كل شخص لديه إحساس بالفرق بين "الحار" و "البارد" ، على الأقل على مقياس نسبي مثل درجة الحرارة. إذا وضعت لترًا من الماء على المنضدة في درجة حرارة الغرفة في ثلاجة تعمل بشكل طبيعي ، فسوف يصبح الجو أكثر برودة. إذا قمت بدلاً من ذلك بوضعه في فرن الميكروويف على درجة عالية لمدة ثلاث دقائق ، فسوف يصبح أكثر دفئًا.
لأن "ساخن" و "بارد" مصطلحات ذاتية ، ويمكن أن تعني أشياء مختلفة لأشخاص مختلفين في أوقات مختلفة ، و المقياس الموضوعي ضروري للعلماء وغيرهم ليصفوا بدقة "السخونة" و "البرودة" على مقياس عددي. هذا المقياس هو بالطبع درجة الحرارة ، والوحدات الأكثر شيوعًا منها في جميع أنحاء العالم هي كلفن (K) ، ودرجات مئوية (درجة مئوية) ودرجات فهرنهايت (درجة فهرنهايت).
درجة حرارة بدوره ليس مقياسًا "للحرارة" التي تحتوي على وحدات طاقة وكمية قابلة للتحويل في العلوم الفيزيائية. درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات في المادة ؛ حركة هذه الجزيئات تولد الحرارة. إذا كنت لا تزال في حيرة من أمرك ، فلا داعي للقلق. أنت فقط تستعد!
ما هي الحرارة ومن أين تأتي؟
الحرارة يمكن تصورها على أنها إجمالي كمية الطاقة الناتجة عن الحركة الجزيئية للمادة. يمكن تصور الحرارة على أنها "تتدفق" من الأماكن التي يوجد بها الكثير منها إلى الأماكن التي يوجد بها القليل نسبيًا ، تمامًا مثل تدفق المياه انحدارًا تحت تأثير الجاذبية وتميل الجزيئات إلى الانتقال من مناطق ذات تركيز أعلى (كثافة الجسيمات) إلى مناطق أقل تركيز.
عادة ما يتم إعطاء الحرارة جول (J) ، SI ، أو وحدة الطاقة في النظام الدولي. هذا يساوي 4.18 سعرات حراريه (كال) ، كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام (1 جرام) من الماء (H2O) بمقدار 1 درجة مئوية (درجة مئوية). ("السعرات الحرارية" على الملصقات الغذائية هي في الواقع كيلو كالوري (kcal) ، أو 1000 سعرة حرارية.
تتسبب مادة التسخين في تسريع الجسيمات الموجودة في هذه المادة ؛ مادة التبريد تسبب تباطؤ الجسيمات. في النهاية ، هذا لا يؤدي فقط إلى ارتفاع (أو انخفاض) الحرارة ودرجات حرارة أعلى (أو أقل) ، ولكن تغيرات المرحلة ، والتي ستقرأ عنها قريبًا.
تعريفات حركة الجسيمات
درجة حرارة هي كمية لا حدود لها نظريًا في النهاية العليا ، لكن قيمتها لا يمكن أن تقل عن 0 كلفن ، والتي تساوي درجة الحرارة المعروفة باسم الصفر المطلق. القيم السلبية مستحيلة لأن الجزيئات والذرات لا يمكن أن يكون لها "حركة سلبية". يمكنهم فقط التوقف عن الاهتزاز تمامًا وعدم تحرير أي حرارة نتيجة لذلك.
ال متوسط الطاقة الحركية من الجزيئات في العينة ، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية ، تُستخدم لتحديد درجة الحرارة لأن هذه القيمة ثابتة عند درجة حرارة معينة.
ستختلف قيمة الطاقة الحركية الفردية لجزيء معين بمرور الوقت ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. نظرًا لأنه يتم عادةً تقييم ملايين الجسيمات ، فإن متوسط قيم الطاقة هذه يظل كما هو إذا الظروف التجريبية غير مضطربة (أي بالنسبة للغاز والضغط والحجم وعدد الجسيمات في عينة).
حالات المادة والحرارة ودرجة الحرارة
تنص على أو مراحل المادة تتوافق مع الطاقة الحركية للجزيئات في مادة ما.
المسألة في صلب تحتوي الحالة على "جزيئات أبرد" من نفس المادة التي يتم تسخينها بدرجة كافية لإذابها ، أو جعلها سائلة. (يسمى السائل الذي يصبح صلبًا لأنه يبرد ويفقد الحرارة بالتجميد). يأخذ السائل شكل الحاوية الخاصة به مع الحفاظ على حجمها ، لذلك يمكن للجزيئات أن تنزلق فوق بعضها البعض ، لكن القليل منها يمكنه "الهروب" إلى المحيط أجواء.
المسألة في غاز أو الغازي الدولة لديها أعلى طاقتها الحركية والجسيمات "الأكثر سخونة" في مراحل وجودها. الجسيمات الفردية ليست متجاورة ، وبدلاً من ذلك يمكن أن ترتد عن بعضها البعض وجدران الحاوية ، الذي يملأه الغاز بسهولة ، مع توزيع جزيئاته بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية ولكن لا يزال يتحرك.