Lämpö

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tulikuuma rautatanko säteilee lämmön lisäksi näkyvää valoa.

Lämpö on atomien tai molekyylien värähtelyliikettä.

Lämpöä syntyy monesta eri syystä. Esimerkiksi kitka tuottaa lämpöä, samoin sähkövastuksen läpi kulkeva virta – mm. hehkulampun kuumeneminen johtuu jälkimmäisestä. Myös kemiallisissa reaktioissa voi vapautua lämpöä. Tällaisia reaktioita kutsutaan eksotermisiksi. Kemiallisia reaktioita, jotka sitovat lämpöä, kutsutaan endotermisiksi.

Lämpöenergiaa tarvitaan muun muassa aineiden olomuotojen muuttamiseen: sulattamiseen, höyrystämiseen ja sublimoitumiseen. Vastaavasti lämpöenergiaa vapautuu aineiden jähmettyessä, tiivistyessä tai härmistyessä.

Lämmön siirtyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämmön siirtyminen on lämpöenergian välittymistä eri lämpötiloissa olevien kappaleiden välillä. Tämä tapahtuu aina kuumemmasta kappaleesta kylmempään lämpöopin sääntöjä noudattaen, eli lämpötilaeroja tasoittavasti.[1] Lämmön siirtyminen voi tapahtua johtumalla, säteilemällä tai konvektiolla (kuljettumalla). Konvektiossa eli kuljetuksessa lämpö siirtyy virtaavan kaasun tai nesteen mukana. Johtuessa lämpö siirtyy suoraan kahden tai useamman aineen kosketuspinnan kautta.

Lämpötilan muutos[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jos kappaleen lämpötila muuttuu arvosta T_1 arvoon T_2, niin kappaleeseen siirtynyt lämpömäärä on Q=m \times c(T_2-T_1) jossa m on kappaleen massa ja c ominaislämpökapasiteetti massayksikköä kohti, joka on oletettu vakioksi.

Lämpölaajeneminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yleensä aine laajenee lämmetessään ja kutistuu jäähtyessään. Poikkeuksen tekee jäätyvä vesi, joka laajenee muuttuessaan kiinteäksi. Nämä kappaleen koon muutokset riippuvat kappaleen massasta, lämpötilan muutoksesta, sekä joka aineelle ominaisesta lineaarisesta lämpölaajenemiskertoimesta (kun lasketaan kappaleen pituuden muutoksia) tai tilavuuden lämpölaajenemiskertoimesta (kun lasketaan kappaleen tilavuuden muutoksia).

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. Matalin koskaan saavutettu lämpötila on ollut kuitenkin varsin lähellä nollaa, vain 100 pK (0,000 000 000 1 K). Tämä ennätys saavutettiin vuonna 2000 Teknillisessä Korkeakoulussa Espoossa.[2]

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.[3]

Kalorikkiteorian avulla voitiin selittää monia ilmiöitä kuten lämpölaajeneminen ja lämpötilaerojen tasoittuminen. Vaikeasti selitettäväksi osoittautui kuitenkin kappaleiden lämpeneminen kitkan vaikutuksesta niitä hangatessa.[4]

Jo 1100-luvulla esitettiin hypoteesi, että 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[5] Yleisesti hyväksytyksi tämä käsitys tuli kuitenkin vasta vähän ennen 1800-luvun puoliväliä, kun energian säilymislaki tuli tunnetuksi ja voitiin määrittää myös lämmön mekaaninen ekvivalentti.[6]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Lämpö.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Hans Christian von Baeyer: Maxwellin demoni, s. 62-63. Suom. Hannu Karttunen. Art House, 2000. ISBN 951-884-321-X.
  2. Otaniemessä uusi kylmyysennätys Tiede. 24.11.2000 kello 00.00.
  3. Baeyer, s. 21
  4. Baeyer, s. 22
  5. Baeyer, s. 22-23
  6. Baeyer, s. 21, 36, 41-46

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.