3. Lämpö
Lämpö
Kuten olemme oppineet, niin lämpötila kuvaa aineen rakenneosien liikettä. Mitä kuumempaa aine on, niin sitä enemmän aineen atomit ja molekyylit liikkuvat ja värähtelevät. Näin ollen voidaan ajatella, että energiaa varastoituu aineeseen sen lämmetessä. Toisaalta aine luovuttaa energiaa ympäristöön sen jäähtyessä.
Lämpö tarkoittaa ilmiötä, jossa lämpöenergia siirtyy kuumemmasta systeemistä kylmempään. Kuuma kahvikuppi tuntuu kuumalta, koska kahvikuppi luovuttaa käteesi lämpöenergiaa, jonka keho aistii. Lumi tuntuu kylmältä, koska kehosi luovuttaa lämpöenergiaa lumeen.
Lämpöenergian luovuttamista ja vastaanottamista tapahtuu vain silloin, kun systeemit ovat eri lämpötiloissa. Saunan laude tuntuu kuumalta vain sen aikaa, kunnes laude ja iho ovat samassa lämpötilassa. Lämpötilaerot pyrkivät aina tasoittumaan. Kun lämpötilaerot ovat tasoittuneet, niin lämpöenergia ei siirry systeemistä toiseen.
Astian eri päät eivät jää eri lämpötiloihin, vaan lämpötilaerot tasoittuvat astiassa.
Ominaislämpökapasiteetti
Jos sinun pitäisi lämmittää 100 grammaa vettä ja 100 grammaa rautaa kaasupolttimella 100 [[$^\circ$]]C asteiseksi, niin kumpi lämpenisi nopeammin? Vastaus on, että rauta lämpenisi paljon nopeammin.
Eri aineilla on erilainen taipumus vastaanottaa ja luovuttaa lämpöä. Jotkut aineet, kuten vesi, lämpenevät ja jäähtyvät hitaasti, kun taas toiset aineet, kuten monet metallit, lämpenevät ja jäähtyvät nopeasti.
Aineen kykyä luovuttaa ja vastaanottaa lämpöenergiaa kutsutaan ominaislämpökapasiteetiksi. Mitä suurempi aineen ominaislämpökapasiteetti on, niin sitä hitaammin aine lämpenee ja jäähtyy. Mitä pienempi aineen ominaislämpökapasiteetti on, niin sitä helpommin aine lämpenee ja jäähtyy.
Taulukosta huomataan, että vedellä on poikkeuksellisen suuri ominaislämpökapasiteetti, kun taas vaikka raudalla on pieni ominaislämpökapasiteetti.
Veden ominaislämpökapasiteetti on 4,2 [[$\frac{kJ}{kg^\circ C}$]]. Se tarkoittaa sitä, että kun yksi kilogramma vettä lämpenee yhden celsiusasteen, niin siihen varastoituu 4,2 kilojoulea energiaa. Vastaavasti jäähtyessään vesi luovuttaa ympäristöön saman verran energiaa.
Veden ominaislämpökapasiteetti on huomattavan suuri, eli vesi lämpenee ja jäähtyy hitaasti. Tämä huomataan hyvin meillä pohjolassa, kun kesällä vesien lämpenemistä saa odottaa raivostuttavan pitkään. Toisaalta etenkin rannikolla asuessa lämmin meri luovuttaa lämpöenergiaa pitkälle syksyyn ja pitkittää lämpimiä ilmoja.
Rannikkolla meri toimii suurena lämpövarastona ja tasoittaa vuosittaisia lämpötilanvaihteluja.
Lämmön varastoitumisen ja luovutuksen määrään vaikuttavat materiaalin lisäksi aineen massa ja lämpötilanmuutos. Kahden kilogramman rautamötikän lämmittämiseen tarvitaan kaksinkertainen määrä energiaa yhden kilogramman mötikkään verrattuna.
Lämpöenergiaa vaaditaan myös luonnollisesti sitä enemmän, mitä kuumemmaksi aine lämpenee. Jos yhden vesikilogramman lämmittämiseen yhdellä celsiusasteella tarvitaan 4,2 kilojoulea energiaa, niin kahdella asteella lämmittämiseen tarvitaan 8,4 kilojoulea energiaa.
Lämpö tarkoittaa ilmiötä, jossa lämpöenergia siirtyy kuumemmasta systeemistä kylmempään. Kuuma kahvikuppi tuntuu kuumalta, koska kahvikuppi luovuttaa käteesi lämpöenergiaa, jonka keho aistii. Lumi tuntuu kylmältä, koska kehosi luovuttaa lämpöenergiaa lumeen.
Lämpöenergian luovuttamista ja vastaanottamista tapahtuu vain silloin, kun systeemit ovat eri lämpötiloissa. Saunan laude tuntuu kuumalta vain sen aikaa, kunnes laude ja iho ovat samassa lämpötilassa. Lämpötilaerot pyrkivät aina tasoittumaan. Kun lämpötilaerot ovat tasoittuneet, niin lämpöenergia ei siirry systeemistä toiseen.
Astian eri päät eivät jää eri lämpötiloihin, vaan lämpötilaerot tasoittuvat astiassa.Ominaislämpökapasiteetti
Jos sinun pitäisi lämmittää 100 grammaa vettä ja 100 grammaa rautaa kaasupolttimella 100 [[$^\circ$]]C asteiseksi, niin kumpi lämpenisi nopeammin? Vastaus on, että rauta lämpenisi paljon nopeammin.
Eri aineilla on erilainen taipumus vastaanottaa ja luovuttaa lämpöä. Jotkut aineet, kuten vesi, lämpenevät ja jäähtyvät hitaasti, kun taas toiset aineet, kuten monet metallit, lämpenevät ja jäähtyvät nopeasti.
Aineen kykyä luovuttaa ja vastaanottaa lämpöenergiaa kutsutaan ominaislämpökapasiteetiksi. Mitä suurempi aineen ominaislämpökapasiteetti on, niin sitä hitaammin aine lämpenee ja jäähtyy. Mitä pienempi aineen ominaislämpökapasiteetti on, niin sitä helpommin aine lämpenee ja jäähtyy.
| Aine | Ominaislämpö- kapasiteetti [[$\frac{kJ}{kg^\circ C}$]] |
| vesi | 4,2 |
| etanoli | 2,4 |
| jää | 2,1 |
| ilma | 1,0 |
| alumiini | 0,90 |
| lasi | 0,84 |
| tiili | 0,80 |
| rauta | 0,45 |
| kupari | 0,39 |
Veden ominaislämpökapasiteetti on 4,2 [[$\frac{kJ}{kg^\circ C}$]]. Se tarkoittaa sitä, että kun yksi kilogramma vettä lämpenee yhden celsiusasteen, niin siihen varastoituu 4,2 kilojoulea energiaa. Vastaavasti jäähtyessään vesi luovuttaa ympäristöön saman verran energiaa.
Veden ominaislämpökapasiteetti on huomattavan suuri, eli vesi lämpenee ja jäähtyy hitaasti. Tämä huomataan hyvin meillä pohjolassa, kun kesällä vesien lämpenemistä saa odottaa raivostuttavan pitkään. Toisaalta etenkin rannikolla asuessa lämmin meri luovuttaa lämpöenergiaa pitkälle syksyyn ja pitkittää lämpimiä ilmoja.
Rannikkolla meri toimii suurena lämpövarastona ja tasoittaa vuosittaisia lämpötilanvaihteluja.Lämmön varastoitumisen ja luovutuksen määrään vaikuttavat materiaalin lisäksi aineen massa ja lämpötilanmuutos. Kahden kilogramman rautamötikän lämmittämiseen tarvitaan kaksinkertainen määrä energiaa yhden kilogramman mötikkään verrattuna.
Lämpöenergiaa vaaditaan myös luonnollisesti sitä enemmän, mitä kuumemmaksi aine lämpenee. Jos yhden vesikilogramman lämmittämiseen yhdellä celsiusasteella tarvitaan 4,2 kilojoulea energiaa, niin kahdella asteella lämmittämiseen tarvitaan 8,4 kilojoulea energiaa.