Universul este alcătuit din materie și energie. Materia este alcătuită din atomi și molecule, iar energia pune atomii și moleculele în mișcare, potrivit Descoperă.org.
Mișcarea atomilor și a moleculelor creează o formă de energie denumită energie termică. Energia termică este prezentă chiar și în cele mai reci locuri din Univers, chiar dacă cantitatea de energie este foarte mică.
Energia nu este mai misterioasă decât mișcarea. Și putem spune că lucrurile care se mișcă au energie. Să presupunem că mulțimea de atomi care formează un obiect se agită cu o oarecare frecvență, fiecare atom mișcându-se aleator într-o direcție sau alta. Dacă atomii se mișcă, aceștia au energie. Iar atunci când atomii se agită suficient de tare, noi spunem despre acel obiect ca este cald.
Oamenii de știință au cuvinte tehnice pentru căldură, precum “energia termica interna”. Atomii pot vibra, se rotesc sau chiar se rătăcesc (dacă este vorba de un lichid sau gaz).
Această energie nu este foarte diferită de energia necesară unui autovehicul. Doar că este mai mica și mai dificil de măsurat. În loc sa folosim un vitezometru, pentru măsurarea energiei termice folosim un termometru. Temperatura ne indică viteza medie a atomilor puși în mișcare. Cu cât este mai mare temperatura, cu atât creste viteza medie și, prin urmare, cu atât găsim mai multă energie acolo.
Dar dacă toți atomii s-ar opri brusc, în același timp, ce temperatură ar avea acel corp? Răspunsul: -273 grade C. Aceasta este temperatura zero absolut, sau 0 Kelvin.
Energia poate lua mai multe forme. Multe tipuri de energie pot fi transformate în energie termică. Energia electrică, mecanică, chimică, nucleară sau sonoră, poate provoca substanțelor o încălzire prin agitarea moleculelor din acea substanță. De exemplu, cuptorul cu microunde funcționează la fel – agită moleculele. Radiația produsă de un cuptor cu microunde este neionizata – prin urmare, nu are riscul de cancer asociat cu radiațiile ionizate, precum razele X sau razele cosmice de energie înaltă.
Pe scurt, căldura este energie, iar temperatura este o metodă de măsurare a cât de cald sau rece este un obiect.
Transferul de căldură
Un lucru pe care l-ați observat probabil despre căldură este că nu rămâne constantă. Lucrurile fierbinți tind să devină mai reci, iar lucrurile reci devin mai calde. Există o lege fundamentală a fizicii numită “cea de-a doua lege a termodinamicii” care spune că, o ceașcă de cafea fierbinte întotdeauna se răcește iar înghețata se topește: căldura curge de la lucrurile fierbinți spre cele reci, până ce vor ajunge la un echilibru termic cu mediul înconjurător.
Cea de-a doua lege a termodinamicii este, de asemenea, responsabilă pentru facturile din perioada iernii. Pe scurt, cu cât este mai rece afara, cu atât vom avea nevoie de mai multă energie pentru a o încălzi. În primul rând, trebuie sa înțelegem cele 3 moduri diferite prin care căldura poate călători: prin conducție, convecție și radiație.
Prin conducția termică, căldura se transfera la atingere (picioarele ni se răcesc dacă mergem desculți pe gresie).
Convecția este modul prin care oala cu supă se încălzește pe foc. Supa de pe fundul vasului, cea mai apropiata de căldură, se încălzește rapid și devine mai puțin densa (mai ușoară) decât supa rece de deasupra. Supa mai calda se ridică, iar cea rece îi ia locul. Astfel, datorită acestei circulații, obținem un “transportator de căldură invizibil”. Treptat, întreaga supă se va încălzi.
Radiația este cea de-a treia metoda – conducția transportă căldura prin corpuri solide, convecția transporta căldura prin lichide și gaze, însa radiația poate transporta căldura și prin spațiul gol. Aproape tot ceea ce facem pe Pământ este alimentat de radiațiile solare. Dacă stați lângă un foc și simțiți căldura pe suprafața obrazului, toată căldura o simțiți datorită radiației – în linii drepte, la viteza luminii, purtata de un tip de electromagnetism numit radiație infraroșie.
De ce unele lucruri se încălzesc mai greu decât altele?
Diferite materiale pot stoca mai multă sau mai puțină căldură în funcție de structura atomica interna sau moleculara. Apa, de exemplu, poate stoca cantități uriașe de căldură – este unul dintre motivele pentru care o folosim în sistemele de încălzire – deși se încălzește mai greu. Metalele permit căldurii să treacă prin ele foarte bine și se încălzesc rapid, dar nu sunt atât de bune pentru a stoca căldura.
