Tapasztalatból tudja, hogy amikor a hőmérő értéke jelzi hőfok növekszik, a környezeti feltételek melegebbé válnak. Ha ez az érték csökken, a környezeti viszonyok hűvösebbé válnak. Valószínűleg tisztában van azzal is, hogy a jelenség pontos számszerűsítéséhez több közös hőmérsékleti skálát használnak.
Ha a hőmérséklet változása valamilyen módon azt jelzi, hogy erősödik vagy csökken hő a közelben van-e valamilyen módszer az összefüggés megragadására? Vagyis korrelálható-e egy adott hőmérséklet-változás (mondjuk Celsius-fokban vagy ° C-ban) egy adott hőnövekedéssel vagy -veszteséggel - feltételezve, hogy a "hő" még a fizikában is pontosan mérhető dolog?
Valójában lehetséges korrigálni a hőmérséklet változását a hőnyereséggel vagy -veszteséggel olyan hasznos hőegységekben, mint a kilodiózulák (kJ) - mindaddig, amíg a szó szoros értelmében tudod, hogy miről van szó.
Hőmérséklet és skálái
A hőmérséklet egy hőmérőnek nevezett eszközzel mért mennyiség. Matematikailag a részecskék (atomok és molekulák) átlagos kinetikus energiájából származik egy rendszerben, például egy zárt tartályban vagy helyiségben.
A kinetikus energia a mozgás energiája. Amikor apró részecskék csapkodnak át a levegőben, ütköznek egymással, és az ütközések során hőt bocsátanak ki. Minél gyorsabb a rendszerben lévő részecskék átlagos sebessége, annál jobban ütköznek és annál több hő szabadul fel, emelve a mért hőmérsékletet.
A hőmérséklet SI mértékegysége a Kelvin (K). Ez nem fokozat, ezért nincs társított szimbóluma, ellentétben a Celsius és a Fahrenheit fokokkal. A K és a ° C ugyanakkora nagyságrendű abban az értelemben, hogy 1 K növekedése és 1 ° C növekedése ugyanazt a fizikai változást jelenti. De a skálák úgy vannak eltolva, hogy ° C = -273,15 K, és K minimális elméleti értéke 0.
Ezenkívül (9/5) ° C + 32 = ° F.
Energia, hő és egységeik
Kétségtelenül ismeri a kifejezést kalória a sokféle módszer egyikeként annak mérésére, hogy az elfogyasztott étel mit juttat a rendszer sejtgépezetéhez. Egyes források szerint a kalória energiaegységekkel rendelkezik; mások szerint hőegységet igényel. Valójában mindkét állítás igaz, mivel a hő a fizikában a "hivatalos" - az energiának nevezett - hivatalos "mennyiség" - ha meglehetősen megfoghatatlan - mennyisége.
Míg a kalória (cal) az alapja a legtöbb nyilvános beszélgetésnek az Egyesült Államokban az élelmiszerek által nyújtott energiáról, ez nem a fizika tankönyvekben és folyóiratokban használt egység. A szabványos nemzetközi (SI) energia, tehát hőmennyiség a joule (J).
1 kalória = 4,18 J, de az élelmiszer-címkéken látható "kalória" valójában kilokalória (kcal) vagy 1000 valódi kalória. Így 1 "kalória" tápértékjelölésenként valójában 4180 joule, vagyis 4,18 kJ.
Hogyan függ össze a hő és a hőmérséklet?
Látta, hogyan viszonyul a hőmérséklet a hőhöz. De hogyan is határozták meg először az "egy fok" méretét? Az embereknek meg kellett tudniuk, hogyan jelöljék meg a foltokat a hőmérsékleti skálán a "megfagyott" és a "megfőtt" között, és számokat rendeljenek ezekhez az intervallumokhoz.
Ahogy előfordul, ha adott mennyiségű hőt ad hozzá (Q) joule-ban egy rendszerhez, vagy eltávolíthatja a hőt a rendszerből, meghatározhatja, hogy a rendszer hőmérséklete mennyire változik (∆T) Celsiusban, amíg ismeri a rendszer tömegét (gyakran vízminta) m grammban és annak fajlagos hő c, amely anyagonként változik:
Q = mc (∆T)
Víz esetében c = 1 cal / (g) (° C) = 4,186 J / (g) (° C).
Példa: Ha van 1 literes vízmintája, amelynek tömege 1000 g, akkor mennyi energia szükséges kJ-ban a minta 1 ° C-os felmelegedéséhez?
Q = mc (∆T) = (1000 g) (4,186 J / g ° C) (1 ° C) = 4 186 = 4,186 kJ.
Emlékezzünk vissza, hogy ez az energiamennyiség egyetlen étel "kalóriájában". Ez furcsa, ha figyelembe vesszük, hogy mondjuk 1 liter édesített szódának ez a mennyiség kb. 400-szorosa, de a test sokkal másképpen kezeli a "kalóriákat", mint egy egyszerű korsó víz.