Dacă luăm o sticlă de un litru și o găleată de 10 litri și turnăm în ambele recipiente, până la umplere, apă cu temperatura de 90° C, care dintre cele două va avea mai multă energie termică?
Este simplu de intuit că găleata de apă are mai multă energie termică. Ai putea folosi apa, de exemplu, pentru a spăla.
În schimb, apa din sticlă se va răci rapid. De ce? Pentru că are loc rapid un schimb de căldură cu mediul ambiant, până în punctul în care se atinge echilibrul termic, adică temperatura apei va fi egală cu temperatura mediului ambiant (temperatura aerului).
Din propria experiență știm că apa din găleată va păstra însă o temperatură mai mare decât cea aerului înconjurător pentru o perioadă mai mare.
Diferența dintre „căldură” și „temperatură” este subtilă, dacă nu ești obișnuit să utilizezi aceste noțiuni. Motivul este acela că în viața de zi cu zi nu prea se impune utilizarea diferențelor dintre cele două noțiuni. Dacă spui că ceva este „foarte cald” ori că are „temperatură ridicată”, spui cam același lucru.
La rigoare însă, atunci când spunem că ceva este „cald” sau „rece”, vorbim despre „căldură”.
În schimb, „temperatura” se referă la măsurarea modului în care cantitatea de căldură existentă este distribuită între particulele componente ale unui sistem, cum ar fi, de pildă, moleculele de aer din cameră în care stai.
Cu alte cuvinte, „căldura” este energia totală (energia cinetică și energia potențială) a mișcării elementelor componente ale unui sistem, iar „temperatura” este rezultatul măsurării energiei medii a mișcării acestor componente.
Căldura este o formă de energie, poate efectua lucru mecanic și se măsoară cu ajutorul unui calorimetru, în jouli; în schimb, temperatura se măsoară cu ajutorul unui termometru în mod direct (în Kelvin, grade Celsius etc.) și nu poate executa lucru mecanic (nu poți mișca lucruri cu ea).
Căldura este cantitatea de energie care trece de la un obiect mai cald la unul mai rece. Transferul de căldură are loc, așadar, în condițiile unei diferențe de temperatură.
Ca urmare, o găleată de 10 l cu apă caldă are mai multă căldură decât o sticlă cu apă caldă cu aceeași temperatură ca cea din găleată. Numărul mai mic de molecule de apă din sticlă face ca energia totală a apei din sticlă să fie mai mică decât energia totală a apei din găleată.
Căldura depinde de factori precum: viteza componentelor menționate (de exemplu, moleculele de aer), de numărul și mărimea acestora.
Temperatura este corelată cu energia componentelor sistemului, care este dată de energia cinetică a acestora.
Într-un mediu rarefiat, cum sunt, de exemplu, părțile superioare ale atmosferei terestre, se ajunge la situația aparent paradoxală în care temperatura este ridicată, dar vei îngheța rapid!
Pe măsură de ce ne depărtăm de sol, densitatea atmosferei scade, căci gravitația exercită o influență din ce în ce mai slabă.
Dar la înălțimi mari moleculele de aer absorb energie solară, în urma interacțiunii cu fotonii emiși de Soare. Energia termică este distribuită într-un număr mult mai mic de molecule decât în proximitatea solului, unde densitatea este mult mai mare.
Interacțiunile dintre particule, la altitudini mari, sunt mult mai rare decât la nivelul solului. Transferul de energie de la moleculele ce formează atmosfera și orice pui în acea zonă a atmosferei (cum ar fi un om) este redus. În plus, în condiții de densitate redusă energia termică este rapid eliberată (radiată) de către moleculele de aer.
Toate acestea duc la situația aparent paradoxală, în sensul că vom avea o temperatură ridicată a aerului, dar corpul uman va îngheța rapid în aceste condiții, căci rata de transfer a căldurii corpului către mediul ambiant ar fi mult mai mare decât cea de absorbție a căldurii de la moleculele care constituie atmosfera terestră.
Iată o serie de articole conexe celui de față, publicate pe Scientia de-a lungul timpului:
› Cum se transferă căldura?
› Cum detectează organismul uman căldura?
› Cum se încălzește un corp de la Soare? O explicație la nivel atomic
› Cum răcește, în fapt, aerul un aparat de aer condiționat?
› Cum funcționează atmosfera terestră
