Teplota a teplo
Prečo ťa môže popáliť malá šálka horúcej kávy, zatiaľ čo vo veľkej vani vlažnej vody sa môžeš pohodlne kúpať?
Čo je teplota v skutočnosti?
Teplota nie je samostatná „vec“, ktorú by sme mohli vidieť alebo chytiť. Je to veličina, ktorá súvisí s priemernou kinetickou energiou neusporiadaného pohybu častíc látky. Čím väčšia je priemerná kinetická energia častíc, tým vyššia je teplota látky.
Voda z vodovodu
Skupenstvo
kvapalné
Rýchlosť častíc
stredná
Kinetická energia
rastie →
Absolútna nula (−273,15 °C = 0 K) je najnižšia teoreticky možná teplota. Pri tejto teplote by častice mali minimálnu možnú tepelnú energiu. Absolútnu nulu sa v experimente nedá dosiahnuť, no vedcom sa podarilo vytvoriť látky s teplotami extrémne blízkymi 0 K.
Teplotné stupnice
Tú istú teplotu môžeme vyjadriť pomocou rôznych teplotných stupníc. Kelvin (K) je jednotkou SI sústavy a jeho nula zodpovedá absolútnej nule, teda najnižšej teplote, ktorú môže mať fyzikálny systém.
Celsius
20°C
Kelvin
293,15K
Fahrenheit
68°F
T(K) = t(°C) + 273,15 · t(°F) = t(°C) × 9/5 + 32
Absolútna nula (−273,15 °C = 0 K) je najnižšia teoreticky možná teplota. Pri tejto teplote by častice mali minimálnu možnú tepelnú energiu. Absolútnu nulu sa v experimente nedá dosiahnuť, no vedcom sa podarilo vytvoriť látky s teplotami extrémne blízkymi 0 K.
Teplo ≠ teplota
Toto je jedna z najčastejších chýb v tejto téme. Teplota je stavová veličina, ktorá súvisí s priemernou kinetickou energiou neusporiadaného pohybu častíc. Teplo je energia, ktorá prechádza medzi telesami s rôznou teplotou — samovoľne vždy z teplejšieho telesa na chladnejšie. Meria sa v jouloch (J).
Myšlienkový experiment
Šálka kávy má teplotu 90 °C. Vaňa vlažnej vody má teplotu len 35 °C. Ktorá z nich obsahuje viac tepelnej energie?
Kľúčový poznatok: Vnútorná energia telesa závisí okrem teploty aj od množstva látky a jej vlastností. Preto môže mať veľké množstvo vlažnej vody väčšiu vnútornú energiu než malé množstvo horúcej kávy.
Merná tepelná kapacita a kalorimetrická rovnica
Merná tepelná kapacita udáva, koľko tepla treba dodať 1 kg látky, aby sa jej teplota zvýšila o 1 K. Každá látka má inú mernú tepelnú kapacitu – voda má medzi bežnými látkami nezvyčajne vysokú hodnotu.
Q = m · c · ΔT
Q — teplo [J] · m — hmotnosť [kg] · c — merná tep. kapacita [J·kg⁻¹·K⁻¹] · ΔT — zmena teploty [K]
Kalkulačka · zmeň materiál a hodnoty
Potrebné teplo
250 800 J
Q = 1,0 kg × 4180 J·kg⁻¹·K⁻¹ × 60 K
Prečo je pri mori miernejšia klíma?
| Látka | c [J·kg⁻¹·K⁻¹] | Poznámka |
|---|---|---|
| Voda | 4 180 | extrémne vysoká — spomaľuje zmeny klímy pri moriach |
| Drevo | 1 700 | dobrý tepelný izolant |
| Hliník | 900 | rýchlo sa zohreje aj ochladí |
| Sklo | 840 | bežný stavebný materiál |
| Železo | 450 | typický kov |
| Meď | 390 | vodiče, radiátory |
| Olovo | 130 | najnižšia z bežných kovov |
Skupenské teplo - keď sa teplota „zasekne“
Počas zmeny skupenstva (napríklad pri topení alebo vyparovaní) teleso prijíma alebo odovzdáva teplo, ale jeho teplota sa nemení. Dodaná energia sa v tomto období využíva najmä na zmenu usporiadania a vzájomných interakcií medzi časticami, nie na zvyšovanie ich priemernej kinetickej energie.
Q = m · l
l — skupenské teplo [J/kg] · topenie ľadu: 334 000 J/kg · vyparovanie vody: 2 260 000 J/kg
Krivka zohrievania 1 kg ľadu (−20 °C → 120 °C)
Ľad sa zohrieva (tuhé skupenstvo)