Θερμότητα – Θερμοκρασία – Θερμική ενέργεια

– Θερμοκρασία ονομάζουμε αυτό που μετράμε με τα θερμόμετρα.

– Θερμότητα ονομάζουμε την ενέργεια που μεταφέρεται θερμότερο σε ένα ψυχρότερο σώμα εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας τους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί κυρίως με τρεις μηχανισμούς με επαφή των σωμάτων, με ρεύματα μεταφοράς σωματιδίων και με ακτινοβολία.

– Θερμική ενέργεια ονομάζουμε την κινητική ενέργεια των μικροσκοπικών σωματιδίων από τα οποία αποτελείται το σώμα.

– Εσωτερική ενέργεια ονομάζουμε το άθροισμα των ενεργειών των σωματιδίων που το απαρτίζουν ως αποτέλεσμα της σχετικής τους κίνησης ως προς το κέντρο μάζας του σώματος και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Σε ένα ιδανικό αέριο (και όχι σε ένα πραγματικό) αποδεικνύεται πειραματικά ότι αποτελεί συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας.

    Είναι λάθος να λέμε ότι ένα σώμα έχει θερμότητα. Αν ορίσουμε ως QA τη « θερμότητα που εμπεριέχεται στο σώμα » σε μια κατάσταση Α δεν μπορεί να οριστεί η θερμότητα σε μια άλλη κατάσταση Β ως QB = QA + Q καθώς υπάρχουν άπειροι τρόποι μετάβασης από την Α στην Β με διαφορετικό Q ο καθένας. Επίσης σε έναν αντιστάτη δεν παράγεται θερμότητα, αυτός θερμαίνεται χωρίς θερμότητα, αν και μεταβιβάζεται από αυτόν θερμότητα στο περιβάλλον κυρίως με μορφή ακτινοβολίας. Η λανθασμένη χρήση αυτού του όρου ίσως οφείλεται στο ότι το 18ο αιώνα υπήρχε η αντίληψη ότι τα σώματα που υφίστανται θερμικές μεταβολές ανταλλάσσουν μια ουσία που λεγόταν φλογιστόν (phlogiston ή caloric). Σήμερα ξέρουμε ότι η θερμότητα δεν είναι ουσία.

     Πολλά βιβλία επίσης γράφουν εσωτερική θερμική ενέργεια (internal thermal energy) εννοώντας τη θερμική ενέργεια (το εσωτερική αποτελεί εδώ όχι όρο αλλά διευκρίνιση με την έννοια ότι η ενέργεια αυτή εμπεριέχεται στο σώμα). Κάποια άλλα ονομάζουν εσωτερική μορφές ενέργειας όπως η χημική και η ενέργεια ενός τεντωμένου ελατηρίου και θερμική το μέρος της εσωτερικής ενέργειας που αλλάζει αντιστρεπτά με τις αλλαγές της θερμοκρασίας, τότε βέβαια το U στην εξίσωση του 1ου νόμου δεν παριστάνει την εσωτερική ενέργεια και συμβολίζεται με Ε. Επίσης κάποια βιβλία μπερδεύουν τους ορισμούς. Π.χ. Το βιβλίο κατεύθυνσης της Β Λυκείου ορίζει τη θερμότητα όπως παραπάνω και λέει ότι η πρόταση « με την τριβή δεν αυξάνεται η θερμότητα των σωμάτων που τρίβονται αλλά η εσωτερική τους ενέργεια » ενώ το αντίστοιχο των ίδιων συγγραφέων της Γ Λυκείου γράφει για « θερμότητα που παράγεται από τριβές ή πλαστικές κρούσεις » που είναι ασύμβατο με τον παραπάνω ορισμό. Επίσης πολλά βιβλία θεωρούν ότι η ενέργεια από το έργο της τριβής είναι αποκλειστικά θερμική λες και δεν μπορεί να έχω εξαιτίας του φαινομένου της τριβής μεταβολή όχι μόνο της μικροσκοπικής κινητικής αλλά και της μικροσκοπικής δυναμικής ενέργειας των σωματιδίων που αποτελούν το σώμα.  Τέλος σε κάποια π.χ. βιβλία προετοιμασίας για Α – Level ακόμα και ο όρος «θερμική ενέργεια» δεν υπάρχει.

Αν συνδέσουμε με λεπτό σωλήνα δύο δοχεία ίδιας θερμοκρασίας αλλά διαφορετικής πίεσης μεταβιβάζεται εσωτερική ενέργεια από το ένα στο άλλο όχι όμως μέσω έργου ή θερμότητας. Επίσης το ίδιο συμβαίνει με την ενέργεια που φτάνει στην πόλη της από τη ΔΕΗ. Μόνο αν οι δυνάμεις που ασκούνται στο σύστημα έχουν την ίδια μετατόπιση με το κέντρο μάζας του συστήματος η μεταβολή της κινητικής ενέργειας είναι σίγουρα ίση με το έργο που γίνεται στο σύστημα. Επίσης η ενέργεια από τη μεταφορά ακτινοβολίας από ένα πεδίο σε ένα αντικείμενο το οποίο ΔΕΝ είναι σε ισορροπία με το πεδίο όπως π.χ. ηλιακή ακτινοβολία σε φωτοβολταϊκή επιφάνεια ή εκπομπή λέιζερ μπορεί να είναι όχι Q ή W αλλά ένας αδιαχώριστος συνδυασμός τους.

Η …. αποθέωση της λανθασμένης χρήσης όπου στο βιβλίο  Η κόμη της Βερενίκης του Γ Γραμματικάκη (εκδ 1995)

α. [ η μετατροπή της βαρυτικής ενέργειας σε θερμότητα συνεχίζεται] σελ. 67

β. [ μεγάλα ποσά θερμότητας εγκλωβίστηκαν στο  εσωτερικό της Γης] σελ. 88

γ. [Η θερμότητα δεν είναι πια αρκετή για να εκδιώξει τα αέρια] σελ. 88

δ. [ η προέλευση της θερμότητας αυτής ] σελ. 88

ε. [Ο πυρήνας αποτελείται, πιθανότατα, από λειωμένο σίδηρο, ενώ η θερμοκρασία του πρέπει να είναι πολύ υψηλή, ίσως γύρω στους 5000°C. Η προέλευση της θερμότητας αυτής αποτελεί ένα αίνιγμα. Κατά πάσα πιθανότητα, κατά τα πρώτα τουλάχιστον στάδια της Γης, οφειλόταν σε ραδιενεργά στοιχεία που εγκλωβίστηκαν σε μεγάλα βάθη και με τις μεταστοιχειώσεις τους απελευθέρωναν ενέργεια θερμική] σελ. 89
 

στ. [Η ραδιενέργεια που εκλύεται κατά την ίδια έκρηξη] [ προσβάλλει με τα ραδιενεργά νετρόνια τον ανθρώπινο οργανισμό ενώ αφήνει άθικτα τα κτίρια] σελ. 128

ζ. [Έτσι το ραδιενεργό ουράνιο εκπέμπει αυτομάτως νετρόνια, που προκαλούν σχάση σε άλλους πυρήνες, παραγωγή εκ νέου νετρονίων και έκλυση μεγάλων ποσών θερμότητας …… Στη συνέχεια η θερμική ενέργεια μετατρέπεται με ατμοστρόβιλους σε ηλεκτρισμό] σελ. 134

η. [Το δε πρόβλημα της «αποθήκευσης» των καταλοίπων, που χρειάζεται να διαρκέσει εκατοντάδες χρόνια μέχρις ότου η ραδιενέργεια καταστεί αμελητέα ] σελ. 134

θ. [Κάθε μορφή ενέργειας « ξεπέφτει » τελικά σε θερμότητα ] σελ. 136

ι. [Αυτή η θερμότητα δεν κατανέμεται και πάλι ομοιόμορφα στην επιφάνεια του πλανήτη, αλλά συγκεντρώνεται στις μεγάλες πόλεις] σελ. 137

κ. [το αέριο αυτό επενεργεί ως τεράστιο κάτοπτρο που επαναφέρει στη Γη όση θερμότητα προσπαθεί να διαφύγει από την ατμόσφαιρα της ] σελ.137

Γενικά προτείνω την αντικατάσταση του όρου θερμική ενέργεια με τον όρο "εσωτερική ενέργεια" σε βιβλία του Λυκείου για αποφυγή μπερδεμάτων