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του Σε ένα τρίτο πείραμα, ζυγίζουμε προηγουμένως το νερό που θα βάλουμε στο δοχείο και μετράμε την αύξησης της θερμοκρασίας του – ας υποθέσουμε Δθ - για ορισμένο χρονικό διάστημα t. Αδειάζουμε στη συνέχεια το νερό, βάζουμε στο δοχείο λάδι ίσης μάζας με το νερό και διαπιστώνουμε ότι για παροχή θερμότητας στο λάδι επί τον ίδιο χρόνο t, η αύξηση της θερμοκρασίας του λαδιού είναι 0,47 Δθ. 22

23 Η μονάδα μέτρησης της μάζας είναι το 1 kg, η μονάδα μέτρησης για τη μεταβολή της θερμοκρασίας είναι ο ένας βαθμός Κελσίου ή το ένα Κέλβιν. Ποια είναι η μονάδα μέτρησης της θερμότητας και της ειδικής θερμότητας ; Τότε που οι φυσικοί δεν είχαν ακόμα απαντήσει στο ερώτημα «τι είναι αυτό το «κάτι» που μεταβιβάζεται από ένα ζεστό σώμα σε ένα άλλο και έχει το όνομα ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ» ως μονάδα μέτρησης της θερμότητας χρησιμοποιούσαν «τη θερμότητα που πρέπει να μεταβιβαστεί σε ένα γραμμάριο νερού για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό Κελσίου ή Κέλβιν ( 1 Κ )». Τη μονάδα αυτή την έλεγαν calorie, στα ελληνικά θερμίδα, τη συμβόλιζαν με 1 cal, οπότε και η μονάδα ειδικής θερμότητας ήταν το 1 cal/gr K. Από τη στιγμή όμως που έδωσαν μια πολύ ενδιαφέρουσα απάντηση στο «τι είναι θερμότητα» η μονάδα άλλαξε. Θα το συζητήσουμε αργότερα. Και ποια είναι η ΠΟΛΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΥΣΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ που έδωσαν στο ερώτημα « ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΑΥΤΟ ΠΟΥ ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΕΤΑΙ ΑΠΟ ΕΝΑ ζεστό ΣΩΜΑ ΣΕ ΕΝΑ ΑΛΛΟ και έχει το όνομα ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ;» 23

24 24

25 Ακόμα και στις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα μια αποδεκτή από όλους απάντηση δεν είχε ακόμα δοθεί. τι είναι αυτό το «κάτι» που μεταβιβάζεται από ένα ζεστό σώμα σε ένα άλλο και προκαλεί μεταβολές της θερμοκρασίας ; Το ερώτημα είχε βασανίσει τους θεωρητικούς και είχε προκαλέσει ποικίλες απαντήσεις Στο μεταξύ, τον 19ο αιώνα, έχει εξαπλωθεί η Βιομηχανική Επανάσταση με πρωταγωνίστρια τη μηχανή του ατμού. Η ατμομηχανή υπήρξε εκτός των άλλων και μια εξαιρετική δασκάλα των θεωρητικών. Οι μηχανικοί την τροφοδοτούσαν με ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ και εκείνη πρόσφερε ΚΙΝΗΣΗ. Αλλά κίνηση προσφέρει σε ένα σώμα και η μεταβιβαζόμενη ενέργεια που τη λέμε ΕΡΓΟ. δεν άργησε να εμφανιστεί Η ΙΔΕΑ ότι 25

26 Αλλά για να γίνει η ΙΔΕΑ σε μια από τις πιο ενδιαφέρουσες ΘΕΩΡΙΕΣ της Φυσικής χρειάστηκε η φαντασία και οι δεξιότητες ενός από μεγαλύτερους πειραματικούς του αιώνα. Σε ένα από τα πιο κρίσιμα πειράματα στην Ιστορία της Φυσικής, ο James Prescott Joule – Τζέημς Πρέσκοτ Τζάουλ χρησιμοποίησε μια συσκευή στην οποία δύο βαρίδια πέφτοντας έθετε σε περιστροφή πτερύγια βυθισμένα σε νερό με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού. ΤΟ ΝΕΡΟ ΜΠΟΡΟΥΣΕΝΑ ΖΕΣΤΑΘΕΙ ΜΕ ΕΡΓΟ. Και όχι μόνο αυτό. Οι μετρήσεις έδειχναν ότι σε κάθε τέτοιο πείραμα ανάμεσα στην ΕΝΕΡΓΕΙΑ ( ΕΡΓΟ) ΠΟΥ ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΟΤΑΝ ΣΤΟ ΝΕΡΟ και στη ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ την οποία μεταβίβαζε το νερό στο περιβάλλον υπήρχε μια σταθερή αναλογία, η ίδια πάντα ανεξάρτητα από το πώς γινόταν το πείραμα Η ιδέα έγινε ΘΕΩΡΙΑ και η αινιγματική μέχρι τότε ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ άρχισε να θεωρείται ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. Αυτό ισχύει μέχρι και σήμερα. Η μονάδα μέτρησης της θερμότητας είναι η μονάδα ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ το ένα δηλαδή τζάουλ Οπότε σύμφωνα με τον νόμο τη ς θερμιδομετρίας Q = m c Δθ, η μονάδα μέτρησης της ειδικής θερμότητας είναι το 1 J/kg.K 26

27 λίγο αργότερα δημιουργήθηκε και η έννοια ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΕΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ η οποία ΔΕΝ είναι μεταβιβαζόμενη ενέργεια όπως η θερμότητα αλλά είναι ενέργεια που «ανήκει» στο σώμα και αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του, αλλά και ελαττώνεται όταν ελαττώνεται η θερμοκρασία του Την ίδια εποχή, η ιδέα ότι Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΙΝΑΙ ΜΕΤΑΒΙΒΑΖΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ οδήγησε στην επίσης τολμηρή ιδέα για ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ και στη διατύπωση του ΝΟΜΟΥ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 27

28 28

29 Τον 19ο αιώνα η ΙΔΕΑ αποδείχθηκε ιδιαίτερα γόνιμη για την ΕΠΙΣΤΉΜΗ. Η ΙΔΕΑ ότι υπάρχει ένας Μικρόκοσμος της ύλης με αδιάκοπα κινούμενα αόρατα σωματίδια είναι πανάρχαια αλλά για πάρα πολλούς αιώνες υπήρξε περιθωριακή Γέννησε δύο θεωρίες την ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ η οποία ενδιαφέρθηκε για τη δομή των σωματιδίων – χαρακτηρίζοντας καθένα από αυτά ως ΑΤΟΜΟ - για να συμβάλει τελικά στην οικοδόμηση της ΧΗΜΕΙΑΣ την ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ των αερίων η οποία ενδιαφέρθηκε κυρίως για την κίνηση και τον για αριθμό των σωματιδίων και 29

30 σε οποιαδήποτε δοκιμασία και να υποβάλλουμε ένα αέριο αυτό θα έχει πάντα κάποια ΠΙΕΣΗ όλα ξεκίνησαν λίγο πριν τα μέσα του 18ου αιώνα με την παρατήρηση ότι ήταν 1738 όταν ο Daniel Bernoulli για να δώσει εξήγηση στο γεγονός ότι η ΠΙΕΣΗ ενός αερίου ΥΠΑΡΧΕΙ ΠΑΝΤΑ έκανε μια πρόταση Να αποδεχθούμε ότι υπάρχει ένας ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ της ύλης και ότι κάθε αέριο συγκροτείται από αδιάκοπα κινούμενα σωματίδια. Οι συγκρούσεις των σωματιδίων αυτών με τα τοιχώματα του δοχείου όσο και με κάθε αντικείμενο που βρίσκεται μέσα στο αέριο εξηγούν τις πιεστικές δυνάμεις και την αντίστοιχη ΠΙΕΣΗ την οποία διαπιστώνουμε ότι υπάρχει πάντοτε Η πρόταση του Bernoulli δεν έγινε αποδεκτή από τη μεγάλη πλειοψηφία των ερευνητών αλλά ένα περίπου αιώνα επανήλθε και εδραιώθηκε με το να ενσωματωθεί στη λεγόμενη ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ των αερίων 30

31 Η ΠΙΕΣΗ ενός αερίου και ο ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ Ένα από τα πρώτα ερωτήματα ήταν « Ποια είναι η σχέση της ΠΙΕΣΗΣ ενός αερίου με τα σωματίδια του Μικρόκοσμου τα οποία κινούνται άτακτα ; Τι συμβαίνει στον Μικρόκοσμο των σωματιδίων και αυξάνεται ή ελαττώνεται η πίεση την οποία μετράμε στο εργαστήριο ; Η πίεση του αερίου σχετίζεται Η απάντηση η οποία τελικά δόθηκε ήταν λογική. και με το «πόσα είναι τα σωματίδια σε κάθε κυβικό » αλλά και με το «πόσο γρήγορα κινούνται» Μπορούμε να τη χαρακτηρίσουμε λογική διότι καθώς τα σωματίδια συγκρούονται με το τοίχωμα όσο περισσότερα είναι τόσο μεγαλύτερη δύναμη ασκούν συνολικά στο τοίχωμα. Από την άλλη όσο πιο γρήγορα κινούνται τόσο πιο έντονες θα είναι οι συγκρούσεις με το τοίχωμα, άρα τόσο μεγαλύτερη η δύναμη την οποί α συνολικά ασκούν σωματίδια βάρος έμβολο 31

32 Ένα άλλο ερώτημα ήταν « Ποια είναι η σχέση της ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ενός αερίου με τα ατάκτως κινούμενα σωματίδια ; Τι συμβαίνει στον Μικρόκοσμο των σωματιδίων και αυξάνεται ή ελαττώνεται η θερμοκρασία την οποία μετράμε στο εργαστήριο ; Στο ερώτημα για τη θερμοκρασία η απάντηση ήταν πολύ πιο δύσκολη και καθυστέρησε αρκετά. Όταν τελικά διαμορφώθηκε με τη θεωρία ότι Η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ του αερίου σχετίζεται Μόνο με το πόσο γρήγορα κινούνται τα σωματίδια 32

33 υ2υ2 υ6υ6 υ8υ8 υ9υ9 υ4υ4 υ 11 υ3υ3 υ7υ7 υ5υ5 υ 10 υ 12 υ1υ1 και συγκεκριμένα το αέριο είναι τόσο πιο ζεστό όσο μεγαλύτερη είναι η – μέση – ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ των σωματιδίων που το συγκροτούν Όταν έχουμε τρία σωματίδια με κινητικές ενέργειες 5 μονάδων, 7 μονάδων και 12 μονάδων η μέση κινητική ενέργεια είναι 8 μονάδων. Προκύπτει εάν προσθέσουμε τις τρεις τιμές και διαιρέσουμε δια τρία 33

34 Μικρότερες τιμές ΠΙΕΣΗΣ Χαμηλή θερμοκρασία Υψηλή θερμοκρασία 1 2 Σε κάθε στιγμή ο όγκος του ενός δοχείου είναι ίσος με τον όγκο του άλλου. Τα σωματίδια στο δοχείο 1 είναι ισάριθμα με τα σωματίδια στο δοχείο 2 Το ότι οι τιμές της ΠΙΕΣΗΣ στο 2 είναι συγκριτικά μεγαλύτερες σημαίνει ότι τα σωματίδια στο 2 κινούνται πιο γρήγορα Η μεγαλύτερη ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ στο 2 σημαίνει ότι τα σωματίδια στο 2 κινούνται πιο γρήγορα Μεγαλύτερες τιμές ΠΙΕΣΗΣ 34

35 Μετά την απάντηση αυτή, η οποία τελικά επεκράτησε, το ερώτημα « Ποια είναι η σχέση της ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ενός αερίου με τα κινούμενα σωματίδια ;» δεν έδειχνε δύσκολο Η απάντηση που δόθηκε ήταν ότι Η θερμική ενέργεια ενός αερίου είναι το ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΙΚΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ που το συγκροτούν Στα χρόνια που ακολούθησαν, η θεωρία περί Μικρόκοσμου η οποία αρχικά αφορούσε μόνο στα αέρια επεκτάθηκαν και σε υγρά σώματα στα οποία η μορφή της κίνησης των σωματιδίων είναι διαφορετική αλλά και σε στερεά σώματα όπου η μορφή της κίνησης είναι πολύ πιο οργανωμένη και καθόλου άτακτη 35

36 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ σταθερή Η ΠΙΕΣΗ αυξομειώνεται Εφόσον η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ διατηρείται σταθερή η συνολική κινητική ενέργεια των σωματιδίων είναι σταθερή 36


Κατέβασμα ppt "1. είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ; είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; 2."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google