Lämpöoppi

7. Lämpö laajentaa

Lämpötila on perussuure.
Lämpötilan tunnus on t (celsiusasteikko) tai T (kelvinasteikko).
Yksikkö on °C (celsius) tai K (kelvin, joka on SI-järjestelmässä käytetty yksikkö).
Celsiusasteikon peruspisteet ovat jään sulamispiste 0 °C ja veden kiuhumispiste 100 °C.
Absoluttinen nollapiste on -273°C eli 0K, jolloin kaikki lämpöliike loppuu. Absoluuttisen nollapisteen saavuttaminen on nykykäsityksen mukaan mahdotonta.
Lämpötilalla ei ole ylärajaa.
Lämpötila kuvaa aineen rakenneosasten liikkeen voimakkuutta.

KATSO: Video lämpötilasta

Aineen rakenneosasten liike saa aineen laajenemaan lämmetessään, tätä sanotaan lämpölaajenemiseksi.
Eri aineet laajenevat erilailla lämmetessään.
Laajenemisen voimakkuutta kuvaavat aineille ominaiset lämpötilakertoimet.
Lämpölaajeneminen on otettava huomioon esimerkiksi rakentamisessa.
Veden lämpölaajeneminen poikkeaa muista nesteistä, koska vesi alkaa laajeta vasta +4°C:ssa.

KATSO: Video ilmapallojen kutistumisesta nestemäisessä typessä (lämpötila noin -200°C)

8. Lämpöenergia on energiamuoto

Lämpöliike on aineen rakenneosasten liikettä.
Lämpöenergia kuvaa siis aineen rakenneosasten liike-energiaa.
Lämpöenergian tunnus on E.
Energian yksikkö on J (joule).
Kun aine lämpenee, se sitoo itseensä energiaa.
Lämmönvarastointikykyä kuvaa ominaislämpökapasiteetti.
Esim. veden ominaislämpökapasiteetti on suuri (4,19 kJ/kg°C), mikä tarkoittaa sitä, että veden lämmittämiseen tarvitaan paljon energiaa (lämpenee hitaasti ja myös jäähtyy hitaasti).
Metalleilla sen sijaan ominaislämpökapasiteetit ovat pieniä ja ne lämpiävät nopeasti.
Kappaleen varastoiman energian suuruuteen vaikuttavat kappaleen materiaali, massa ja lämpötilan muutos.

9. Lämpöenergia voi muuttaa aineen olomuotoa

Olomuodon muutoksissa energiaa sitoutuu tai vapautuu.
Sulamisessa ja höyrystymisessä (ja sublimoitumisessa) aineeseen sitoutuu energiaa. Energiaa tarvitaan aineen rakenneosasten irroittamiseen toisistaan. Lämpöenergia muuttuu aineen sisäiseksi energiaksi.
Tiivistymisessä ja jähmettymisessä (ja härmistymisessä) lämpöenergiaa vapautuu aineesta ympäristöön.
Olomuodon muutoksen aikana aineen lämpötila ei muutu. Esim. sulavan jään lämpötila on 0°C, kunnes kaikki jää on sulanut.

KATSO: Video olomuodon muutoksista.

10. Lämpö siirtyy kolmella tavalla

Lämpö voi siirtyä kolmella tavalla: virtaamalla, johtumalla ja säteilemällä.
Virtaaminen: Aine siirtää lämpöä mukanaan, aine liikkuu (esim. merivirrat).
Johtuminen: lämpöliike siirtyy rakenneosasesta toiseen, aine ei liiku (esim. teestä lusikkaan)
Säteileminen: Lämpö etenee ilman väliainetta sähkömagneettisena säteilynä (lämpö- eli infrapunasäteily).

11. Energia muuntuu muodosta toiseen

Energian säilymislaki: Energiaa ei synny eikä häviä mihinkään, se vain muuttaa muotoaan tai siirtyy.
Energialajeja ovat mm. liike-energia, lämpöenergia, valoenergia, äänienergia ja kemiallinen energia (aineen rakenteiseen sitoutunutta energiaa).
Kun energia muuttuu lämpöenergiaksi, sen hyötykäyttö hankaloituu.

Ihmisen lämpötasapaino tarkoittaa sitä, että lämpöä poistuu yhtä paljon kuin sitä tuotetaan elimistössä ja siirtyy elimistöön ympäristöstä.
Ihminen pystyy säätelemään lämpötilaansa hikoilemalla, mutta useat eläimet eivät pysty hikoilemaan.
Kasvihuoneilmiössä osa Maahan tulleesta Auringon säteilystä heijastuu ilmakehästä takaisin maanpinnalle. Tämä on elämän kannaltta välttämätön ilmiö.
Ilmaston lämpeneminen on ihmisen aiheuttama kasvihuoneilmiön voimistuminen (ilmasto lämpeää enemmän kuin se normaalisti lämpenisi). Syynä tähän ovat ihmisen ihmisen ilmakehän vapauttamat kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi.

TUTKI: Simulaatio kasvihuoneilmiöstä
Yle uutisten sivu ilmastonmuutoksesta - Tuho vai täyskäännös
Ylen artikkeli suomen ilmastosta - Katso videot