The; stările dimineții; re
Stări ale materiei
1 Căldură și temperatură
1.1 Căldură și experiență JOULE
Căldura este o cantitate de energie care poate fi transferată de la un corp la altul. Aceasta este doar una dintre modalitățile posibile, cum ar fi munca mecanică sau electricitatea, de exemplu, de a transfera o cantitate de energie de la un corp la altul. În onoarea fizicianului englez JOULE (1818-1889), care a arătat echivalența dintre căldură și lucru mecanic, unitatea recunoscută în prezent de căldură, muncă sau energie este Joule (simbolul J).
Joule este definit ca o lucrare corespunzătoare unei forțe de 1 Newton al cărui punct de aplicare se mișcă 1 metru în direcția și direcția forței (1 J = 1 N. 1 m). Rețineți, totuși, echivalența sa cu o unitate veche încă folosită, caloria (simbolul cal):
1 cal = 4,18 J și deci 1 kcal (uneori scris ca 1 Cal) = 4,18 kJ
JOULE a construit dispozitivul experimental ilustrat mai jos și a găsit echivalentul termic (= căldură) al muncii mecanice (= deplasarea unei mase).
Experimentul lui JOULE pentru determinarea echivalenței termice a unei lucrări mecanice (desen E. Walravens).
O masă de 1 kg cade sub efectul gravitației terestre și acționează un cablu care transformă un rotor integral cu lamele care se rotesc într-un calorimetru (= rezervor perfect izolat termic) umplut cu apă. Sub efectul mișcării lamelor, temperatura corpului de apă crește (coliziune de molecule). Aceasta corespunde unei intrări de căldură în J/kg de apă.
JOULE a observat că o masă m de 1 kg trebuie să cadă de la o înălțime h de 426,8 m pentru a produce o cantitate de căldură w de 4187 Jouli, care este cantitatea de căldură necesară pentru a crește cu 1 ° C masa de 1 kg d 'apă . Această masă m exercită o forță f datorită accelerației gravitației a.
Energie = forță x distanță (w = f. D)
și forță = masă x accelerație (f = m. a)
Deci energie = masă x accelerație x distanță (w = m. A. D)
w = m. g. h = 1 kg. 9,81 m/s 2 x 426,8 m = 4187 kg.m 2/s 2 = 4187 J
Astfel știm că căldura necesară creșterii temperaturii unei mase de 1 kg de apă lichidă cu 1 ° C este egală cu o lucrare de 4187 J.
Temperatura este una dintre manifestările agitației atomilor sau moleculelor care alcătuiesc materia. Când suflăm pe o supă care este prea fierbinte pentru a o răci, nu ne gândim la procesul molecular generat: moleculele fiind animate de o mișcare necontenită și dezordonată, se întâmplă ca unele dintre ele, mai împovărate decât celelalte, să dobândească energie. Dacă se găsesc lângă suprafața lichidului, pot scăpa de atracția altor molecule din lichid. Apoi este suficient să suflați pentru a le elimina definitiv din lichid, în care rămân doar molecule mai puțin energetice.
Prin urmare, temperatura este asociată cu energia moleculelor, dar într-un mod indirect. Când aruncăm un bulgăre de zăpadă și astfel comunicăm energie sub forma unei lucrări, energia fiecăreia dintre moleculele sale crește cu aceeași cantitate fără ca temperatura mingii să varieze. Când este încălzit, pe de altă parte, mărim aleatoriu și selectiv energia anumitor molecule.
Prin urmare, temperatura este legată de proporția dintre moleculele foarte energetice și moleculele cu energie mai mică.
1.3 Diferitele scale de temperatură
În diferite țări au apărut diferite scale de temperatură. Chiar și astăzi, sunt utilizate trei scale distincte.
1.3.1 Scara FAHRENHEIT
NEWTON (1642-1727) sugerase în 1701 că temperatura corpului uman și punctul de îngheț al apei servesc drept puncte de referință pentru calibrarea unui termometru. În 1702, astronomul, fizicianul și producătorul danez de instrumente de măsurare ROEMER (1644-1710) a construit un termometru bazat pe expansiunea alcoolului în funcție de temperatură: un tub subțire de sticlă cu diametru constant este umplut cu alcool și apoi sigilat. ROEMER nu a publicat metoda pe care a folosit-o (altfel aceste note au fost distruse în incendiul de la Copenhaga din 1728), dar în 1708 fizicianul polonez FAHRENHEIT (1686-1736) l-a urmărit cum lucrează și și-a înregistrat observațiile.
Zero al termometrului pentru alcool ROEMER ar fi fost stabilit de punctul de îngheț al unei saramuri de apă, gheață și clorură de amoniu. Punctul de fierbere al apei a fost stabilit la 60 de grade (ROEMER era astronom!). ROEMER a observat apoi că punctul de îngheț al apei pure corespundea cu o optime din scara sa termometrică (adică 7,5 grade). Prin urmare, a folosit această valoare ca un al doilea punct fix, evitând cea a fierberii apei, pentru a calibra alte termometre destinate utilizării meteorologice, mai puțin lungi, deoarece nu trebuie să măsoare temperaturi ridicate.