Svatko ima osjećaj razlike između "vrućeg" i "hladnog", barem na relativnoj ljestvici poput temperature. Ako litru vode koja je sjedila na pultu na sobnoj temperaturi stavite u normalno funkcionirajući hladnjak, postat će hladnije. Ako je umjesto toga stavite u mikrovalnu pećnicu postavljenu na visoko na tri minute, postat će toplije.
Budući da su "vruće" i "hladno" subjektivni pojmovi i različitim ljudima mogu značiti različite stvari u različito vrijeme, an objektivna ljestvica potrebna je kako bi znanstvenici i drugi precizno opisali "vrućinu" i "hladnoću" na brojčanoj skali. Ta ljestvica je naravno temperatura, a najčešće su jedinice u svijetu kelvin (K), stupnjevi Celzijusa (° C) i stupnjevi Fahrenheita (° F).
Temperatura zauzvrat nije mjerenje "topline", koja ima jedinice energije i prenosiva je veličina u fizičkoj znanosti. Temperatura je mjera prosječne kinetičke energije molekula u tvari; kretanje ovih molekula stvara toplinu. Ako ste i dalje zbunjeni, bez brige. Samo se zagrijavaš!
Što je toplina i odakle dolazi?
Toplina može se zamisliti kao ukupna količina energije koja proizlazi iz molekularnog gibanja tvari. Toplina se može zamisliti kao da „teče“ od mjesta gdje je ima puno do mjesta gdje je relativno malo, baš kao što i voda teče nizbrdo pod utjecajem gravitacije i molekule se teže premještati iz područja veće koncentracije (gustoće čestica) u područja niže koncentracija.
Toplina se obično daje džula (J), SI ili međunarodni sustav, jedinica energije. To je jednako 4.18 kalorija (cal), količina topline potrebna za povišenje temperature od 1 grama (1 g) vode (H2O) za 1 stupanj Celzija (° C). ("Kalorija" na naljepnicama namirnica zapravo je kilokalorija (kcal), odnosno 1.000 kal.
Zagrijavanje tvari uzrokuje ubrzanje čestica u njoj; tvar koja hladi uzrokuje usporavanje čestica. Na kraju, to dovodi ne samo do više (ili manje) vrućine i viših (ili nižih) temperatura, već i promjena faze, o čemu ćete uskoro pročitati.
Definicije kretanja čestica
Temperatura je teoretski neograničena veličina na najvišem kraju, ali njegova vrijednost ne može biti niža od 0 K, što je jednako temperaturi poznatoj kao apsolutna nula. Negativne vrijednosti su nemoguće jer molekule i atomi ne mogu imati "negativno kretanje". Oni jednostavno mogu potpuno prestati vibrirati i kao posljedica toga ne oslobađaju toplinu.
The prosječna kinetička energija molekula u uzorku, bila ona krutina, tekućina ili plin, koristi se za utvrđivanje temperature jer je ta vrijednost stabilna na određenoj temperaturi.
Vrijednost pojedinačne kinetičke energije dane molekule varirat će tijekom vremena, posebno pri visokim temperaturama. Budući da se obično procjenjuju milijuni čestica, srednja vrijednost ovih energetskih vrijednosti ostaje ista ako eksperimentalni uvjeti nisu poremećeni (tj. za plin, tlak, volumen i broj čestica u uzorak).
Stanja materije, topline i temperature
Države ili faze materije odgovaraju kinetičkoj energiji molekula u tvari.
Materija u solidan država ima "hladnije molekule" od iste tvari zagrijane dovoljno da je otopi ili uzrokuje da postane tekuća. (Tekućina koja postaje čvrsta jer se hladi i gubi toplinu naziva se smrzavanjem.) Tekućina poprima oblik svoje posude zadržavajući svoj volumen, tako da molekule mogu kliziti jedna pored druge, ali vrlo malo ih može "pobjeći" u okoliš atmosfera.
Materija u plin ili plinovit država ima svoju najvišu kinetičku energiju i "najtoplije" čestice u svojim fazama postojanja. Pojedine čestice nisu susjedne i umjesto toga mogu se odbiti jedna od druge i zidova spremnika, koje plin lako puni, a njegove se čestice ravnomjerno raspoređuju po spremniku, ali su i dalje u pokretu.