I. Introducere l4p19pl
Caldura, in fizica, reprezinta transferul de energie de la o substanta la alta
sau de la un corp la altul datorita diferentei de temperatura.
Caldura poate fi transferata prin trei procese: prin conductie, prin convectie
si prin radiatii. Conductia este transferal de caldura pe un obiect solid; este
procesul datorita caruia manuirea unui vatrai devine grea, chiar daca numai
varful este in foc. Convectia transmite caldura prin schimbul de molecule fierbinti
si reci; acesta este fenomenul prin care apa dintr-un ibric devine clocotita
uniform chiar daca numai fundul ceainicului este in contact cu flacara. Radiatia
este transferul de caldura prin radiatie electromagnetica; acesta este mecanismul
prin care un semineu incalzeste o camera.
II. Temperatura
Temperatura reprezinta proprietatea unui sistem care determina starea lui, daca
este in echilibru termic sau nu. Senzatia de caldura sau frig a unei substante
este cauzat de temperatura. Desi este usor de comparat temperaturile aproximative
ale doua substante utilizand simtul tactil, evaluarea magnitudinii temperaturilor
prin reactii subiective este imposibila. A incalzi o substanta nu inseamna numai
a-I creste temperatura, dar si a-l provoca sa imparta o senzatie de cald mai
acuta, si totodata sa produca transformari in mai multe proprietati fizice care
pot fi masurate cu precizie. Cand temperature variaza, o substanta se extinde
sau se contractam, rezistenta sa electrica se schimba, si in forma gazoasa exercita
presiuni variate. Variatia unei simple proprietati serveste ca o baza pentru
o scara de temperature potrivita.
Temperatura epinde de energia cinetica medie a moleculelor unei substante, si
conform teoriei cinetice energia poate exista in miscari circulare, vibrationale
sau translationala a particulelor unor substante. Temperature depinde doar de
miscarea translationala a moleculelor. Teoretic, moleculele unei substante n-ar
manifesta nici o activitate la temperature de zero absolute.
Conceptul de temperatura vine de la ideea de a masura relativele stari de caldura
sau frig si de la observatia ca adaosul de caldura unui corp duce la sporirea
temperaturii acestuia in cazul in care nu apare fierberea sau topirea. In cazul
a doua corpuri cu temperature diferita, caldura se va transmite de la cel mai
cald la cel rece pana cand temperature lor este aceeasi, iar echilibrul termic
este atins. Astfel, temperatura si caldura, desi in legatura, se refera la idei
diferite, temperatura fiind o proprietate a corpului, iar caldura o “scurgere”
de energie dintre doua corpuri cu caracteristici diferite. Schimbarile de temperatura
trebuie masurate in termeni ale altor schimbari de proprietati ale substantelor.
III. Unitati de masura ale temperaturii
Cinci tipuri diferite de scari sunt in uz astazi: scara Celsius, cunoscuta si
sub numele de centigrad, scara Fahrenheit, scara Kelvin, scara Rankine si scara
internationala termodinamica.
Una dintre primele unitati descoperite a fost aceea inventata de fizicianul
german Gabriel Daniel Fahrenheit. Potrivit acestei, unitati la presiunea atmosferica
normala, punctual de inghet (si de topire a ghetii) este 32?, punctual de fierbere
este 212?. Centigradul sau unitatea Celsius, inventata de astronomul suedez
Anders Celsius, si utilizat in foarte multe parti ale lumii, atribuie valoarea
de 0? punctului de inghet si 100? punctului de fierbere. In domeniul stiintei
cea mai des utilizata unitate este cea absoluta sau Kelvinul, inventata de matematicianul
si fizicianul britanic William Thompson, primul baron Kelvin. In aceasta masura
zero absolut este la -273,16?, care este 0 K, intervalele de temperatura fiind
identice cu cele masurate in Celsius. Corespondenta acesteia, “Fahrenheit
absolut” sau unitatea Rankine, descoperita de inginerul si fizicianul
britanic William J. M. Rankine plaseaza zero absolute la -459,69?, care este
0 R, si punctul de inghet la 491,69 R. O scara mai consistenta din punct de
vedere stiintific, bazata pe scara Kelvin, a fost adoptata in1933.
Termometrul este un instrument utilizat la masurarea temperaturii. Astfel, obisnuitul
termometru cu mercur masoara dezvoltarea unei coloane de Hg intr-un vas capilar
de sticla, schimbarea in lungime a coloanei reprezentand diderenta de temperatura.
Daca se incalzeste un gaz ideal continut de un vas cu volum constant, presiunea
creste si schimbarea temperaturii poate fi determinata de modificarea presiunii
conform legii lui Gay- Lussac. Mercurul este des inlocuit de alcool, eter sau
alte lichide. Inventia terometrului ii este atribuita lui Galileo, chiar daca
termometrul inchis nu a fost folosit pana in 1650. termometrele
IV. Unitati de masura ale caldurii
Caldura este masurata in calorii, definite ca fiind cantitatea de caldura necesara
pentru a ridica temperature unui gram de apa la o presiune de 1 atm de la 15?
la 16?. Aceasta unitate este cateodata denumita mica calorie sau calorie-gram
pentru a o deosebi de caloria mare sau kilocaloria, egala cu 1000 calorii, care
este utilizata in studiile nutritioniste. Definitia acceptata acum in Statele
Unite si in termochimie este ca 1 cal= 4,1840 J.
?Graficul reprezinta modificarea care apare cand apa este incalzita. La 0? si
la 100? putem adauga caldura apei fara a-i schimba temperatura. Aceasta ‘’caldura
latenta’’ distruge legaturile dintre molecule, dar nu le mareste
energia cinetica. Este nevoie de aproximatix de 4 ori mai multa caldura pentru
a evapora un gram de apa decat pentru a-l topi. Aceasta este reprezentata de
grafic prin lungimile relative ale portiunilor orizintale. Pantele liniilor
inclinate indica numarul de grade cu care se schimba temperatura pentru fiecare
calorie de caldura adaugata unui gram. Reciprocul acestui numar este cantitatea
de Q care trebuie adaugata pentru a modifica temperatura unui gram cu un grad.
Aceasta este numita caldura specifica.
III. Efectele temperaturii
Temperatura are un rol important in determinarea conditiilor in care viata poate
exista. Astfel, pasarile si mamiferele cer un restrans sir de temperaturi ale
corpului pentru supravietuire si trebuie protejate impotriva caldurii extreme
sau a frigului. Speciile acvatice pot exista doar in apa cu o anumita temperatura
care difera de la specie la specie. De exemplu, cresterea temperaturii apei
unui rau cu doar cateva grade ca rezultat al eliberarii de caldura de uzine
poate omori majoritatea pestilor indigeni. Caldura este energia aflata in procesul
de transfer; intotdeauna ea se revarsa de la o substanta cu temperature mai
mare la una cu o temperatura mai scazuta, radicand-o pe cea a ultimei si micsorand-o
pe a primei, cu conditia ca volumele celor doua sa ramana constante. Caldura
nu se transmite de la o substanta mai rece la un calda decat daca un alt tip
de transfer al energiei, forta, este de asemenea prezenta.
Pana la inceputul secolului al XIX-lea, efectul caldurii asupra temperaturii
corpului a fost explicata prin presupunerea existentei unei substante invizibile.
Conform teoriei calorice a caldurii, un corp la o temperature mai mare contine
mai multe calorii decat unul la o temperature mai scazuta. Primul corp cedeaza
cateva calorii celui de-al doilea corp aflat in contact, radicand temperatura
acestuia si scazand-o pe a sa. Desi teoria calorica a explicat cu succes cateva
fenomene a transferului de caldura, dovezi experimentale au fost presentate
de fizicianul britanic de origine americana pe nume Benjamin Thomphson in 1798
si de chimistul englez Sir Humphry Davy in 1799 sugerand ca precum forta, caldura
este o forma de energie in tranzit si ca poate produce aceleasi schimbari intr-un
corp ca si forta.