Свако има осећај разлике између „врућег“ и „хладног“, барем на релативној скали попут температуре. Ако литар воде која је стајала на пулту на собној температури ставите у фрижидер који нормално функционише, постаће хладнији. Ако је уместо тога ставите у микроталасну рерну постављену на три минута, постаће топлије.
Будући да су „вруће“ и „хладно“ субјективни појмови и различитим људима могу значити различите ствари у различито време, ан објективна скала је потребна да би научници и други прецизно описали „врућину“ и „хладноћу“ на нумеричкој скали. Та скала је наравно температура, а најчешће су јединице широм света келвин (К), степени Целзијуса (° Ц) и степени Фахренхеита (° Ф).
Температура заузврат није мерење „топлоте“ која има јединице енергије и која је преносива величина у физичкој науци. Температура је мера просечне кинетичке енергије молекула у материји; кретање ових молекула ствара топлоту. Ако сте и даље збуњени, без бриге. Само се загреваш!
Шта је топлота и одакле долази?
Топлота може се замислити као укупна количина енергије која је резултат молекуларног кретања супстанце. Може се замислити да топлота „тече“ од места где је има много до места где је релативно мало, баш као што вода тече низбрдо под утицајем гравитације и молекули имају тенденцију да се крећу из подручја веће концентрације (густине честица) у подручја ниже концентрација.
Обично се даје топлота џула (Ј), СИ, или међународни систем, јединица енергије. Ово је једнако 4.18 калорија (кал), количина топлоте потребна за повишење температуре од 1 грама (1 г) воде (Х2О) за 1 степен Целзијуса (° Ц). („Калорија“ на етикетама намирница је заправо килокалорија (кцал), односно 1.000 кал.
Загревање материје доводи до убрзања честица у њој; материја која хлади доводи до успоравања честица. На крају, ово доводи не само до веће (или мање) топлоте и виших (или нижих) температура, већ и промена фазе, о чему ћете ускоро прочитати.
Дефиниције кретања честица
Температура је теоретски неограничена величина на високом крају, али његова вредност не може бити нижа од 0 К, што је једнако температури познатој као апсолутна нула. Негативне вредности су немогуће, јер молекули и атоми не могу да имају „негативно кретање“. Они могу једноставно потпуно престати да вибрирају и као последица не ослобађају топлоту.
Тхе просечна кинетичка енергија молекула у узорку, било да је чврста, течна или гасна, користи се за одређивање температуре, јер је ова вредност стабилна на датој температури.
Вредност појединачне кинетичке енергије датог молекула варираће током времена, посебно на високим температурама. Пошто се обично процењују милиони честица, средња вредност ових енергетских вредности остаје иста ако експериментални услови нису поремећени (тј. за гас, притисак, запремину и број честица у узорак).
Стања материје, топлоте и температуре
државе или фазе материје одговарају кинетичкој енергији молекула у супстанци.
Материја у чврст држава има „хладније молекуле“ од исте супстанце загрејане довољно да је истопи или проузрокује да постане течна. (Течност која постаје чврста јер се хлади и губи топлоту назива се смрзавање.) Течност поприма облик своје посуде задржавајући запремину, тако да молекули могу клизити један поред другог, али врло мало њих може „побећи“ у амбијент атмосфера.
Материја у гасни или гасовит држава има своју највишу кинетичку енергију и „највруће“ честице у својим фазама постојања. Поједине честице нису суседне и уместо тога могу се одбити једна од друге и зидова контејнера, коју гас лако пуни, а његове честице се равномерно распоређују по контејнеру, али су и даље у покрету.