Jeder hat ein Gefühl für den Unterschied zwischen "heiß" und "kalt", zumindest auf einer relativen Skala wie der Temperatur. Wenn Sie einen Liter Wasser, der auf der Theke mit Zimmertemperatur gestanden hat, in einen normal funktionierenden Kühlschrank stellen, wird es kälter. Wenn Sie es stattdessen drei Minuten lang in einen Mikrowellenherd stellen, wird es wärmer.
Weil "heiß" und "kalt" subjektive Begriffe sind und für verschiedene Menschen zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Bedeutungen haben können, und Wissenschaftler und andere benötigen eine objektive Skala, um "Hitze" und "Kälte" auf einer numerischen Skala genau zu beschreiben. Diese Skala ist natürlich die Temperatur, deren weltweit gebräuchlichste Einheiten Kelvin (K), Grad Celsius (°C) und Grad Fahrenheit (°F) sind.
Temperatur wiederum ist keine Messung von "Wärme", die Energieeinheiten hat und in der Physik eine übertragbare Größe ist. Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie von Molekülen in Materie; Die Bewegung dieser Moleküle erzeugt Wärme. Wenn Sie immer noch verwirrt sind, keine Sorge. Sie werden gerade warm!
Was ist Wärme und woher kommt sie?
Hitze kann man sich als die Gesamtenergiemenge vorstellen, die aus der molekularen Bewegung eines Stoffes resultiert. Man kann sich vorstellen, dass Wärme von Orten, an denen viel davon vorhanden ist, zu Orten, an denen relativ wenig vorhanden ist, „fliesst“, so wie Wasser fließt bergab unter dem Einfluss der Schwerkraft und Moleküle neigen dazu, sich von Bereichen höherer Konzentration (Partikeldichte) in Bereiche niedrigerer. zu bewegen Konzentration.
Wärme wird normalerweise in gegeben Joule (J), die SI oder internationale Systemeinheit der Energie. Dies ist gleich 4,18 Kalorien (cal), die erforderliche Wärmemenge, um die Temperatur von 1 Gramm (1 g) Wasser (H2O) um 1 Grad Celsius (°C). (Die "Kalorie" auf Lebensmitteletiketten ist eigentlich eine Kilokalorie (kcal) oder 1.000 cal.
Das Erhitzen von Materie bewirkt, dass sich Partikel in dieser Materie beschleunigen; Abkühlende Materie bewirkt eine Verlangsamung der Partikel. Dies führt schließlich nicht nur zu mehr (oder weniger) Wärme und höheren (oder niedrigeren) Temperaturen, sondern auch zu Phasenänderungen, über die Sie gleich lesen werden.
Definitionen von Partikelbewegungen
Temperatur ist eine theoretisch unbegrenzte Größe am oberen Ende, aber ihr Wert darf nicht niedriger als 0 K sein, was einer Temperatur entspricht, die als absoluter Nullpunkt bekannt ist. Negative Werte sind unmöglich, weil Moleküle und Atome keine "negative Bewegung" haben können. Sie können lediglich ganz aufhören zu vibrieren und geben dadurch keine Wärme ab.
Das durchschnittliche kinetische Energie von Molekülen in einer Probe, sei es fest, flüssig oder gasförmig, wird zur Temperaturbestimmung verwendet, da dieser Wert bei einer bestimmten Temperatur stabil ist.
Der individuelle Wert der kinetischen Energie eines gegebenen Moleküls variiert im Laufe der Zeit, insbesondere bei hohen Temperaturen. Da typischerweise Millionen von Teilchen bewertet werden, bleibt der Mittelwert dieser Energiewerte gleich, wenn Die experimentellen Bedingungen werden nicht gestört (d. h. für ein Gas sind Druck, Volumen und Anzahl der Teilchen im Stichprobe).
Aggregatzustände, Wärme und Temperatur
Zustände oder Phasen der Materie entsprechen der kinetischen Energie der Moleküle in einem Stoff.
Materie im solide Zustand hat "kältere Moleküle" als dieselbe Substanz, die ausreichend erhitzt wird, um sie zu schmelzen oder zu verflüssigen. (Flüssigkeit, die fest wird, weil sie abkühlt und Wärme verliert, wird als Gefrieren bezeichnet.) Flüssigkeit nimmt die Form ihres Behälters an unter Beibehaltung seines Volumens, sodass Moleküle aneinander vorbeigleiten können, aber nur sehr wenige können in die Umgebung "entweichen" Atmosphäre.
Materie im Gas oder gasförmig Zustand hat seine höchste kinetische Energie und die "heißesten" Teilchen in seinen Existenzphasen. Einzelne Partikel grenzen nicht aneinander und können stattdessen aneinander und an den Wänden des Behälters abprallen, die ein Gas leicht füllt, mit seinen Partikeln gleichmäßig im Behälter verteilt, aber noch in Bewegung.
