Θερμότητα και Θερμοκρασία

Η θερμότητα ορίζεται ως μια μορφή ενέργειας. Υπάρχουν πολλές πηγές θερμότητας: χημική (η αποικοδόμηση και αναδόμηση των μορίων), μηχανική (τριβή, σπινθήρες από τριβή, συμπίεση αερίου), ηλεκτρική (βολταϊκό τόξο, στατικός ηλεκτρισμός, κεραυνός) και πυρηνική (διάσπαση πυρήνων και σύντηξη). Όταν απορροφάτε η θερμική ενέργεια από μια ουσία, η θερμοκρασία της ουσίας ανέρχεται.
Την ικανότητα της θερμικής ενέργειας να αυξάνει τη θερμοκρασία μιας ουσίας εκφράζουμε με αρκετούς τρόπους. Το Αγγλικό σύστημα χρησιμοποιεί δύο μονάδες μέτρησης. Η μια μονάδα είναι η βρετανική θερμική μονάδα (BTU). Αυτή καθορίζεται ως το ποσό της ενέργειας, που χρειάζεται, για να ανέλθει η θερμοκρασία μιας λίμπρας νερού (454g) κατά ένα βαθμό Φαρενάιτ (1 ° F=5/9°C). Η άλλη έκφραση είναι στο μετρικό σύστημα και είναι η θερμίδα (calorie). Η θερμίδα είναι το ποσό της θερμότητας που απαιτείται, για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός γραμμαρίου νερού κατά ένα βαθμό Κελσίου (1 °C). To διεθνές σύστημα (SI) χρησιμοποιείτο Joule. Μια θερμίδα είναι ίση με 4,187 joule, ενώ μια BTU ισοδυναμεί με 1,054 joule.
Θερμοκρασία είναι το μέτρο του πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα. Πιο επιστημονικά, θερμοκρασία είναι η μέση ταχύτητα δόνησης των μορίων μιας ουσίας . Τη θερμοκρασία μετράμε με τέσσερις κλίμακες: Fahrenheit, Celsius, Kelvin και Rankine (εικόνα 4-14). Στην κλίμακα Fahrenheit το νερό παγώνει στους 32oF και βράζει στους 212°F. Στην κλίμακα Celcius το νερό παγώνει στους 0°C και βράζει στους 100°C. [Σημείωση: Η κλίμακα Kelvin δεν χρησιμοποιεί το σύμβολο ο, για να δείξει τους βαθμούς]. Στην κλίμακα Kelvin το νερό πήζει στους 273Κ και βράζει στους 373Κ. Στην κλίμακα Rankine το νερό πήζει στους 492°R και βράζει στους 672°R. Στις κλίμακες Kelvin και Rankine δεν υπάρχουν αρνητικοί αριθμοί επειδή το ΟΚ ή 0°R αντιπροσωπεύουν την κατώτερη θερμοκρασία, που μπορούμε να φθάσουμε. Η θεωρία και τα πειράματα μας δείχνουν ότι υπάρχει ένα όριο κάτω από το οποίο είναι αδύνατο να ψύξουμε την ύλη. Για τους σκοπούς αυτού του βιβλίου, οι θερμοκρασίες θα δίδονται σε °F ή °C.
Δεν πρέπει να συγχέονται η θερμότητα με τη θερμοκρασία. Η θερμότητα είναι μέτρο της ενέργειας και η θερμοκρασία είναι το μέτρο της ενέργειας, που έχει ένα σώμα. Για να γίνει αυτό κατανοητό, βγείτε έξω μια ηλιόλουστη ημέρα. Η οροφή ενός μαύρου αυτοκινήτου θα είναι πολύ πιο θερμή από την οροφή ενός ανοιχτόχρωμου αυτοκινήτου. Και τα δύο δέχονται το ίδιο ποσό θερμότητας από τον ήλιο. Η σκούρα οροφή απορροφά και κρατάει περισσότερη ενέργεια και φαίνεται θερμότερη, κατά συνέπεια λιγότερες θερμοκρασίας.