O nazwie „ciep這” - kilka ch這dnych uwag

W j瞛yku potocznym u篡wa si� okre郵e� typu „jest mi ciep這”, lub „Krzysiek ma dzisiaj ciep貫 czo這 – pewnie b璠zie mia� gor帷zk�”. Tak si� m闚i, my rozumiemy o co chodzi, a wi璚 jest dobrze, jednak warto wiedzie�, 瞠 z "naukowe" poj璚ie "ciep豉" do tych okre郵e� nie pasuje. A niestety, konflikty pomi璠zy u篡wanym potocznie poj璚iem ciep豉, a jego  fizycznym znaczeniem mog� nieraz spowodowa� kompletny m皻lik w rozumieniu zjawisk termodynamicznych.

  

W jakim sensie fizycy u篡waj� s這wa „ciep這”?

Po pierwsze ciep這 to energia; czyli jest wyra瘸na w d簑lach i powstaje z innych jej form – np. z energii kinetycznej, j康rowej czy chemicznej.

Jednak tym co bardzo wyra幡ie odr騜nia poj璚ie ciep豉 od wi瘯szo軼i pozosta造ch rodzaj闚 energii (typu kinetyczna, lub potencjalna) jest fakt, 瞠 ciep豉 nie mo積a „mie�”. Ciep這 „fizyczne” jest u篡wane wy陰cznie do opisu zjawisk przyp造wu energii. Inaczej m闚i帷 fizyk raczej nie powie, 瞠 kawa貫k metalu "ma" w sobie ciep這 (chyba, 瞠 porozumiewa si� np. ze swoj� babci� na poziomie potocznym, niefizycznym), powie natomiast, 瞠 np. „przep造waj帷e ciep這 ogrza這 ten metal do temperatury 60蚓”.

bo tym co cia這 mo瞠 „mie�” jest energia wewn皻rzna, a

ciep這 w sensie fizycznym mo積a wy陰cznie odda� lub przyj望, ale nie mo積a go "mie�"!

I tu dochodzimy do drugiej bardzo wa積ej sprawy:
Ciep這 jest to ta cz窷� energii, kt鏎a jest przekazywana mi璠zy cia豉mi. W momencie, gdy energia ju� dotar豉, to nie m闚imy ju� o cieple - teraz cia這 posiada energi� wewn皻rzn�..
 To jednak nie koniec wa積ych spraw i problem闚 zwi您anych z ciep貫m.

Istnieje jeszcze jedna bardzo wa積a cecha zwi您ana z omawian� wielko軼i�, a wi捫e si� z mikroskopowym mechanizmem przekazu ciep豉::

Ciep這 jest t� cz窷ci� energii przekazywanej, kt鏎a zachodzi w wyniku zderze� mi璠zy cz御teczkami cia�.
To bardzo wa積y element, poniewa� istnieje konkurencyjny wobec ciep豉 spos鏏 zmiany energii, kt鏎ego mechanizm jest inny.
W przypadku ciep豉 mamy do czynienia z przekazem na poziomie mikroskopowym, co oznacza, 瞠 odbywa si� poza nasz� mo磧iwo軼i� obejrzenia go. Bo rzeczywisto嗆 jest taka, 瞠 cz御teczki i atomy, kt鏎e maj� wielko嗆 miliony razy mniejsz� ni� 1 mm, poruszaj帷 si�, wpadaj� jedne na drugie, zmieniaj�  kierunek ruchu, przekazuj� sobie energi�. Je郵i mocno rozp璠zana cz御teczka uderzy w jakiego� cz御teczk�-marudera, to nast徙i przekaz p璠u i cz御teczka uderzona zacznie porusza� si� z wi瘯sz� pr璠ko軼i�, a uderzaj帷a zwolni.
Oczywi軼ie opisany mechanizm odbywa si� to niemal jednocze郾ie w odniesieniu do wielu miliard闚 cz御teczek, wi璚 ostatecznie ciep這 przep造wa od cia豉 o wy窺zej temperaturze, do cia豉 o temperaturze ni窺zej (ni窺za temperatura oznacza mniejsz� energi� kinetyczn� cz御teczek).
 W tym kontek軼ie „ciep這” jest to ta cz窷� energii, kt鏎a „zmienia w豉軼iciela” – przechodzi od cz御teczek uderzaj帷ych do cz御teczek uderzanych podczas „obijania si�”  o siebie ca貫j tej atomowo – cz御teczkowej chmary.

Troch� wi璚ej na temat nomenklatury i s這wa "ciep這"

Fakt, 瞠 „ciep這” jest inaczej rozumiane potocznie, a inaczej przez fizyk闚, spowodowa� pr鏏y innego nazywania tego poj璚ia. Najbardziej ciekawym tego przyk豉dem jest u篡ty przez Pana prof. Gintera termin „cieplny przep造w energii”. W podr璚zniku dla klasy VI szk馧 podstawowych by� on konsekwentnie stosowany.
Jednak m鎩 stosunek do inicjatywy jest mieszany – z jednej strony dobrze, 瞠 w nazwie zaznacza si� dynamiczny charakter zjawiska (s這wo „przep造w”) i fakt, 瞠 mamy do czynienia z „energi�”. Wydaje si� te�, 瞠 taka zmiana nazwy mo瞠 nieco zmniejszy� problemy z pocz徠kowym rozumieniem zjawisk cieplnych. Jednak s� te� wyra幡e negatywne strony takiego odej軼ia od tradycji w nazwach - 闚 rozwlek造 spos鏏 nazywania wielko軼i, kt鏎� wszyscy fizycy po staremu nazywaj� „ciep貫m” powoduje, 瞠 ucze� najpierw wch豉nia nazw� wielko軼i po szkolnemu, a potem staje przed problemem wymiany jej na now�. Poza tym trudno jest powiedzie�, 瞠 do wody dop造n窸o „500 d簑li cieplnego przep造wu energii”, a tak od strony rachunkowej ciep這 jest traktowane. Ja osobi軼ie, raczej omawian� wielko嗆 najcz窷ciej nazywam po staremu „ciep貫m”, ale jednocze郾ie staram si� dok豉dnie wyt逝maczy� jak t� nazw� rozumiem.

Ciep這 i praca jako formy przekazu energii, czyli pierwsza zasada termodynamiki

Wy瞠j napisa貫m, 瞠 poj璚ie ciep豉 odnosi si� do przekazywania energii metod� mikroskopow�, czyli za pomoc� zderze� mi璠zy cz御teczkami. Skoro tak podkre郵ana jest ta metoda, to zapewne istnieje jaki� konkurencyjny wobec niej spos鏏 zmiany energii wewn皻rznej cia豉. Jest nim praca.
Praca w uj璚iu termodynamicznym te� dostarcza, lub ujmuje d簑li i te� odnosi si� do przekazu energii, a nie jej pobytu w ciele. R騜nica jest taka, 瞠 prac� daje si� zobaczy�. O ile ruchu cz御teczek nie obserwujemy nawet przez mikroskopy, o tyle praca jest do zauwa瞠nia na ka盥ym kroku – poruszaj帷e si� samochody wykonuj� prac�, wchodz帷y na schody ludzie – te�. W豉軼iwie wi瘯szo嗆 obserwowanych przez nas ruch闚 wi捫e si� z prac�. Wyj徠kiem s� jedynie ruchy zachodz帷e bez tarcia i bez zmiany warto軼i pr璠ko軼i.
Ale wracaj帷 do kwestii pracy. Przyk豉d闚 jej wp造wu na energi� wewn皻rzn� cia豉 (czyli najcz窷ciej po prostu temperatur�) mo積a poda� wiele: samoch鏚 po hamowaniu ma wyra幡ie cieplejsze opony, u篡wana przed chwil� pi豉 jest nieraz tak rozgrzana, 瞠 nie mo積a jej dotkn望, pompka rowerowa staje si� ciep豉 ju� po kilku ruchach t這czka. Wszystkie te rozgrzania si� cia� zwi您ane s� z tym, 瞠 praca wykonywana „nad cia貫m” (to takie troch� dziwne okre郵enie stosowane przez fizyk闚) powoduje wzrost energii wewn皻rznej. Ostatecznie efekt jest taki sam, jak dostarczenie ciep豉 - cia這 ogrzewa si�.

Fakt, 瞠 energi� wewn皻rzn� mo積a zmieni� na dwa sposoby zosta� uhonorowany tytu貫m prawa fizyki i nazywany jest pierwsz� zasada termodynamiki. Tutaj sformu逝j� j� troch� w nietypowy spos鏏:

Energi� wewn皻rzn� cia豉 mo積a zmienia� na dwa sposoby:

niewidoczny dla oka – czyli poprzez dostarczenie ciep豉
i daj帷y si� zaobserwowa� makroskopowo - za pomoc� pracy.

Ca趾owita zmiana energii wewn皻rznej jest sum� wk豉d闚 pochodz帷ych od tych dw鏂h sposob闚.

U篡wa貫m tu s這wa „makroskopowo” i mikroskopowo, rozumiej帷 je jako przeciwie雟twa. Na sam koniec postaram si� wyja郾i� dok豉dniej jaka jest mi璠zy nimi r騜nica

Mikroskopowo nie oznacza tu, 瞠 zaraz musimy si璕a� po wspomniany przyrz康 optyczny, raczej nale篡 rozumie� to s這wo jako "co� niewidocznego dla oka".
Z kolei makroskopowe s� wszystkie obiekty znane nam z 篡cia g鏎y, rzeki, domy, samochody, krzes豉, a nawet mr闚ki, pch造 i ziarnka piasku, czyli takie obiekty, kt鏎e daj� si� dostrzec bez zaawansowanej aparatury.