Toată lumea are sensul diferenței dintre „cald” și „rece”, cel puțin la o scară relativă ca temperatura. Dacă puneți un litru de apă care a stat pe tejghea la temperatura camerei într-un frigider care funcționează normal, va deveni mai rece. Dacă îl așezați în schimb într-un cuptor cu microunde setat la maxim timp de trei minute, se va încălzi.
Deoarece „cald” și „rece” sunt termeni subiectivi și pot însemna lucruri diferite pentru oameni diferiți în momente diferite, an este necesară o scară obiectivă pentru ca oamenii de știință și alții să descrie cu precizie „căldura” și „răceala” pe o scară numerică. Scara respectivă este desigur temperatura, dintre care cele mai comune unități la nivel mondial sunt kelvin (K), grade Celsius (° C) și grade Fahrenheit (° F).
Temperatura la rândul său, nu este o măsurare a „căldurii”, care are unități de energie și este o cantitate transferabilă în știința fizică. Temperatura este o măsură a energiei cinetice medii a moleculelor din materie; mișcarea acestor molecule generează căldură. Dacă sunteți încă confuz, nu vă faceți griji. Doar te încălzești!
Ce este căldura și de unde provine?
Căldură poate fi imaginat ca cantitatea totală de energie rezultată din mișcarea moleculară a unei substanțe. Căldura poate fi concepută ca „curgând” din locurile în care există o cantitate mare de aceasta în locuri în care este relativ puțin, la fel cum curge apa coborârea sub influența gravitației și a moleculelor tind să se deplaseze din zonele cu concentrație mai mare (densitatea particulelor) în zonele mai mici concentraţie.
De obicei, căldura este administrată jouli (J), SI sau sistemul internațional, unitate de energie. Aceasta este egală cu 4,18 calorii (cal), cantitatea de căldură necesară pentru creșterea temperaturii de 1 gram (1 g) de apă (H2O) cu 1 grad Celsius (° C). („Caloria” de pe etichetele alimentelor este de fapt o kilocalorie (kcal), sau 1.000 cal.
Materia încălzitoare determină accelerarea particulelor din această materie; materia răcitoare face ca particulele să încetinească. În cele din urmă, acest lucru duce nu numai la mai multă (sau mai puțină) căldură și la temperaturi mai ridicate (sau mai mici), ci la schimbări de fază, despre care veți citi în scurt timp.
Definiții ale mișcării particulelor
Temperatura este o cantitate teoretic nelimitată la capătul înalt, dar valoarea sa nu poate fi mai mică de 0 K, care este egală cu o temperatură cunoscută sub numele de zero absolut. Valorile negative sunt imposibile, deoarece moleculele și atomii nu pot avea „mișcare negativă”. Ele pot doar să nu mai vibreze complet și să nu elibereze căldură ca o consecință.
energie cinetică medie de molecule dintr-o probă, fie ea solidă, lichidă sau gazoasă, este utilizată pentru stabilirea temperaturii, deoarece această valoare este stabilă la o temperatură dată.
Valoarea individuală a energiei cinetice a unei molecule date va varia în timp, în special la temperaturi ridicate. Deoarece milioane de particule sunt în mod obișnuit evaluate, media acestor valori energetice rămâne aceeași dacă condițiile experimentale nu sunt perturbate (de exemplu, pentru un gaz, presiune, volum și numărul de particule din probă).
Stări de materie, căldură și temperatură
State sau fazele materiei corespund energiei cinetice a moleculelor dintr-o substanță.
Materie în solid starea are „molecule mai reci” decât aceeași substanță încălzită suficient pentru a o topi sau a o face să devină lichidă. (Lichidul devenind solid deoarece se răcește și pierde căldura se numește îngheț.) Lichidul își asumă forma recipientului său în timp ce își menține volumul, astfel moleculele pot aluneca unele peste altele, dar foarte puține pot „scăpa” în mediul ambiant atmosfera.
Materie în gaz sau gazos starea are cea mai mare energie cinetică și „cele mai fierbinți” particule din fazele sale de existență. Particulele individuale nu sunt contigue și, în schimb, pot sări unul de altul și de pereții containerului, pe care un gaz îl umple cu ușurință, cu particulele distribuite uniform în recipient, dar încă în mișcare.