Πως μετράμε τη θερμότητα

Σε αυτή την ενότητα, θα εξετάσουμε από τι εξαρτάται το ποσό της θερμότητας που απορροφά ή αποβάλλει ένα σώμα, για μια ορισμένη μεταβολή της θερμοκρασίας του. Θα απαντήσουμε αφού εκτελέσουμε τα παρακάτω τρία πειράματα:

Στο πρώτο πείραμα, εξετάζουμε πως σχετίζεται η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται σε ορισμένη μάζα νερού, με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του. Από αυτό το πείραμα συμπεραίνουμε ότι η μεταβολή της θερμοκρασίας ενός σώματος είναι ανάλογη της ποσότητας της θερμότητας που μεταφέρεται προς ή από αυτό. Έτσι για διπλάσια αύξηση της θερμοκρασίας απαιτείται η μεταφορά προς το σώμα διπλάσια ποσότητα θερμότητας κ.τ.λ. Παρόμοια για διπλάσια μείωση της θερμοκρασίας απαιτείται να μεταφερθεί από το σώμα διπλάσια ποσότητα θερμότητας.

Στο δεύτερο πείραμα, εξετάζουμε ποια είναι η σχέση των ποσοτήτων θερμότητας που απαιτούνται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία κατά ορισμένους βαθμούς διαφορετικών μαζών νερού. Από αυτό το πείραμα συμπεραίνουμε ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για συγκεκριμένη μεταβολή της θερμοκρασίας ενός σώματος είναι ανάλογη της μάζας του. Για παράδειγμα για να αυξηθεί κατά 30οC η θερμοκρασία 2Kg νερού απαιτείται διπλάσια ποσότητα θερμότητας, απ’ ότι για την ίδια αύξηση θερμοκρασίας  1Kg νερού.

Στο τρίτο πείραμα, συγκρίνουμε το ποσό της θερμότητας  που απαιτείται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία κατά ίσο ποσό, για ίσες μάζες νερού και λαδιού. Από αυτό το πείραμα συμπεραίνουμε ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται, για συγκεκριμένη μεταβολή της θερμοκρασίας δυο σωμάτων ίδιας μάζας, εξαρτάται από το είδος του υλικού των σωμάτων. Για παράδειγμα, για να μεταβληθεί κατά 30οC η θερμοκρασία ίσων ποσοτήτων λαδιού και νερού, χρειάζεται να μεταφερθεί στο λάδι περίπου η μισή ποσότητα θερμότητας από ότι στο νερό.

Νόμος της θερμιδομετρίας

Το ποσό της θερμότητας που απορροφά ή αποδίδει ένα σώμα:

  1. Είναι ανάλογο της μεταβολής της θερμοκρασίας του Δθ.
  2. Είναι ανάλογο της μάζας του σώματος.
  3. Εξαρτάται από το υλικό του σώματος.

Τα συμπεράσματα αυτά, εκφράζονται στη γλώσσα των μαθηματικών με τη σχέση:

Q = m‧c‧Δθ

Όπου Q συμβολίζουμε το ποσό της θερμότητας που μεταφέρεται από ή προς το σώμα, που έχει μάζα m και με Δθ συμβολίζουμε τη μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος, ενώ η ποσότητα c είναι μια σταθερά που εξαρτάται από το υλικό του σώματος και ονομάζεται ειδική θερμότητα.

Ειδική θερμότητα

Γνωρίζουμε πειραματικά ότι, για να μεταβάλλουμε την θερμοκρασία κατά το ίδιο ποσό, δυο σωμάτων που έχουν ίσες μάζες, τα οποία αποτελούνται από διαφορετικά υλικά, απαιτείται να μεταφερθεί  διαφορετικό ποσό θερμότητας. Τη διαφοροποίηση αυτή από υλικό σε υλικό, την προσδιορίζει με ακρίβεια το μέγεθος που λέγεται ειδική θερμότητα.

Η ποσότητα θερμότητας, που χρειάζεται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία 1Kg κάποιου υλικού κατά 1οC , ονομάζεται ειδική θερμότητα και συμβολίζεται με το γράμμα c,  το οποίο χαρακτηρίζει κάθε υλικό.

Μονάδα ειδικής θερμότητας είναι το 1J/KgoC.  Για να μεταβληθεί η θερμοκρασία 1Kg νερού κατά 1οC, χρειάζεται θερμότητα 4200J. Λέμε ότι η ειδική θερμότητα του νερού είναι c=4200 J/KgoC