Alle har en fornemmelse af forskellen mellem "varm" og "kold", i det mindste i en relativ skala som temperatur. Hvis du lægger en liter vand, der har siddet på disken ved stuetemperatur, i et normalt fungerende køleskab, bliver det koldere. Hvis du i stedet placerer den i en mikrobølgeovn, der er indstillet til høj i tre minutter, bliver den varmere.
Fordi "varmt" og "koldt" er subjektive udtryk og kan betyde forskellige ting for forskellige mennesker på forskellige tidspunkter, en objektiv skala er nødvendig for forskere og andre til nøjagtigt at beskrive "hotness" og "coldness" på en numerisk skala. Denne skala er naturligvis temperatur, hvoraf de mest almindelige enheder over hele verden er kelvin (K), grader Celsius (° C) og grader Fahrenheit (° F).
Temperatur til gengæld er det ikke en måling af "varme", som har enheder af energi og er en overførbar mængde inden for naturvidenskab. Temperatur er et mål for den gennemsnitlige kinetiske energi af molekyler i stof; bevægelsen af disse molekyler genererer varme. Hvis du stadig er forvirret, skal du ikke bekymre dig. Du bliver bare opvarmet!
Hvad er varme, og hvor kommer det fra?
Varme kan forestilles som den samlede mængde energi, der skyldes molekylær bevægelse af et stof. Varme kan betragtes som "flyder" fra steder, hvor der er meget til steder, hvor der er relativt lidt, ligesom vand strømmer ned ad bakke under indflydelse af tyngdekraften og molekyler har tendens til at bevæge sig fra områder med højere koncentration (partikeltæthed) til områder med lavere koncentration.
Varme gives normalt i joules (J), SI eller det internationale system, energienhed. Dette er lig med 4,18 kalorier (cal), den mængde varme, der kræves for at hæve temperaturen på 1 gram (1 g) vand (H2O) med 1 grad Celsius (° C). ("Kalorieindholdet" på fødevareetiketter er faktisk en kilokalorie (kcal) eller 1.000 cal.
Varmemateriale får partikler i det stof til at fremskynde; kølemateriale får partiklerne til at bremse. Til sidst fører dette ikke kun til mere (eller mindre) varme og højere (eller lavere) temperaturer, men faseændringer, som du snart læser om.
Definitioner af partikelbevægelser
Temperatur er en teoretisk ubegrænset størrelse i den høje ende, men dens værdi kan ikke være lavere end 0 K, hvilket er lig med en temperatur kendt som absolut nul. Negative værdier er umulige, fordi molekyler og atomer ikke kan have "negativ bevægelse." De kan blot stoppe med at vibrere helt og frigøre ingen varme som følge heraf.
Det gennemsnitlig kinetisk energi af molekyler i en prøve, det være sig fast, flydende eller gas, bruges til at bestemme temperaturen, fordi denne værdi er stabil ved en given temperatur.
Den enkelte kinetiske energiværdi for et givet molekyle vil variere over tid, især ved høje temperaturer. Da millioner af partikler typisk vurderes, forbliver middelværdien af disse energiværdier den samme, hvis eksperimentelle forhold forstyrres ikke (dvs. for en gas, tryk, volumen og antallet af partikler i prøve).
Materiestatus, varme og temperatur
Stater eller faser af stof svarer til molekylernes kinetiske energi i et stof.
Materie i solid tilstand har "koldere molekyler" end det samme stof opvarmet tilstrækkeligt til at smelte det eller få det til at blive flydende. (Væske bliver fast, fordi den afkøles og mister varme kaldes frysning.) Væske antager formen på sin beholder samtidig med at dets volumen opretholdes, så molekyler kan glide forbi hinanden, men meget få kan "flygte" ud i omgivelserne stemning.
Materie i gas eller gasformig tilstand har sin højeste kinetiske energi og de "hotteste" partikler i dens eksistensfaser. Individuelle partikler er ikke sammenhængende og kan i stedet sprænge af hinanden og beholderens vægge, som en gas let fylder med partiklerne jævnt fordelt gennem beholderen, men stadig i bevægelse.