Διαφορετικές έννοιες: Θερμότητα -θερμοκρασία-Θερμική Ενέργεια

Η θερμοκρασία είναι μια έννοια που μας βοηθά να περιγράψουμε πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα.Κάθε άνθρωπος διακρίνει το θερμό και το ψυχρό ανάλογα με τον τρόπο που το αντιλαμβάνεται όταν έρχεται σε επαφή μαζί του.Η αντίληψη όμως αυτή μπορεί να διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο ή ή να επηρεάζεται από προηγούμενες εντυπώσεις.Για το λόγο αυτό οι επιστήμονες διακρίνουν τα θερμά από τα ψυχρά σώματα μετρώντας τη θερμοκρασία τους.Η θερμοκρασία μπορεί να μετρηθεί με ένα θερμόμετρο.

Η Θερμοκρασία είναι μια έννοια που μας δείχνει το μέσο όρο της θερμικής ενέργειας που έχουν τα μόρια ενός σώματος. Η θερμοκρασία είναι δηλαδή ένα μέγεθος που μας δείχνει πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα. Για παράδειγμα, όταν το νερό έχει χαμηλή θερμοκρασία τα μόρια του νερού κινούνται σε πιο αργή ταχύτητα , ενώ όταν το νερό βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, τα μόριά του κινούνται πιο γρήγορα. Έτσι, σε χαμηλή θερμοκρασία τα μόρια έχουν, κατά μέσο όρο, λιγότερο κινητική ενέργεια από ό, τι σε υψηλή θερμοκρασία λόγω της χαμηλής ταχύτητας.

Κάθε θερμόμετρο αποτελείται από ένα σώμα(νερό, οινόπνευμα κλπ) και μια κλίμακα στην οποία μετράμε τη θερμοκρασία. Τα θερμόμετρα διακρίνονται ως προς τη λειτουργία τους σε υδραργύρου, οινοπνεύματος, μεταλλικά, ηλεκτρικά, χρωμογραφικούς δείκτες κλπ.

I'm a titΕνότητα 5 θερμότηταle. Click here to edit me

Είπαμε ότι η ύλη αποτελείται από άτομα και μόρια που κινούνται συνεχώς. Θερμική ενέργεια, λοιπόν, ονομάζουμε την ενέργεια που έχει ένα σώμα λόγω της κίνησης των μορίων του. Όσο πιο γρήγορα κινούνται τα μόρια ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη θερμική ενέργεια έχει.

Θερμότητα είναι η θερμική ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε κάποιο άλλο εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας τους. Η θερμότητα ρέει αυθόρμητα πάντα από τα πιο ζεστά σώματα στα πιο κρύα σώματα.

Η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας, ενώ η θερμοκρασία ιδιότητα και μέγεθος.

Η θερμοκρασία μετριέται σε μια κλίμακα που ονομάζεται Φαρενάιτ (από τους περισσότερους ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες) και σε Κελσίου (που χρησιμοποιούνται από τους επιστήμονες και τους πολίτες σε πολλές άλλες χώρες).

Το σημείο όπου το νερό παγώνει είναι 32 βαθμούς Φαρενάιτ (F )και 0 βαθμούς Κελσίου (C).

Το σημείο όπου το νερό βράζει είναι 212 F και 100 βαθμούς C.

Μπορούμε να μετατρέψουμε βαθμούς Κελσίου σε Φαρενάιτ αν πολλαπλασιάσουμε με το 1,8 και στη συνέχεια προσθέσουμε 32(π. χ. 23º Κελσίου =23 Χ 1,8 + 32 =73,4º Φαρενάιτ) και αντίθετα από Φαρενάιτ σε Κελσίου αν αφαιρέσουμε το 32 και διαιρέσουμε με το 1,8(π. χ. 68º Φαρενάιτ= 68 - 32 : 1,8 = 20º Κελσίου).

Αρχικά ο Κέλσιος χρησιμοποίησε ένα θερμόμετρο οινοπνεύματος που δεν είχε κλίμακα. Σημείωσε 0 στη θέση όπου βρισκόταν η στάθμη του οινοπνεύματος όταν το θερμόμετρο βρισκόταν μέσα στο μείγμα νερού-πάγου και το 100 στη θέση όπου βρισκόταν η στάθμη του οινοπνεύματος όταν το θερμόμετρο βρισκόταν μέσα στο νερό που βράζει. Στη συνέχεια χώρισε την απόσταση ανάμεσα στα δυο αυτά σημεία σε 100 ίσα μέρη και ονόμασε κάθε ένα μέρος 1 βαθμό Κελσίου(1° C).Έτσι ανάλογα με το πώς χωρίζονται τα θε

ρμόμετρα έχουμε και διαφόρων μορφών θερμόμετρα.

Κεφάλαιο 2

Θερμοκρασία-Θερμότητα:Δυο έννοιες διαφορετικές

Για να ανέβει η θερμοκρασία ενός σώματος,θα πρέπει να απορροφήσει μια ποσότητα ενέργειας.

Αντίστοιχα,για να μειωθεί η θερμοκρασία ενός σώματος,πρέπει αυτό να αποβάλει μια ποσότητα ενέργειας.Όταν ένα θερμό και ένα ψυχρό σώμα έρχονται σε επαφή,τότε μεταφέρεται ενέργεια από το θερμό προς το ψυχρό σώμα και μεταβάλλεται η θερμοκρασία τους.

Την ενέργεια αυτή που μεταφέρεται μεταξύ δύο σωμάτων την ονομάζουμε θερμότητα.

Το σώμα που προσφέρει τη θερμότητα ψύχεται, δηλαδή η θερμοκρασία του ελαττώνεται.Αυτό μπορούμε να το παρατηρήσουμε αν βάλουμε ένα δοχείο ζεστό νερό μέσα σε ένα δοχείο με κρύο νερό κι από ένα θερμόμετρο σε αυτά.Τότε θα δούμε ότι η θερμοκρασία του ζεστού ελαττώνεται,ενώ του ψυχρού θερμαίνεται.

Η Θερμότητα προσφέρεται πάντα αυθόρμητα από ένα σώμα μεγάλης θερμοκρασίας,όπως για παράδειγμα,η φλόγα ενός κεριού ή του σπίρτου,το αναμμένο μάτι της κουζίνας,το αναμμένο τζάκι,το αναμμένο σώμα καλοριφέρ κ.ά.,σε ένα σώμα μικρότερης θερμοκρασίας.

Το σώμα που προσφέρει τη θερμότητα ψύχεται,δηλαδή η θερμοκρασία ελαττώνεται.Ο φυσικός Τζέιμς Πρέσκοτ Τζάουλ απέδειξε πειραματικά ότι η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας,που μπορεί να προκύψει από κάθε άλλη μορφή ενέργειας,όπως είναι η χημική,η φωτεινή,η κινητική,η δυναμική και η ηλεκτρική.

Κάνε κλικ στην εικόνα για να εξασκηθείς

Κεφάλαιο 3 Τήξη και πήξη

Στη φύση υπάρχουν τρεις βασικές καταστάσεις της ύλης,η στερεή,η υγρή και η αέρια.

Οι καταστάσεις αυτές σχετίζονται με τη θερμοκρασία των σωμάτων.

Σε χαμηλή θερμοκρασία η φυσική κατάσταση της ύλης είναι συνήθως η στερεή,αλλά,καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει,η ύλη μπορεί να αλλάζει κατάσταση και γίνεται υγρή ή αέρια.

Η αλλαγή της κατάστασης από τη στερεή στην υγρή ονομάζεται τήξη.

Αντιστρόφως,η αλλαγή της κατάστασης από την υγρή στη στερεή ονομάζεται πήξη.

Η θερμοκρασία τήξης ή πήξης ενός υλικού αποτελεί χαρακτηριστική του ιδιότητα.Σε αυτή τη θερμοκρασία το υλικό σώμα βρίσκεται ταυτόχρονα σε δύο κατάστάσεις,καθώς μετατρέπεται από τη μία στην άλλη.

Όσο διαρκεί η μεταβολή της κατάστασης, η θερμοκρασία του σώματος διατηρείται σταθερή.

Κι ένα πειραματάκι....αφού είστε αστέρια!!!

Υλικά:

Ένα πλαστικό ποτήρι

Νερό

Λίγες σταγόνες λάδι

Γεμίζετε τα 3/4 του ποτηριού με νερό.

Προσθέτετε λίγες σταγόνες λαδιού.

Περιμένετε για λίγα λεπτά.

Για να θυμηθούμε και τα παλιά....Τι παρατηρείτε ότι συμβαίνει με τις σταγόνες του λαδιού και γιατί;

Στη συνέχεια βάζετε το ποτήρι στην κατάψυξη για κάποιες ώρες (μέχρι να παγώσει το νερό).

Σε τι έχει μετατραπεί το νερό;

Τι παρατηρείτε τώρα ότι συμβαίνει με το λάδι και το νερό;

Περιμένω τις απαντήσεις σας αύριο στο σχολείο. Μπορείτε επίσης να τις γράψετε ως σχόλια στη συγκεκριμένη ανάρτηση. Αν θέλετε μπορείτε να φέρετε και φωτογραφίες ή video που να δείχνει το ποτήρι πριν το βάλετε στην κατάψυξη και μετά.

Καλή επιτυχία!!!

Φύλλο εργασίας 1
Τοποθετήστε σε τρία (3) μικρά πλαστικά ποτηράκια ίση ποσότητα νερού, ελαιόλαδου και αλατόνερου αντίστοιχα.
Σε τι φυσική κατάσταση βρίσκονται τα τρία υλικά σώματα;
……………………………………………………………………………
Τοποθετήστε τα ποτηράκια στην κατάψυξη για μία ώρα.

Βγάλτε τα ποτηράκια από το ψυγείο. Σε τη φυσική κατάσταση βρίσκονται τώρα τα τρία υλικά σώματα;
…………………………………………………………………………………

Τι θα συμβεί μετά από μερικά λεπτά με τα τρία υλικά σώματα;
…………………………………………………………………………………

Εξηγείστε με λίγα λόγια γιατί πιστεύετε ότι συμβαίνει αυτό;
……………………………………………………………………………

Επανάληψη

Λογισμικά Φυσική

Κεφάλαιο 4

Εξάτμιση και συμπύκνωση

Εξάτμιση ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα υγρό απορροφά θερμότητα και μέρος του υγρού ή και ολόκληρη η ποσότητά του μετατρέπεται σε αέριο. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στη διαφυγή μορίων από το υγρό, γι' αυτό και συμβαίνει στην ελεύθερη επιφάνεια των υγρών και σε οποιαδήποτε θερμοκρασία. Όταν ένα υγρό εξατμίζεται, η θερμοκρασία του μειώνεται. Τα υγρά που εξατμίζονται πολύ γρήγορα ονομάζονται πτητικά υγρά.

Η ταχύτητα της εξάτμισης ενός υγρού αυξάνεται με:

Την αύξηση της θερμοκρασίας.
Τη μείωση της πίεσης.
Την αύξηση της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού.
Την παρουσία ρευμάτων που απομακρύνουν τους ατμούς του υγρού από την επιφάνειά του.

Το αντίστροφο φαινόμενο της εξάτμισης ονομάζεται υγροποίηση. Κατά την υγροποίηση τα μόρια ενός αερίου πλησιάζουν πάρα πολύ και σχηματίζουν υγρό. Η υγροποίηση ενός αερίου διευκολύνεται από:

Τη μείωση της θερμοκρασίας.
Την αύξηση της πέσης.

Kεφάλαιο 5

Βρασμός

Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, τότε η εξάτμιση από την ελεύθερη επιφάνειά του γίνεται εντονότερη. Σε κάποια θερμοκρασία όμως το υγρό αρχίζει να μετατρέπεται σε αέριο από ολόκληρο τον όγκο του. Αυτό γίνεται ορατό από τις μεγάλες φυσαλίδες που ξεκινούν από τον πυθμένα του δοχείου το οποίο περιέχει το υγρό και κινούνται έντονα σε όλη τη μάζα του. Τότε λέμε ότι το υγρό βράζει και η αντίστοιχη θερμοκρασία ονομάζεται θερμοκρασία βρασμού. Η θερμοκρασία βρασμού αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα του υγρού και διατηρείται σταθερή σε όλη τη διάρκεια του βρασμού. Η θερμοκρασία βρασμού μπορεί να επηρεαστεί μόνο από:

Προσμίξεις μέσα στο υγρό.
Την πίεση που επικρατεί πάνω από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Για παράδειγμα το νερό βράζει στους 100° C στο επίπεδο της θάλασσας. Αντίθετα, σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο όπου εκεί η ατμοσφαιρική πίεση είναι μικρότερη το «σημείο βρασμού» είναι αισθητά χαμηλότερο. Για παράδειγμα στη κορυφή του Έβερεστ όπου η ατμοσφαιρική πίεση είναι μικρότερη (0,35 ατμόσφαιρες) το σημείο βρασμού του νερού είναι 80°C.

Συνεπώς, η θερμοκρασία στην οποία βράζει μια καθαρή υγρή ουσία λέγεται σημείο βρασμού ή «θερμοκρασία βρασμού». Κάθε καθαρή ουσία έχει συγκεκριμένο σημείο βρασμού.

ΠΡΟΣΕΞΕ: Στην εξάτμιση και στο βρασμό συμβαίνει αλλαγή της φυσικής κατάστασης από υγρό σε αέριο.

Κατά την εξάτμιση όμως αυτή η αλλαγή συμβαίνει μόνο από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού ενώ στο βρασμό από όλο τον όγκο του προκαλώντας έντονες φυσαλίδες.

Κάνε κλικ στη διπλανή εικόνα για να μεταβείς σε ενδιαφέρουσα ιστοσελίδα φυσικής για το φαινόμενο του βρασμού.

Kεφάλαιο 6

Θερμαίνοντας και ψύχοντας τα στερεά

Ο όγκος ενός στερεού σώματος μεταβάλλεται όταν το σώμα ανταλλάσει θερμότητα με το περιβάλλον του. Την αύξηση του όγκου ενός σώματος που σχετίζεται με την ανταλλαγή θερμότητας την ονομάζουμε διαστολή, ενώ τη μείωση του όγκου του την ονομάζουμε συστολή. Γενικά η διαστολή και η συστολή ενός στερεού σώματος εξαρτιούνται από τον αρχικό όγκο του και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του.

Η διαστολή γίνεται περισσότερο αισθητή στη μεγαλύτερη διάσταση ενός στερεού σώματος. Για παράδειγμα, όταν η μεγαλύτερη διάσταση του σώματος είναι το μήκος, όπως συμβαίνει σε μια βέργα, λέμε ότι έχουμε γραμμική διαστολή. Αν μεγαλύτερες διαστάσεις είναι το μήκος και το πλάτος, όπως για παράδειγμα σε ένα πλακάκι, τότε έχουμε επιφανειακή διαστολή. Συνήθως όταν δε συμβαίνει αλλαγή της φυσικής κατάστασης, τα περισσότερα στερεά διαστέλλονται με την απορρόφηση θερμότητας και συστέλλονται με την αποβολή θερμότητας. Σήμερα η διαστολή ερμηνεύεται από τη μοριακή θεωρία ως εξής:

Η αύξηση της θερμοκρασίας ενός στερεού σώματος έχει αποτέλεσμα την εντονότερη κίνηση των μορίων του και άρα την απομάκρυνση μεταξύ τους, που γίνεται αισθητή από την αύξηση του όγκου του σώματος. Η ελάττωση της θερμοκρασίας έχε το αντίστροφο αποτέλεσμα: τα μόρια πλησιάζουν μεταξύ τους και τα σώματα συστέλλονται.

Η διαστολή και η συστολή απασχολούν ιδιαίτερα τους μηχανικούς οι οποίοι, όταν σχεδιάζουν κτίρια και γέφυρες, δημιουργούν στις κατασκευές αυτές ειδικά πρόσθετα τμήματα, που ονομάζονται αρμοί διαστολής, ώστε αυτά να μην καταστρέφονται κατά τη μεταβολή της θερμοκρασίας.

Πατώντας στην παραπάνω εικόνα παίζετε με τη συστολή και διαστολή των στερεών, υγρών και αερίων.

Κεφάλαιο 7:Θερμαίνοντας και ψύχοντας τα υγρά.

Όταν ένα υγρό θερμαίνεται χωρίς να αλλάζει η φυσική του κατάσταση,τότε διαστέλλεται,δηλαδή μεγαλώνει ο όγκος του.Επίσης,όταν ένα υγρό ψύχεται χωρίς να αλλάζει η φυσική του κατάσταση,τότε συστέλλεται,δηλαδή ο όγκος του μικραίνει.Τη μεταβολή του όγκου των υγρών μπορούμε να την παρατηρήσουμε όταν τα τοποθετήσουμε μέσα σε πολύ λεπτούς σωλήνες.Η ιδιότητα της διαστολής και της συστολής των υγρών χρησιμοποείται κυρίως για την κατασκευή των θερμομέτρων.

Θερμαίνοντας και ψύχοντας τα υγρά

(διαστολή -συστολή)

Κάθε υγρό υλικό σώμα διαστέλλεται με διαφορετικό τρόπο και σε άλλο βαθμό.
Έτσι βλέπουμε ότι σε 1 λεπτό το λάδι διαστέλλεται λίγο περισσότερο από το γάλα και πολύ περισσότερο από το νερό

το πείραμα με Σ.Ε.Π (Σχεδίαση Εικονικού Πειράματος).Επίσης να θυμάσαι ότι τα υγρά διαστέλλονται περισσότερο από τα στερεά(στην ίδια θερμοκρασία) και ότι όταν ένα υγρό διαστέλλεται, η πυκνότητά του ελαττώνεται, γιατί η ίδια μάζα καταλαμβάνει πολύ περισσότερο χώρο. Καταλαβαίνεις τώρα γιατί κινείται προς τα πάνω ο θερμός όγκος του υγρού, που αναφέραμε στο βρασμό;

(ελαφρύτερος και μεταφέρει θερμότητα στα ψυχρότερα σώματα)

Πάνω από τους 4^οC το νερό συμπεριφέρεται όπως όλα τα υγρά, δηλαδή όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και ο όγκος του (διαστέλλεται)

Κάτω όμως από τους 4^οC η συστολή είναι ανώμαλη. Όταν ψύχεται, ο όγκος του μεγαλώνει και η πυκνότητά του ελαττώνεται. Δηλαδή αντί να συστέλλεται, διαστέλλεται. Αυτό έχει μεγάλη σημασία στη ζωή και ιδίως των οργανισμών που ζουν μέσα στις λίμνες και στις θάλασσες. Έτσι όταν η θερμοκρασία πέφτει κάτω από 0^ο C το νερό παγώνει. Όμως μόνο της επιφάνειας και αυτό γιατί ο πάγος έχει μικρότερη πυκνότητα από το υγρό νερό επιπλέει και εμποδίζει τα στρώματα του νερού που βρίσκονται κάτω από αυτόν, να παγώσουν και αυτά. Έτσι οι υδρόβιοι οργανισμοί διατηρούνται στη ζωή.

Τι θα συνέβαινε αν ο πάγος βυθιζόταν;