Из искуства знате да када вредност на термометру показује температура повећава се, амбијентални услови постају топлији. Када ова вредност опадне, амбијентални услови постају хладнији. Такође сте вероватно свесни да се користи више уобичајених температурних скала за прецизно квантификовање овог феномена.
Ако промене температуре на неки начин указују на добитак или губитак од топлота у близини, постоји ли начин да се ухвати корелација? Односно, може ли се дата промена температуре (рецимо, степени Целзијуса или ° Ц) довести у корелацију са датим добитком или губитком топлоте - под претпоставком да је „топлота“ чак и ствар која се може прецизно измерити у физици?
Заправо је могуће корелирање промена температуре са добицима или губицима топлоте у корисним јединицама топлоте, попут килоџула (кЈ), све док дословно знате са чим имате посла.
Температура и њене скале
Температура је величина коју мери уређај који се назива термометар. Математички је изведен из просечне кинетичке енергије честица (атома и молекула) у систему, попут затвореног контејнера или просторије.
Кинетичка енергија је енергија кретања. Када ситне честице прођу кроз ваздух, сударе се једна с другом и судари ослобађају топлоту. Што је већа просечна брзина честица у систему, то ће се више сударити и више топлоте ће се ослободити, подижући измерену температуру.
СИ јединица температуре је Келвин (К). Ово није степен и стога нема придружени симбол, за разлику од случаја Целзијуса и Фахренхеита. Међутим, К и ° Ц имају исту величину у смислу да пораст од 1 К и пораст од 1 ° Ц представљају исту физичку промену. Али вага је померена тако да је ° Ц = -273,15 К, а минимална теоријска вредност К је 0.
Поред тога, (9/5) ° Ц + 32 = ° Ф.
Енергија, топлота и њихове јединице
Без сумње сте упознати са тим термином калорија као један од многих начина за мерење шта храна коју једете испоручује ћелијским машинама вашег система. Неки извори тврде да калорија има јединице енергије; други кажу да су потребне јединице топлоте. У ствари, обе тврдње су тачне, јер је топлота један од различитих подтипова „званичне“ - иако прилично неухватљиве - величине у физици познате као енергија.
Иако је калорија (кал) основа за већину јавних разговора у САД-у о енергији коју дају намирнице, ово није јединица која се користи у уџбеницима и часописима физике. Стандардна међународна (СИ) јединица енергије, а самим тим и топлоте, је џул (Ј).
1 калорија = 4,18 Ј, али „калорија“ коју видите на етикетама намирница је заправо килокалорија (кцал) или 1.000 истинских калорија. Тако 1 калорија по означавању хранљивих састојака заправо износи 4.180 џула, или 4.18 кЈ.
Како су повезани топлота и температура?
Видели сте како се температура односи на топлоту. Али како је уопште одређена величина „једног степена“? Људи су морали да имају начин да обележе места на температурној скали између „смрзнутог“ и „прокуваног“ и додељују бројеве тим интервалима.
Како то бива, ако додате задату количину топлоте (К) у џулима на систем или уклоните топлоту из тог система, можете одредити колико ће се температура система променити (∆Т) у Целзијусу све док знате масу система (често узорак воде) м у грамима и својим специфична топлота ц, који се разликује од супстанце до супстанце:
К = мц (∆Т)
За воду, ц = 1 кал / (г) (° Ц) = 4.186 Ј / (г) (° Ц).
Пример: Ако имате узорак воде од 1 литра, који има масу 1.000 г, колико енергије је потребно у кЈ да се узорак загреје за 1 ° Ц?
К = мц (∆Т) = (1.000 г) (4.186 Ј / г ° Ц) (1 ° Ц) = 4.186 = 4.186 кЈ.
Подсетимо се да је ово количина енергије у једној „калорији“ хране. То је чудно када узмете у обзир да, рецимо, 1 Л заслађене соде садржи око 400 пута већу количину од ове количине, али тело „калорије“ третира далеко другачије од обичне тегле воде.