Ciepło

Ciepło Q jest to sposób przekazywania energii do układu termodynamicznego, w wyniku czego zmienia się jego energia wewnętrzna i zmiana ta nie jest wywołana przez pracę sił zewnętrznych.

Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul (J).

Przykłady

Jak można zwiększyć energię wewnętrzną ręki?

Można użyć siły zewnętrznej, która wykona nad naszą ręką pewną pracę - wystarczy przez chwilę pocierać ją na przykład o drugą rękę.
Można rękę włożyć do pojemnika z wodą o wyższej temperaturze. Energia wewnętrzna ręki po chwili wzrośnie i ten proces przekazana w ten sposób energii nazywamy właśnie ciepłem.

Pobieranie i oddawanie ciepła

Jeżeli energia wewnętrzna ciała, na które nie działają żadne siły zewnętrzne wzrosła, możemy powiedzieć, że ciało pobrało ciepło z otoczenia (Q>0), jeżeli zaś zmalała, to mówimy, że ciało oddało ciepło do otoczenia lub pobrało ciepło ujemne (Q<0).

Ciepło a energia cieplna

Ciepło nie oznacza "ilości ciepła" lub "energii cieplnej" rozumianej jako energię wewnętrzną. To nie są pojęcia jednoznaczne, choć niestety często używane zamiennie w języku potocznym, a nawet literaturze.

Zatem ilość ciepła dostarczona do układu termodynamicznego jest to zmiana energii wewnętrznej tego układu spowodowana procesem cieplnym (ciepłem).

Warto wspomnieć o dawnej jednostce ilości ciepła, która jest często stosowana w życiu codziennym. To kaloria (cal).

1 cal = 4,186 J

W jaki sposób odbywa się przekazywanie ciepła?

Przekazywanie ciepła to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek. Jeżeli ciała o różnych temperaturach zetkną się ze sobą, na granicy styku drgające cząsteczki będą przekazywać sobie nawzajem energię. Gdy po pewnym czasie temperatury tych ciał wyrównają się, przekazywanie energii między cząsteczkami dalej będzie miało miejsce, ale już w sposób przypadkowy, nie powodując systematycznego przekazywania energii z ciała o wyższej do ciała o niższej temperaturze.

Wyżej opisany proces to tak zwane przewodzenie ciepła albo transport energii.

Ciepło może być też przekazywane w drodze konwekcji i promieniowania cieplnego.

Pytania

Czy temperatura i ciepło to to samo?

Nie. To zupełnie inne wielkości fizyczne. Temperatura jest określana dla stanów równowagi termodynamicznej - określa stan układu w tej równowadze. Ciepło zaś to sposób przekazywania energii. Jeżeli w języku potocznym mówimy, że coś jest ciepłe, to oznacza, że to "coś" przekazuje nam energię, powodując wzrost energii wewnętrznej naszego ciała, a w zasadzie jego części (ręki). Oczywiście temperatura i ciepło są ze sobą powiązane. Można przecież stwierdzić, że ciało odczuwane jako cieplejsze ma wyższą temperaturę niż nasza ręka. I pewnie stąd nieścisłość w języku potocznym, który często zrównuje te wielkości fizyczne.

Czy ciepło jest jedną z form energii?

Nie. Ciepło nie jest formą energii.

Ciepło molowe

Ciepło molowe C jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednego mola substancji o jeden stopień temperatury (1 K lub 1°C).

Ciepło właściwe

Ciepło właściwe jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg masy ciała o jedną jednostkę temperatury (1 K lub 1°C).

Kaloria

Kaloria (cal) jest jednostką ilości ciepła. Jest to ilość ciepła, jaką należy dostarczyć czystej chemicznie wodzie o masie 1 g, aby spowodować wzrost jej temperatury z 14,5°C do 15,5°C przy ciśnieniu p=101 325 Pa.

Energia wewnętrzna

Energia wewnętrzna U jest to suma wszystkich energii kinetycznych ruchu cieplnego cząstek oraz energii potencjalnych wzajemnego oddziaływania tych cząstek na siebie jak i ich oddziaływania wewnątrzcząsteczkowego.