ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 5 ΜΑΘΗΜΑ 7Ο
ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ . ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ
Όταν δύο σώματα που έχουν διαφορετική θερμοκρασία έρθουν σε επαφή τότε θερμότητα από το θερμότερο σώμα περνάει στο ψυχρότερο και έτσι το θερμότερο σώμα χάνει θερμική ενέργεια (άρα ελαττώνεται η θερμοκρασία του ) ενώ το ψυχρότερο σώμα δέχεται θερμική ενέργεια (άρα αυξάνει η θερμοκρασία του). Αυτό συμβαίνει μέχρι τα δύο σώματα να αποκτήσουν τελικά την ίδια θερμοκρασία. Τότε η ροή ενέργειας (θερμότητας ) από το ένα στο άλλο σταματά και λέμε ότι τα σώματα έχουν φτάσει σε θερμική ισορροπία.
Π.χ. όταν βάζουμε ζεστό τσάι μέσα σε ένα φλυτζάνι , το φλυτζάνι ζεσταίνεται και το τσάι κρυώνει μέχρι να φτάσουν και τα δύο στην ίδια θερμοκρασία.
Θερμική ισορροπία ονομάζεται η κατάσταση στην οποία βρίσκονται δύο σώματα (που έρχονται σε θερμική επαφή) όταν δεν ρέει πιά θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο και τα δύο σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία.
ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ
Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που ρέει αυθόρμητα από τα θερμότερα σώματα προς τα ψυχρότερα.
Η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας και γι’ αυτό η μονάδα μέτρησής της στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) είναι το 1 Joule. Ωστόσο στην καθημερινή μας ζωή χρησιμοποιούμε σαν μονάδα μέτρησης της θερμότητας την 1 θερμίδα (1 calorie ή 1 cal) .
1 cal = 4,2 Joule
Κάθε σώμα έχει θερμική ενέργεια που οφείλεται στην κίνηση των μορίων του. Αυτή η θερμική ενέργεια ανεβάζει τη θερμοκρασία του σώματος.
Προσοχή ! Δεν πρέπει να συγχέουμε την θερμότητα με την θερμοκρασία. Η θερμότητα είναι ενέργεια ενώ η θερμοκρασία είναι ένα μέγεθος που επινοήσαμε για να μετράμε αντικειμενικά πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα.
Ας προσέχουμε και κάτι ακόμη : Δεν είναι σωστό εκφραστικά να λέμε « ένα σώμα περιέχει θερμότητα» αλλά το σωστό είναι να λέμε «ένα σώμα περιέχει θερμική ενέργεια». Η θερμότητα δηλαδή είναι ενέργεια αλλά ενέργεια σε ρέουσα μορφή. Όταν η θερμότητα (σαν ενέργεια που είναι )μεταφερθεί σε ένα σώμα αποθηκεύεται σε αυτό και ονομάζεται θερμική ενέργεια.
Από την άλλη μεριά η θερμοκρασία ενός σώματος εξαρτάται από την θερμική του ενέργεια. Αύξηση της θερμικής ενέργειας το σώματος σημαίνει και αύξηση της θερμοκρασίας του.
Τα θερμόμετρα μετράνε θερμοκρασία και όχι θερμότητα.
ΔΕΝ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΞΕΧΝΑΜΕ!: Η θερμότητα ρέει πάντα από το θερμότερο σώμα προς το ψυχρότερο και ποτέ αντίστροφα
ΨΥΓΕΙΑ – ΚΛΙΜΑΤΙΣΤΙΚΑ
Στα ψυκτικά μηχανήματα όπως είναι τα ψυγεία και τα κλιματιστικά η ροή θερμότητας είναι ανάποδη δηλαδή από το κρύο στο ζεστό. Όμως αυτή η ροή δεν γίνεται αυθόρμητα ( από μόνη της) αλλά την προκαλούμε εμείς με τη βία ξοδεύοντας ενέργεια (ηλεκτρική).
ΠΕΙΡΑΜΑ
Παίρνουμε δύο σκεύη ένα ποτήρι και μία λεκάνη και βάζουμε μέσα στη λεκάνη το ποτήρι. Στη συνέχεια βάζουμε μέσα στο ποτήρι νερό θερμοκρασίας περίπου 70 οC και μέσα στη λεκάνη νερό θερμοκρασίας δωματίου δηλ περίπου 25 οC. Τοποθετούμε στα δύο σκεύη θερμόμετρα και μετρούμε τη θερμοκρασία που δείχνουν τα δύο θερμόμετρα κάθε 2 λεπτά. Ετσι παίρνουμε τον παρακάτω πίνακα:
| Χρόνος
Λεπτά(min) |
Θερμοκρασία Νερού ποτηριού θ1 (οC) | Θερμοκρασία Νερού λεκάνης θ2 (οC) |
| 0 | 70 | 23 |
| 2 | 61 | 26 |
| 4 | 50 | 32 |
| 6 | 45 | 35 |
| 8 | 43 | 36 |
| 10 | 42 | 36 |
| 12 | 41 | 37 |
| 14 | 40 | 38 |
| 16 | 40 | 38 |
| 18 | 39 | 39 |
Κάνουμε το διάγραμμα θερμοκρασίας – χρόνου για τις δύο μετρήσεις θ1 και θ2 στην ίδια γραφική παράσταση.
Παρατηρήσεις
Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού στο ποτήρι μειώνεται ενώ στη λεκάνη αυξάνεται. Η καμπύλη θερμοκρασίας χρόνου του νερού στο ποτήρι κατεβαίνει προς τα κάτω ενώ η καμπύλη θερμοκρασίας χρόνου του νερού στη λεκάνη ανεβαίνει προς τα πάνω, μέχρι που οι δύο καμπύλες συναντιούνται και συνεχίζουν μαζί. Τη χρονική στιγμή που οι δύο καμπύλες συναντιούνται λέμε ότι έχει επέλθει θερμική ισορροπία ανάμεσα στα δύο υγρά.