Lämpö
Lämpö [1] on lämpötilaerosta aiheutuvaa energian siirtymistä korkeammassa lämpötilassa olevasta eli lämpimämmästä kappaleesta alemmassa lämpötilassa olevaan eli viileämpään kappaleeseen.[2][3] Tämän siirtyneen energian määrää kuvaava suure on lämpömäärä.[3] Varastoitunut tai luovutettu lämpömäärä muuttaa kappaleen ulkoisesti havaittavaa lämpötilaa.
Energian siirtyminen lämpönä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Lämpö siirtyy aina kuumemmasta kappaleesta kylmempään lämpöopin sääntöjä noudattaen, eli lämpötilaeroja tasoittavasti.[4] Siirtyminen voi tapahtua johtumalla, säteilemällä tai konvektiolla (kuljettumalla). Konvektiossa eli kuljetuksessa energiaa siirtyy virtaavan kaasun tai nesteen mukana. Johtuessa energia siirtyy suoraan kahden tai useamman aineen kosketuspinnan kautta. Lämpösäteilyssä energia siirtyy materiaalin emittoimana sähkömagneettisena säteilynä. Lämpösäteily ei tarvitse väliainetta, joten se voi läpäistä jopa tyhjiön.[5] Näissä kaikissa esimerkeissä siirtynyt energia on siis lämpöä.
Lämpömäärä ja työ[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Kappaleen lämpötilan muutokseen, eli sisäenergian muutokseen <math>\scriptstyle \Delta U</math>, vaaditaan joko työtä W tai lämpömäärä Q (riippuen siitä miten systeemin tekemä ja systeemiin tehty työ määritellään on työn etumerkki joko positiivinen tai negatiivinen).
<math>\Delta U = Q + W</math>.[3]
Jos kappaleen lämpötila muuttuu arvosta <math>\scriptstyle T_1</math> arvoon <math>\scriptstyle T_2</math>, niin kappaleeseen on siirtynyt lämpömäärä on <math>\scriptstyle Q=m \cdot c \cdot (T_2-T_1)</math>, jossa m on kappaleen massa ja c ominaislämpökapasiteetti massayksikköä kohti. Toisaalta systeemiin on saatettu tehdä työtä W, mikä muuttaa systeemin lämpötilaa. Tehty työ saattaa olla esim. kitkan tekemää työtä tai sähkövastuksen läpi kulkevan virran tekemää työtä, joka nostaa hehkulangan lämpötilaa. Kemiallisissa reaktioissa voi systeemi joko vapauttaa tai sitoa tietyn lämpömäärän, tällöin puhutaan joko ekso- tai endotermisestä reaktiosta. Samoin aineen olomuodon muutokset ovat joko endo- tai eksotermisiä, sulaminen, höyrystyminen ja sublimoituminen ovat endotermisiä tapahtumia ja vastaavasti tiivistyminen, jähmettyminen ja härmistyminen ovat eksotermisiä.
Termien lämpömäärä ja lämpö erona on siis se, että lämpömäärä on se energian määrä, mikä sitoutuu kappaleeseen tai poistuu kappaleesta. Lämpö on siis ilmiö, lämpömäärä siihen liittyvä suure.
Tieteenhistoria[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Aikaisemmin lämpöä pidettiin yleensä erityisenä aineena, josta esimerkiksi Antoine Laurent Lavoisier käytti nimitystä kalorikki. Sen oletettiin olevan massatonta tai ainakin äärimmäisen harvaa, näkymätöntä ja nestemäistä ainetta, jota kaikki kappaleet sisälsivät sitä enemmän, mitä korkeampi niiden lämpötila oli. Lämmön johtumisen oletettiin johtuvan kalorikin siirtymisestä kappaleesta toiseen.[6]
Kalorikkiteorian avulla voitiin selittää monia ilmiöitä kuten lämpölaajeneminen ja lämpötilaerojen tasoittuminen. Vaikeasti selitettäväksi osoittautui kuitenkin kappaleiden lämpötilan nousu kitkan vaikutuksesta niitä hangatessa.[7]
Jo 1100-luvulla esitettiin hypoteesi, että havaittava lämpö on jonkinlaista aineen pienimpien osien liikettä. Myöhemmin saman teorian esittivät muun muassa Francis Bacon ja Robert Hooke sekä 1700-luvun lopulla Rumfordin kreivi Benjamin Thompson[8] Yleisesti hyväksytyksi tämä käsitys tuli kuitenkin vasta vähän ennen 1800-luvun puoliväliä, kun energian säilymislaki tuli tunnetuksi ja voitiin määrittää myös lämmön mekaaninen ekvivalentti.[9]
Lämpö-sanan käyttö yleiskielessä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Lämpö-sanaa käytetään arkikielessä usealla eri tavalla kuin sen tieteellinen merkitys on. Lämpö voidaan kuvata ominaisuutena, mikä aiheuttaa lämpimän aistimuksen.[10][11][12][13] Lämpö on myös yleiskielen määritelmän mukaan aineen pienimpien osasten liikettä ja lämpöliikkeeseen liittyvä energialaji[11]. Lämpö-termillä tarkoitetaan välillä fysiikassa myös varastoitunutta energiaa, lämpöenergiaa eli termistä energiaa, joka on sitoutunut kappaleisiin[14]. Vanhoissa tietosanakirjoissa lämpö on myös määritelty lämpöliikkeeksi, mutta IUPAC:n määritelmä käsittelee termiä "heat" vain siirtyvän energian merkityksessä.[2][12][13] Lämpö yhdyssanassa kuvaa lämpötilaan liittyvää ominaisuutta kuten kainalolämpö tai ruumiinlämpö.[10]
Absoluuttinen nollapiste[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- Pääartikkeli: Absoluuttinen nollapiste
Absoluuttinen nollapiste on lämpötila, jossa tasapainossa olevat atomit ovat alimmalla energiatilallaan. Se on siten myös matalin mahdollinen lämpötila ja siten Kelvin-asteikon alkuarvo. Fysikaalisesti sen saavuttaminen on kuitenkin mahdotonta.
Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- Hans Christian von Baeyer: Maxwell demoni. Suom. Hannu Karttunen. Art House, 2000. ISBN 951-884-321-X.
Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- ↑ Lehto, Heikki & al.: Fysiikka 2 – Lämpö, s. 50–56. lukion oppikrja. Helsinki: Tammi, 2009. ISBN 978-951-31-4534-7.
- ↑ 2,0 2,1 IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (doi:10.1351/goldbook.H02752) Gold book. 2014. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Viitattu 10.2.2015.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Young, Hugh & Freedman, Roger: University physics 13th edition. Pearson (2014). lähde tarkemmin?
- ↑ Hans Christian von Baeyer: Maxwellin demoni, s. 62–63. Suomentanut Hannu Karttunen. Art House, 2000. ISBN 951-884-321-X.
- ↑ Hans Dieter Baehr & Karl Stephan: Heat and Mass Transfer, s. 25. Springer Science & Business Media, 2011. ISBN 9783642200212. (englanniksi)
- ↑ Baeyer, s. 21
- ↑ Baeyer, s. 22
- ↑ Baeyer, s. 22–23
- ↑ Baeyer, s. 21, 36, 41–46
- ↑ 10,0 10,1 Kielitoimiston sanakirja Kielitoimiston sanakirja. 2014. Kotimaisten kielten keskus ja Kielikone Oy. Viitattu 10.2.2015.
- ↑ 11,0 11,1 Nykysuomen sanakirja, 2. osa (L–R), s. 309, hakusana lämpö. Suomalaisen kirjallisuuden seura, WSOY, 1989. ISBN 951-0-09106-5.
- ↑ 12,0 12,1 Otavan iso Fokus, 4. osa (Ip–Kp), s. 2405, art. lämpö. Otava, 1973. ISBN 951-1-00388-7.
- ↑ 13,0 13,1 Pieni Tietosanakirja, II osa (Isopurje-Maskotti), s. 1252, art. Lämpö. Otava, 1923. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Lämpeneminen; Etälukio, Opetushallitus