Ο άνθρωπος ανακάλυψε τη φωτιά εδώ και χιλιάδες χρόνια. Οι αρχαίοι Έλληνες πίστευαν πως ο Προμηθέας έκλεψε τη φωτιά από το Δία και την πήγε στους ανθρώπους. Για το λόγο αυτό τιμωρήθηκε με πολύ σκληρό τρόπο. Ο άνθρωπος χρησιμοποιεί τη φωτιά για να μαγειρεύει, να θερμαίνει το σπίτι του και να διατηρείται ζεστός και ο ίδιος.
Η παρακάτω παρουσίαση περιέχει τις κυριότερες έννοιες του κεφαλαίου
Η παρακάτω παρουσίαση περιέχει τις κυριότερες έννοιες του κεφαλαίου
Θερμοκρασία - Θερμότητα
Υπάρχει διαφορά ανάμεσα στις έννοιες θερμότητα και θερμοκρασία.
Η ροή της θερμότητας από το θερμότερο στο ψυχρότερο σώμα γίνεται με τρεις τρόπους: με αγωγή, με ρεύματα και με ακτινοβολία.
Η μετάδοση με αγωγή αφορά τα στερεά σώματα και πρέπει να υπάρχει επαφή μεταξύ τους. Η θερμότητα μεταδίδεται από το ένα μόριο στο άλλο. Τα μόρια που βρίσκονται σε περιοχές με υψηλότερη θερμοκρασία μεταφέρουν ενέργεια στα γειτονικά μόρια που βρίσκονται σε περιοχή με χαμηλότερη θερμοκρασία.
Στη μετάδοση με αγωγή δεν έχουμε μετακίνηση ύλης. Ο καλύτερος μονωτής είναι ο αέρας όταν είναι περιορισμένος σε ένα χώρο. Στα σπίτια μας τον χρησιμοποιούμε για μόνωση στα τούβλα με τις τρύπες που έχουν, στα διπλά τζάμια καθώς και σε υλικά που μπορούν να εγκλωβίζουν τον αέρα μέσα τους. |
Τα σώματα χωρίζονται σε καλούς και κακούς αγωγούς ανάλογα με το πόσο εύκολα μεταδίδεται η θερμότητα μέσα τους. Όσα σώματα είναι καλοί αγωγοί έχουν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα, ενώ αντίθετα οι κακοί αγωγοί έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα.
Καλοί αγωγοί είναι τα μέταλλα, ενώ κακοί είναι το μαλλί, το ξύλο, το γυαλί, ο αέρας, κ.ά. Οι κακοί αγωγοί λέγονται και θερμομονωτικά υλικά. Χρησιμοποιούμε θερμομονωτικά υλικά για να διατηρούμε τη θερμότητα στα κτίρια που κατασκευάζουμε, στα ρούχα μας για να διατηρούμαστε ζεστοί, κ.ά. |
Μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα έχουμε στα υγρά και στα αέρια, δηλαδή στα ρευστά. Όταν θερμαίνουμε ένα υγρό σε ένα σκεύος, τα μόρια που έρχονται σε επαφή με το κάτω μέρος του σκεύους θερμαίνονται και κινούνται ανοδικά (προς το πάνω μέρος του σκεύους) επειδή αποκτούν μικρότερη πυκνότητα λόγω της αύξησης του όγκου τους. Τα μόρια αφήνουν την ενέργειά τους σε όλη τη μάζα του υγρού, ψύχονται, αυξάνουν την πυκνότητά τους και ακολουθούν καθοδική πορεία για να ξαναζεσταθούν. Το φαινόμενο επαναλαμβάνεται συνεχώς με τα μόρια να ακολουθούν μια κυκλική πορεία μέσα στη μάζα του υγρού. Την κυκλική αυτή πορεία, που μεταφέρει τη θερμότητα σε όλη τη μάζα του υγρού την ονομάζουμε μεταφορά με ρεύματα. Κατά τη διάρκειά της έχουμε μεταφορά ύλης σε αντίθεση με τη μετάδοση με αγωγή και την διάδοση με ακτινοβολία, όπου δεν υπάρχει μετακίνηση ύλης. Στην κεντρική θέρμανση των κτιρίων το νερό ζεσταίνεται στο λέβητα με την καύση του καυσίμου (πετρέλαιο ή φυσικό αέριο). Επειδή είναι ζεστό, αποκτά μικρότερη πυκνότητα και ανεβαίνει προς τα πάνω μέσα από τις σωληνώσεις, πάει στα σώματα, εκεί αποβάλλει τη θερμότητα στα δωμάτια, κρυώνει και κινείται καθοδικά στο λέβητα, όπου ζεσταίνεται και πάλι. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς όσο λειτουργεί ο λέβητας. Η ροή του νερού υποβοηθείται από μια ειδική αντλία που λέγεται κυκλοφορητής.
Με το ίδιο φαινόμενο λειτουργούν τα θαλάσσια ρεύματα και οι άνεμοι στη στεριά. |
Με τον ίδιο τρόπο λειτουργούν τα θερμαντικά σώματα όπως τα αερόθερμα ή τα καλοριφέρ, όπου τα μόρια του αέρα ακουμπούν στο καλοριφέρ, θερμαίνονται, αποκτούν μικρότερη πυκνότητα, κινούνται ανοδικά, αφήνουν τη θερμότητα σε όλη τη μάζα του αέρα, ψυχραίνονται και κινούνται καθοδικά. Έτσι σταδιακά όλα τα μόρια του αέρα θα περάσουν από το σώμα του καλοριφέρ και θα ζεσταθούν. Την ανοδική πορεία που έχει ο ζεστός αέρας εκμεταλλεύτηκε ο άνθρωπος φτιάχνοντας αερόστατα. Με τον καυστήρα που διαθέτουν μπορούν να ελέγξουν το ύψος στο οποίο πετούν. Ζεσταίνοντας τον αέρα που περιέχει το μπαλόνι, το αερόστατο σηκώνεται ψηλότερα. Όταν ψύχεται ο αέρας το αερόστατο κατεβαίνει προς τη γη. |
Η θερμότητα μεταδίδεται με αγωγή στα στερεά και με ρεύματα στα ρευστά. Στο κενό διαδίδεται με ακτινοβολία. Με αυτόν τον τρόπο φτάνει η θερμότητα του Ήλιου στη Γη, εφόσον ανάμεσά τους δε μεσολαβεί παρά το κενό του διαστήματος. Η διάδοση της θερμότητας γίνεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως και του φωτός, μόνο που αυτά είναι αόρατα. Η διάδοση γίνεται ευθύγραμμα πάντα και ένα μικρό μέρος της ενέργειας του Ήλιου φτάνει και στη Γη. |
Η ποσότητα της θερμότητας που απορροφά ή εκπέμπει ένα σώμα εξαρτάται από το είδος της επιφάνειάς του, το μέγεθός της, το χρώμα της και τη θερμοκρασία του.
Μια σκουρόχρωμη επιφάνεια απορροφά περισσότερη ενέργεια από ότι μια ανοιχτόχρωμη. Το ίδιο και μια τραχιά επιφάνεια απορροφά περισσότερη ενέργεια από μια λεία και στιλπνή. Ένα σώμα ακτινοβολεί περισσότερη θερμότητα όσο πιο μεγάλη θερμοκρασία έχει και όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνειά του. |
Ακτινοβολία δεν εκπέμπει μόνο ο Ήλιος, αλλά όλα τα θερμά σώματα. Το φαινόμενο της ακτινοβολίας εκμεταλλεύτηκε ο άνθρωπος στα θερμοκήπια. Αυτά έχουν διαφανή τοιχώματα ώστε να περνάει η ακτινοβολία από μέσα του και να ζεσταίνει το χώρο. Η θερμότητα στη συνέχεια εγκλωβίζεται μέσα τους και δε μπορεί να διαφύγει από τα τοιχώματα του θερμοκηπίου. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να καλλιεργούμε φυτά ακόμη και το χειμώνα. |
Η ατμόσφαιρα της Γης λειτουργεί και αυτή σαν θερμοκήπιο. Η ακτινοβολία του Ήλιου τη διαπερνά και ένα τμήμα της εγκλωβίζεται μέσα της, θερμαίνοντας τη Γη, ενώ η υπόλοιπη ανακλάται πίσω στο διάστημα. Δυστυχώς τα τελευταία χρόνια με τα αέρια που εκπέμπει ο άνθρωπος, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, μεγαλύτερο ποσοστό εγκλωβίζεται στην ατμόσφαιρα, αυξάνοντας τη θερμοκρασία της Γης με καταστρεπτικά αποτελέσματα για όλους μας. |