ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ και ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ.

Παρουσίαση με θέμα: "ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ και ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ και ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

2 είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ;
Η έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ είναι κρύο, αλλά «πόσο κρύο» ; είναι ζεστό, αλλά «πόσο ζεστό» ;

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. 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 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

4 η Φυσική είναι ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ, ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ , ΕΝΝΟΙΕΣ, ΝΟΜΟΙ

5 το λιώσιμο – ΤΗΞΗ - του πάγου και των άλλων στερεών
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

6 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ σωλήνας από ΓΥΑΛΙ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΣ θερμόμετρο

7 Το φαινόμενο ήταν η ΔΙΑΣΤΟΛΗ του ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΥ .
Το 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. 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 Ο ίδιος – επιλέγοντας δύο φαινόμενα έκανε και μια πρόταση για τη βαθμολόγηση του θερμομέτρου προτείνοντας αυτή που λέμε σήμερα «κλίμακα Φαρενάιτ»

8

9 Το ένα ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ήταν η ΤΗΞΗ του πάγου και το άλλο ο ΒΡΑΣΜΟΣ του νερού
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

10 ως ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝ – σήμερα γράφουμε 0 oC -
Η τελική πρόταση την οποία υπέβαλε, το 1742, στην Ακαδημία Επιστημών της Στοκχόλμης ήταν να θεωρείται: ως ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝ – σήμερα γράφουμε 0 oC - εκείνη στην οποία λιώνει ο πάγος και ως ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 100 – σήμερα γράφουμε 100 oC - εκείνη στην οποία βράζει το νερό 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

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 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 = Δθ Τ = θ Αν η θερμοκρασία ενός σώματος ΕΙΝΑΙ 40 οC θα είναι και = 313 σε βαθμούς Κέλβιν ( 313 Κ ) Αν η θερμοκρασία ενός σώματος ΜΕΤΑΒΛΗΘΕΙ κατά 25 βαθμούς Κελσίου θα έχει αυξηθεί και κατά 25 Κ

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

13 Με την ανακάλυψη των θερμομέτρων οι φυσικοί είχαν πια τη δυνατότητα
οι φυσικοί είχαν πια τη δυνατότητα να μετρούν τη θερμοκρασία και τις μεταβολές της . 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 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

14 η τελική θερμοκρασία είναι 45 oC
Η πράξη Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 60 oC με 300 g νερού θερμοκρασίας 30 oC Η πρόβλεψη Εφόσον είναι ίσες οι μάζες και οι αρχικές θερμοκρασίες, η τελική θερμοκρασία θα είναι 45 οC Η διαπίστωση η τελική θερμοκρασία είναι 45 oC Το ζεστό σώμα δείχνει να «έχασε» 15 βαθμούς και το κρύο σώμα να «πήρε» 15 βαθμούς Η σκέψη Η πράξη Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 60 oC με 60 g νερού θερμοκρασίας 30 oC Η πρόβλεψη 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 Η διαπίστωση η τελική θερμοκρασία είναι 55 oC Το ζεστό σώμα δείχνει να «έχασε» 5 βαθμούς και το κρύο σώμα να «πήρε» 25 βαθμούς Η σκέψη 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 Αναμειγνύουμε 300 g νερού θερμοκρασίας 52 oC με 300 g σιδήρου θερμοκρασίας 30 oC 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 πρόβλεψη Η διαπίστωση η τελική θερμοκρασία είναι 50 oC Η σκέψη 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 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΔΕΝ είναι "κάτι" που μεταβιβάζεται Ένα γενικό συμπέρασμα η έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ δεν επαρκεί για να μπορεί κάποιος να προβλέψει «πώς θα εξελιχθεί» το φαινόμενο Χρειάζεται να επινοήσουμε κάποια άλλη ΕΝΝΟΙΑ με την ιδιότητα "να μεταβιβάζεται"

15 Η έννοια ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

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

17 Οι φυσικοί έχουν καταργήσει
Γιατί μόνο ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ; Οι φυσικοί έχουν καταργήσει το ΨΥΧΟΣ ;

18 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 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 Δηλαδή οι φυσικοί δηλαδή «κατάργησαν» το ψύχος ; 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 Τι συμβαίνει δηλαδή όταν κρατάω το παγάκι στο χέρι μου ; Μεταβιβάζεται θερμότητα από το χέρι μου στο παγάκι ; 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. Αυτό ακριβώς λένε οι φυσικοί. Και η ροή θερμότητας από το χέρι σου, σε κάνει να νιώθεις «κρύο»

19 ΑΙΤΙΑ της ροής θερμότητας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ της ροής
Μόνο η διαφορά στις θερμοκρασίες δύο σωμάτων Εννοεί ότι δεν υπάρχει άλλος τρόπος για να συμβεί ροή θερμότητας ΑΙΤΙΑ της ροής θερμότητας 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 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ της ροής 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.

20 και το νερό ζεσταίνεται ακόμα πιο δύσκολα
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 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 Δοκίμασε να κάνεις κάτι παρόμοιο αλλά λιγότερο επικίνδυνο και θα δεις ότι δίκιο. Έχεις απόλυτο δίκιο. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας είναι ανάλογη με τη θερμότητα που ρέει προς το σώμα Αν δηλαδή με ένα κερί θερμάνουμε ταυτόχρονα μια καρφίτσα κι ένα μεγάλο καρφί, το καρφί θα ζεσταθεί λιγότερο. Και όχι μόνο. Ίσως δεν έχεις προσέξει ότι Από τι άλλο εξαρτάται το «πόσο αυξάνεται η θερμοκρασία » ενός σώματος ; Υποθέτω και από το «πόση είναι ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ» που μεταβιβάζεται στο σώμα . το χώμα ζεσταίνεται πιο δύσκολα από τον σίδηρο και το νερό ζεσταίνεται ακόμα πιο δύσκολα Συμπεραίνω ότι η αύξηση της θερμοκρασίας εξαρτάται από ΔΥΟ παράγοντες. Από τη μάζα του σώματος και από το πόση θερμότητα μεταβιβάζουμε σ’ αυτό . 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 ;»

21 Q = mcΔθ Q Δθ = m c ενός στερεού ή ενός υγρού σώματος ; »
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. Q Δθ = m c η οποία εμφανίζεται και με τη μορφή Q = mcΔθ 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 Ίσως είναι κι ένας λόγος για τον οποίο διάλεξαν τον υδράργυρο για την κατασκευή θερμομέτρων. Συγκινείται πολύ εύκολα από μεταβολές της θερμοκρασίας; Όσο πιο δύσκολα ζεσταίνεται το υλικό τόσο πιο μεγάλη θα είναι η τιμή της ειδικής θερμότητας Στα ΑΕΡΙΑ η εξέλιξη είναι πιο περίπλοκη 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 Αυτά ισχύουν μόνο για τα στερεά και τα υγρά; Στα αέρια τι ισχύει ;

22 Μπορούμε να κάνουμε τέτοια πειράματα στο σχολικό εργαστήριο ; 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 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 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.

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 )» . 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 ;» 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 .

24 μεταβιβαζόμενη ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ είναι μεταβιβαζόμενη ΕΝΕΡΓΕΙΑ

25 Αλλά κίνηση προσφέρει σε ένα σώμα
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 Ακόμα και στις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα μια αποδεκτή από όλους απάντηση δεν είχε ακόμα δοθεί . 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. Η ΙΔΕΑ ότι η θερμότητα είναι «κάτι» όπως το ΕΡΓΟ δεν άργησε να εμφανιστεί

26 Σε ένα από τα πιο κρίσιμα πειράματα στην Ιστορία της Φυσικής,
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 . Οπότε σύμφωνα με τον νόμο τη ς θερμιδομετρίας Q = m c Δθ, η μονάδα μέτρησης της ειδικής θερμότητας είναι το 1 J/kg.K Αυτό ισχύει μέχρι και σήμερα. Η μονάδα μέτρησης της θερμότητας είναι η μονάδα ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ το ένα δηλαδή τζάουλ

27 Την ίδια εποχή, η ιδέα ότι
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 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

28 επίσκεψη στον ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟ

29 Η ΙΔΕΑ ότι υπάρχει ένας Μικρόκοσμος της ύλης με αδιάκοπα κινούμενα αόρατα σωματίδια
είναι πανάρχαια αλλά για πάρα πολλούς αιώνες υπήρξε περιθωριακή Τον 19ο αιώνα η ΙΔΕΑ αποδείχθηκε ιδιαίτερα γόνιμη για την ΕΠΙΣΤΉΜΗ. 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

30 όλα ξεκίνησαν λίγο πριν τα μέσα του 18ου αιώνα με την παρατήρηση ότι
σε οποιαδήποτε δοκιμασία και να υποβάλλουμε ένα αέριο αυτό θα έχει πάντα κάποια ΠΙΕΣΗ 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

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 ; βάρος έμβολο Η απάντηση η οποία τελικά δόθηκε ήταν λογική . σωματίδια Η πίεση του αερίου σχετίζεται 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

32 κινούνται τα σωματίδια
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

33 υ2 υ1 και συγκεκριμένα το αέριο είναι τόσο πιο ζεστό όσο μεγαλύτερη είναι η – μέση – ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ των σωματιδίων που το συγκροτούν υ4 υ3 υ7 υ5 υ6 υ9 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 υ8 υ11 υ12 υ10

34 2 1 Μικρότερες τιμές ΠΙΕΣΗΣ Μεγαλύτερες τιμές ΠΙΕΣΗΣ
Μεγαλύτερες τιμές ΠΙΕΣΗΣ 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 2 1 Το ότι οι τιμές της ΠΙΕΣΗΣ στο 2 είναι συγκριτικά μεγαλύτερες σημαίνει ότι τα σωματίδια στο 2 κινούνται πιο γρήγορα Χαμηλή θερμοκρασία Υψηλή θερμοκρασία Η μεγαλύτερη ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ στο 2 σημαίνει ότι τα σωματίδια στο 2 κινούνται πιο γρήγορα

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

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