7. Θερμότητα

7.1. Γενικά

Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο λόγω της διαφοράς της θερμοκρασίας μεταξύ των δύο σωμάτων.

Σύμβολο: Q

Μονάδες: J (Joule)

Η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα με την υψηλότερη θερμοκρασία προς το σώμα με τη χαμηλότερη.

Το χειμώνα δεν «μπαίνει το κρύο μέσα» αλλά «φεύγει η ζέστη έξω».

7.2. Θερμική επαφή

Λέμε ότι δυο σώματα βρίσκονται σε θερμική επαφή όταν είναι δυνατόν να μεταφερθεί θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο.

7.3. Θερμική Ισορροπία

Όταν τα δύο σώματα σε επαφή έχουν την ίδια θερμοκρασία και δεν υπάρχει ροή θερμότητας μεταξύ τους, λέγεται ότι βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

7.4. Διάγραμμα θερμικής ισορροπίας

Φέραμε σε επαφή δύο σώματα, το Α είχε θερμοκρασία \(120^oC\) και το Β \(20^oC\).

Μετά από κάποιο χρόνο και τα δύο έχουν την ίδια θερμοκρασία.

Αποκαταστάθηκε θερμική ισορροπία.

7.4.1. Επαφή με τη Γη

Φέρνουμε σε επαφή ένα σώμα με τη Γη.

Τελικά το σώμα θα αποκτήσει την ίδια θερμοκρασία με τη Γη.

Γιατί η Γη έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από το σώμα.

7.5. Δύο σώματα με διαφορετικές μάζες

Δύο σώματα Α και Β από το ίδιο υλικό. Το Α έχει θερμοκρασία \(70^oC\), ενώ το Β \(20^oC\).

Η θερμοκρασία του Α μειώθηκε κατά \(20^oC\)

Η θερμοκρασία του B αυξήθηκε κατά \(30^oC\)

Μεγαλύτερη μεταβολή θερμοκρασίας παρουσίασε το Β.

Συμπέρασμα: Το σώμα Β έχει μικρότερη μάζα από το σώμα Α.

7.6. Το σωστό διάγραμμα

Τα διαγράμματα δείχνουν την εξέλιξη των θερμοκρασιών ενός σώματος και του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο βρίσκεται. Αν το σώμα αρχικά βρισκόταν σε θερμοκρασία \(30^oC\) και το περιβάλλον είναι σε θερμοκρασία \(18^oC\), ποιο από τα διαγράμματα εκφράζει την εξέλιξη των θερμοκρασιών;

Το σωστό διάγραμμα είναι το Δ, για όλους τους παρακάτω λόγους:

η αρχική θερμοκρασία του Α είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία του Β, και
η θερμοκρασία του Β παραμένει σταθερή, η μάζα της Γης (περιβάλλον) είναι τεράστια σε σχέση με οποιοδήποτε σώμα και
η θερμοκρασία του Α πέφτει, λογικό, καθώς έχει πολύ μικρότερη μάζα από το περιβάλλον.

7.7. Εφαρμογές

7.7.1. Θερμόμετρο

Για να μετρήσουμε σωστά τη θερμοκρασία, πρέπει το θερμόμετρο να βρίσκεται σε θερμική επαφή με το σώμα μέχρι να σταθεροποιηθεί η ένδειξή του.

Το θερμόμετρο δείχνει τη θερμοκρασία του σώματος όταν βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με αυτό.

7.7.2. Τα διπλά τζάμια στα παράθυρα.

Στα παράθυρα τα διπλά τζάμια έχουν κενό ανάμεσά τους για να μην υπάρχει θερμική επαφή μεταξύ του εσωτερικού του σπιτιού και του περιβάλλοντος.

7.8. Ασκήσεις

7.8.1. Άσκηση 1

Για να υπάρξει θερμότητα πρέπει:

Να υπάρχει θερμική ισορροπία.
Να υπάρχει ένα θερμό και ένα ψυχρό σώμα και να μεταφέρεται ενέργεια από το θερμό προς το ψυχρό.
Να βρίσκεται ένα σώμα σε υψηλή θερμοκρασία.
Να υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας.

Επιλέξτε ποιες από τις παραπάνω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος.

7.8.2. Άσκηση 2

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος;

Η θερμότητα είναι μία μορφή ενέργειας.
Η θερμική ισορροπία υπάρχει όταν δύο σώματα που ανταλλάσσουν θερμότητα μειώνουν τη θερμοκρασία τους.
Όταν αφαιρείται θερμότητα από ένα σώμα η θερμοκρασία του σώματος μειώνεται.
Η θερμοκρασία και η θερμότητα μετριούνται σε °C.

7.8.3. Άσκηση 3

Φέρνουμε σε επαφή δύο σώματα Α και Β που είχαν θερμοκρασίες 50°C και 30°C. Μετά από μερικά λεπτά αποκαθίσταται θερμική ισορροπία και τα σώματα αποκτούν θερμοκρασία 38°C.

Πόσο μεταβλήθηκε η θερμοκρασία του κάθε σώματος;

Ποιο απέβαλε θερμότητα και ποιο προσέλαβε;

7.8.4. Άσκηση 4

Δύο σώματα Α και Β, βρίσκονται σε θερμοκρασίες 20°C και 50°C αντίστοιχα. Φέρνουμε σε επαφή τα δύο σώματα και τα αφήνουμε να έλθουν σε θερμική ισορροπία. Αφού συμβεί αυτό, η θερμοκρασία του Α έχει ανεβεί κατά 13°C.

Πόσους °C θα έχει κατεβεί η θερμοκρασία του σώματος Β;

7.8.5. Άσκηση 5

Τα διαγράμματα δείχνουν την εξέλιξη των θερμοκρασιών ενός σώματος και του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο βρίσκεται. Αν το σώμα αρχικά βρισκόταν σε θερμοκρασία 30°C και το περιβάλλον είναι σε θερμοκρασία 18°C, ποιο από τα διαγράμματα εκφράζει την εξέλιξη των θερμοκρασιών;