Φυσική - Θερμοκρασία - Θερμότητα - Ε' & ΣΤ' Δημοτικού Επ. 7
Καλημέρα παιδιά
Σήμερα θα ασχοληθούμε με Φυσική
Γιατί μαθαίνω Φυσική;
Για να μπορώ να ερμηνεύω πράγματα,
καταστάσεις, φαινόμενα που υπάρχουν γύρω μου
και να μη θεωρώ πράγματα αυτονόητα -
κάτι που κάνουν εκείνοι που δεν μαθαίνουν Φυσική.
Πρέπει να μπορώ να τα ερμηνεύσω, όμως, με το σωστό τρόπο
γι' αυτό χρησιμοποιώ πάντα αυτό που ονομάζουμε «επιστημονική μεθοδολογία».
Και τί είναι αυτό κύριε; Θα το ρωτήσετε σίγουρα!
Πολύ απλά, αφού γίνεστε μικροί επιστήμονες,
θα πρέπει για κάθε πράγμα το οποίο παρατηρείτε, ερμηνεύετε
να χρησιμοποιείτε τις σωστές λέξεις - δηλαδή να έχετε ακρίβεια,
να είστε σαφείς, δηλαδή να βάζετε αυτές τις λέξεις στη σωστή σειρά,
ώστε να μπορεί να το καταλαβαίνει ο οποιοσδήποτε.
Και, ταυτόχρονα, να είστε σύντομοι,
δηλαδή να μην χρειάζεστε παραπάνω από 4-5 γραμμές
για να διατυπώσετε αυτό που παρατηρείτε.
Η ενότητα με την οποία θα ασχοληθούμε είναι μια ενότητα
που τη μελετάμε και στην Πέμπτη τάξη αλλά και στην Έκτη.
Είναι η ενότητα της θερμότητας.
Η θερμότητα κρύβει από πίσω πολλές, πολλές έννοιες
όπως είναι η θερμοκρασία, όπως είναι η θερμική ενέργεια, η θερμική ισορροπία -
όλες αυτές τις έννοιες θα τις δούμε αναλυτικά μέσα από τα παραδείγματά μας.
Και πάμε ευθύς να ξεκινήσουμε!
Τί είναι αυτό; Το γνωρίζουμε όλοι, είναι το θερμόμετρο.
Και, μάλιστα, δεν υπάρχει ένας τύπος θερμομέτρου
Είναι το υδραργυρικό θερμόμετρο, που πια δεν κυκλοφορεί πολύ
λόγω του ότι μέσα έχει τον υδράργυρο.
Ο υδράργυρος, όμως, είναι από τους καλύτερους αγωγούς της θερμότητας.
Και τι σημαίνει αυτό, κύριε, «αγωγός της θερμότητας»;
Σωστή ερώτηση!
Πολύ απλά, υπάρχουν υλικά σώματα μέσα από τα οποία η θερμότητα ρέει
-αυτό είναι το ρήμα που χρησιμοποιούμε στη θερμότητα- εύκολα και γρήγορα
και άλλα υλικά σώματα που από μέσα τους ρέει η θερμότητα δύσκολα και αργά.
Εκείνα τα λέμε κακούς αγωγούς της θερμότητας.
Ο υδράργυρος, λοιπόν, είναι ένας καλός αγωγός της θερμότητας.
Γι' αυτό το λόγο μας βάζει η μαμά το θερμόμετρο,
για να διαπιστώσει αν έχουμε πυρετό.
Χμμμ, για πάμε σε αυτή την φράση…
Αλήθεια, μας δείχνει δηλαδή το θερμόμετρο τη θερμοκρασία;
Δηλαδή η θερμοκρασία μας δείχνει αν είμαστε θερμοί ή ψυχροί;
Όχι!
Αυτό που μας δείχνει η θερμοκρασία είναι το πόσο θερμοί είμαστε,
το πόσο ψυχροί είμαστε.
Αυτό ακριβώς εκφράζει η θερμοκρασία.
Και μπορώ να το μετρήσω αυτό.
Δηλαδή η θερμοκρασία είναι ένα μετρήσιμο μέγεθος
όπως είναι το μήκος, το πλάτος, το ύψος.
Όλα αυτά είναι μεγέθη γιατί μπορώ να τα μετρήσω.
Και αφού έχει να κάνει με τη Φυσική, δηλαδή με τη φύση,
θα το πω ένα φυσικό μέγεθος,
που δεν μας δείχνει η θερμοκρασία αν ένα υλικό σώμα είναι θερμό ή ψυχρό,
αλλά πόσο θερμό και πόσο ψυχρό.
Άρα, λοιπόν, όταν η μαμά μας λέει «έλα να βάλεις θερμόμετρο
για να δώ αν είσαι ζεστός»
θα πρέπει εμείς να διορθώσουμε και να πούμε «να δείς πόσο ζεστός είμαι»,
πάνω από το κανονικό ή όχι.
Για πάμε να δούμε βήμα - βήμα και να θυμηθούμε δύο ανθρώπους
που στη θερμοκρασία, σε αυτό το φυσικό μέγεθος, έπαιξαν μεγάλο ρόλο.
Ίσως πάει το μυαλό σας, γιατί τους έχετε ακούσει
Αριστερά, είναι ο Κέλσιος.
Ο Κέλσιος ήταν ένας Σουηδός αστρονόμος
και ήταν αυτός που το 1742 πρότεινε μια κλίμακα μέτρησης της θερμοκρασίας -
αυτή που έχει καθιερωθεί σχεδόν σε όλο τον κόσμο:
τους βαθμούς Κελσίου και όχι κελισίου που, πολλές φορές, λέμε λανθασμένα.
Άρα, λοιπόν, οι βαθμοί κελσίου προήλθαν από τον Κέλσιο.
Αργότερα ήρθε ένας άλλος Γερμανός φυσικός, μηχανικός, εφευρέτης, ο Φαρενάιτ.
Ο Φαρενάιτ ήταν κι αυτός ο οποίος έδωσε το όνομά του
σε μία μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας.
Με διαφορετικό τρόπο μετράμε σε βαθμούς Κελσίου,
με διαφορετικό τρόπο μετράμε την θερμοκρασία σε βαθμούς Φαρενάιτ.
Πάμε να δούμε μια προσομοίωση πειράματος
όπου θα αποδείξουμε, με εργαλείο την θερμοκρασία,
δηλαδή το πόσο θερμό ή πόσο ψυχρό είναι ένα υλικό σώμα,
(κάτι που το ξέρουμε ήδη από τις μορφές ενέργειας)
ότι η θερμότητα ρέει από το θερμό στο ψυχρό.
Μπορούμε να δούμε, λοιπόν, την προσομοίωση,
όπου έχουμε ένα ψυχρό υλικό σώμα 20 βαθμών Κελσίου
και ένα θερμό υλικό σώμα 80 βαθμών Κελσίου,
το μπλε και το κόκκινο αντίστοιχα.
Αν επιλέξω να έρθουν σε επαφή
θα παρατηρήσω ότι η θερμοκρασία τους διαρκώς μεταβάλλεται
και θα φτάσουν σε κάποιο χρονικό σημείο
(αυτό αποδεικνύεται μόνο πειραματικά, το πόσο χρόνο χρειάζεται)
που τα δύο υλικά σώματα αυτά θα έχουν ακριβώς την ίδια θερμοκρασία.
Το βλεπουμε: 50 βαθμοί και στα δύο υλικά σώματα.
Τότε λέμε οτι τα δύο αυτά υλικά σώματα
βρίσκονται σε κατάσταση «θερμικής ισορροπίας» -
όχι θερμικής ισότητας, η ισότητα είναι στα Μαθηματικά, μην μπερδεύεστε!
Θερμική ισορροπία.
Όμως, αν υποθέσουμε ότι έχω ένα υλικό σώμα Α
όπου έχει ακριβώς τους προηγούμενους βαθμούς Κελσίου
-να τους ξαναδούμε, 20-
και ένα υλικό σώμα Β με 80 βαθμούς Κελσίου,
όταν βρεθούν σε επαφή
αλλά σταματήσουν να βρίσκονται σε επαφή
δεν θα έχουμε θερμική ισορροπία.
Θερμική ισορροπία, λοιπόν, έχουμε όταν δύο υλικά σώματα
έχουν την ίδια ακριβώς θερμοκρασία για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Αυτό ακριβώς που βλέπουμε στην προσομοίωση αυτή, την πολύ ωραία προσομοίωση,
μπορούμε να διαπιστώσουμε χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο,
που θα έχουν κάνει σίγουρα εσείς, οι μαθητές της Έκτης τάξης,
και οι μαθητές της Πέμπτης θα το κάνουν την επόμενη χρονιά:
είναι τα διαγράμματα.
Ακριβώς, τα διαγράμματα και τα ραβδογράμματα,
που είναι αδελφάκια αυτά τα δύο!
Μπορούμε απ' αυτό να διαπιστώσουμε πότε έχουμε θερμική ισορροπία:
Όταν αυτά τα δύο σημεία βρίσκονται στην ίδια ευθεία.
Θα το δούμε στην επόμενη, πολύ ωραία προσομοίωση
όπου έχουμε και εδώ το νερό το ψυχρό στους 20 βαθμούς Κελσίου
(βλέπετε, το μεγάλο δοχείο)
και το θερμό νερό που είναι στους 80 βαθμούς Κελσίου.
Δίπλα ακριβώς είναι τα διαγράμματα,
όπου η κόκκινη καμπύλη είναι του θερμού νερού και η μπλε είναι του ψυχρού.
Αν ξεκινήσει να παίζει η προσομοίωση
θα δούμε τη μεταβολή θερμοκρασίας στα δύο θερμόμετρα
ενώ θα παρατηρήσουμε αυτό ακριβώς να συμβαίνει
στο διάγραμμα που υπάρχει δίπλα.
Παρατηρήστε το!
Δείτε ότι κάποια στιγμή,
όταν τα δύο θερμόμετρα θα φτάσουν στους ίδιους βαθμούς Κελσίου,
θα παραμείνουν εκεί και ακριβώς αυτό θα φανεί στο διάγραμμά μας.
Παρατηρήστε όμως από κάτω, τον οριζόντιο άξονα, όπως ονομάζεται,
ότι χρειάζεται αρκετό χρόνο: δείτε τα λεπτά,
κοντεύουμε να φτάσουμε στην διάρκεια μιας ώρας.
Πάμε όμως να επιστρέψουμε!
Άρα, αν μπορούσαμε να κάνουμε μια πρόχειρη κατηγοριοποίηση στα υλικά σώματα:
υπάρχουν εκείνα μέσα από τα οποία ρέει η θερμότητα εύκολα και γρήγορα
-θα τα πω καλούς αγωγούς-
και εκείνα από τα οποία ρέει η θερμότητα δύσκολα και αργά
-θα τα πω κακούς.
Όμως, εδώ, υπάρχει μια παρανόηση.
Σκεφτείτε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα:
Ας πούμε ότι έχω το υλικό σώμα Α το οποίο είναι φτιαγμένο από ατσάλι.
Το υλικό σώμα Β που είναι φτιαγμένο από πλαστικό.
Αν ενώσω τα δύο αυτά υλικά σώματα
το υλικό σώμα Α θα είναι, πολύ απλά, ο καλός αγωγός
και το υλικό σώμα Β θα είναι ο κακός.
Αν έχω τρία υλικά σώματα όμως, ατσάλι πλαστικό και μαλλί,
το μάλλινο υλικό σώμα θα είναι ο χειρότερος αγωγός.
Τότε θα πρέπει να πούμε, για να είμαστε σωστοί επιστημονικά,
ότι το πλαστικό υλικό σώμα είναι καλύτερος αγωγός σε σχέση με το μάλλινο.
Δεν είναι τυχαίο ότι τα παλιά χρόνια
οι παππούδες που μένανε στα χωριά σε πέτρινα σπίτια
δεν είχαν άλλον τρόπο να εξασφαλίσουν τη ζέστη μέσα στο σπίτι
και σκέφτονταν κάτι πολύ πρακτικό,
μιας και δεν υπήρχαν συστήματα θέρμανσης ή καλοριφέρ.
Ποιό ήταν το πρακτικό;
Πολύ απλά, την άνοιξη προς καλοκαίρι,
επειδή το κύριο επάγγελμά τους ήταν κτηνοτρόφοι
τα πρόβατα που έχουν πυκνό μαλλί, αν δεν τα κούρευαν
είναι σίγουρο ότι θα πάθαιναν ασφυξία.
Έπαιρναν λοιπόν το μαλλί και έφτιαχναν φλοκάτες και μοκέτες
τις οποίες έβαζαν στο δάπεδο ή στους τοίχους,
με αποτέλεσμα να εξασφαλίζουν μια πολύ καλή θερμοκρασία
καθ' όλη την διάρκεια του χειμώνα.
Το καλοκαίρι τα πέταγαν και όταν ξανακουρεύονταν τα πρόβατα
έφτιαχναν καινούργια.
Τι ακριβώς έκαναν οι παππούδες και οι γιαγιάδες τα παλιά χρόνια;
Πολύ απλα, έφτιαχναν αυτό που λέμε «θερμομόνωση».
Πάμε τώρα σε μία άλλη έννοια σχετική με τη θερμότητα:
είναι η θερμική ενέργεια.
Η θερμική ενέργεια δεν είναι το ίδιο πράγμα με την θερμότητα.
Η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας.
Ρέει η θερμότητα από το θερμότερο στο ψυχρότερο
Ποιό θερμότερο; Το θερμότερο υλικό σώμα.
Ποιό ψυχρότερο; Το ψυχρότερο υλικό σώμα.
Η θερμική ενέργεια είναι, πολύ απλά,
η κίνηση των μορίων του κάθε υλικού σώματος.
Οι διαφορές αυτές στην απώλεια θερμότητας,
στην αύξηση στην παροχή θερμότητας και στην αύξηση της θερμοκρασίας,
μας οδηγούν στα τρία υλικά σώματα (στερεό, υγρό, αέριο),
σε τέσσερα φαινόμενα τα οποία κάνουμε στην Πέμπτη τάξη του δημοτικού.
Η συμπύκνωση, όπου όταν το αέριο έχει απώλεια θερμότητας γίνεται υγρό
ενώ το υγρό, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του (δηλαδή του παρέχεται θερμότητα),
μετατρέπεται σε αέριο.
Αυτή είναι η εξάτμιση.
Το αντίστοιχο ανάμεσα στο στερεό και στο υγρό.
Όταν από το στερεό υλικό σώμα έχω αύξηση θερμοκρασίας
τότε γίνεται υγρό, έχουμε το φαινόμενο της τήξης,
ενώ όταν έχω απώλεια θερμότητας και μείωση θερμοκρασίας από το υγρό
τότε το υγρό γίνεται στερεό, δηλαδή έχω την πήξη.
Ζωντανό παράδειγμα, τα παγάκια.
Πώς ακριβώς φτιάχνω παγάκια;
Από το νερό που βάζω στην παγοθήκη μειώνεται διαρκώς η θερμοκρασία τους
και έτσι φτιάχνω στερεό υλικό σώμα, δηλαδή τα παγάκια.
Η θερμική, λοιπόν, ενέργεια είναι η κίνηση των μορίων που περιέχονται μέσα σε ένα υλικό σώμα.
Δεν είναι θερμότητα
Και, για να μιλήσουμε με πιο επιστημονικούς όρους,
η θερμική ενέργεια αναφέρεται στο μικρόκοσμο, δηλαδή στα μόρια,
ενώ η θερμότητα αναφέρεται στο μακρόκοσμο, δηλαδή στα υλικά σώματα.
Ένα θερμό υλικό σώμα έχει υψηλή θερμική ενέργεια
και... Να πάρουμε για παράδειγμα τα αέρια υλικά σώματα:
Τα μόρια των αέριων υλικών σωμάτων, πολύ απλά, κινούνται δεξιά-αριστερά
και με σχετικά μεγάλη ταχύτητα.
Αν τα μόρια ενός αέριου υλικού σώματος αυξάνουν τη θερμική τους ενέργεια,
δηλαδή γίνεται θερμότερο το αέριο υλικό σώμα,
τα μόρια αυτά κινιούνται ακόμα πιο γρήγορα -
έχουν αυξημένη θερμική ενέργεια.
Θα μπορούσαμε να δούμε ακριβώς την κίνηση των μορίων:
Αν παρατηρήσουμε αυτά τα μπλε και κόκκινα μόρια,
(φυσικά δεν υπάρχουν μπλε και κόκκινα μόρια),
θα παρατηρήσουμε ότι τα κόκκινα μόρια κινούνται με μεγαλύτερη σχεδόν ταχύτητα:
ακριβώς, αρχίζει το υλικό σώμα, το οποίο έχει τα συγκεκριμένα μόρια,
να αυξάνεται η θερμοκρασία του.
Πάμε, λοιπόν, να εξηγήσουμε, ένα βήμα παρακάτω, τί είναι η θερμομόνωση.
Αυτό που λέγαμε προηγουμένως για τους παππούδες
με τα μάλλινα χαλιά και τις φλοκάτες
τα οποία έβαζαν στους τοίχους και στο δάπεδο:
εξασφάλιζαν θερμομόνωση.
Τί είναι η θερμομόνωση;
Η τοποθέτηση ανάμεσα στα τούβλα ενός σπιτιού, ενός κακού αγωγού θερμότητας,
όπως ακριβώς βλέπουμε στην αριστερή εικόνα.
Το πιο συνηθισμένο υλικό θερμομόνωσης είναι το φελιζόλ.
Ναι, η ερώτηση είναι σίγουρα...
Είμαι σίγουρος ότι θα την κάνετε!
Ποιά είναι η ερώτηση;
Γιατίμ κύριεμ να βάζουμε εμείς φελιζόλ και να μην βάλουμε μαλλί
ώστε να μπορέσουμε να εγκλωβίσουμε τη θερμότητα μέσα στο σπίτι μας
για μεγάλο χρονικό διάστημα;
Σωστό το ερώτημα!
Το θέμα είναι ότι, αν βάλουμε μαλλί ανάμεσα στα τούβλα,
κάποια στιγμή το μαλλί, επειδή προέρχεται από ζωντανό οργανισμό,
θα αρχίσει να μυρίζει, θα αρχίσει να αποσυντίθεται.
Άρα δεν θα μπορέσουμε να κάνουμε την δουλειά μας.
Και τι θα κάνεις εκεί, θα γκρεμίσεις το σπίτι;
Γι' αυτό, βάζουμε το φελιζόλ.
Όμως, ποιό είναι το ερώτημα; Σκεφτείτε το.
Για να έχω ένα ζεστό σπίτι, χρειάζομαι ισχυρό σύστημα θέρμανσης
ή ισχυρή θερμομόνωση;
Είμαι σίγουρος ότι καταλήξατε στην ισχυρή θερμομόνωση.
Χρειάζομαι ισχυρή θερμομόνωση γιατί, αν δεν την έχω,
και στους 40 βαθμούς να έχω το καλοριφέρ
δεν υπάρχει περίπτωση να μπορέσω να κρατήσω το σπίτι μου ζεστό.
Για δείτε κάποιες λανθασμένες φράσεις τις οποίες ακούμε πολύ συχνά:
Λέει η μαμά: Μην ανοίγεις το παράθυρο, μπαίνει το κρύο μέσα στο σπίτι!
Άραγε, είναι σωστή αυτή η φράση;
Για σκεφτείτε αυτό που έχουμε πει:
Η θερμότητα ρέει από το θερμότερο στο ψυχρότερο.
Το θερμότερο λοιπόν, είναι το εσωτερικό περιβάλλον του σπιτιού μας,
το εσωτερικό περιβάλλον της τάξης μας.
Αν ανοίξω τα παράθυρα, τι κάνει η θερμότητα;
Ρέει από μέσα προς τα έξω!
Η σωστή φράση λοιπόν θα ήταν “μην ανοίγεις το παράθυρο, γιατί θα φύγει η ζέστη από μέσα”.
Πόσες φορές έχουμε ακούσει αυτή τη φράση:
“Γιατί δεν φόρεσες το μάλλινο μπουφάν σου, που σε ζεσταίνει;”
Δηλαδή, παραμένουμε ζεστοί γιατί φοράμε το μάλλινο μπουφάν –
που, θυμίζω, είναι κακός αγωγός της θερμότητας;
Όχι. Ο κακός αγωγός της θερμότητας θα εγκλωβίσει
τη θερμότητα που θα ρέει από εμάς προς τα έξω.
Το θερμότερο υλικό σώμα είμαστε εμείς
και έρχεται το μάλλινο μπουφάν κι εγκλωβίζει τη θερμότητα που ρέει από εμάς προς τα έξω.
Άρα λοιπόν, δεν μας ζεσταίνει το μάλλινο μπουφάν αλλά μας κρατά ζεστούς!
Πώς θα ήταν αλλιώς σωστή η φράση;
Για σκεφτείτε, αν σας έλεγα “Γιατί δεν φόρεσες το μάλλινο μπουφάν σου, για να μην κρυώνεις;”,
θα ήταν σωστό ή λανθασμένο;
Θα ήταν σωστό. Γιατί αν η θερμότητα έρεε από εμάς προς τα έξω,
τότε ο οργανισμός μας θα άρχιζε να μειώνει θερμοκρασία,
άρα, κάποια στιγμή, θα κρυώναμε.
Πάμε σε κάτι το οποίο το γνωρίζετε, ίσως.
Για ποιο λόγο βάζουμε το κρασί (κυρίως, το κρασί
όταν παραχθεί από το μούστο), μέσα σε ξύλινα βαρέλια στα κελάρια,
τα οποία δεν ήταν πάνω στην ταράτσα αλλά κάτω στα υπόγεια -
κι αφού βγει από το βαρέλι, θα το βάλω σε γυάλινο μπουκάλι, κλεισμένο με φελλό;
Πολύ απλά, όλα αυτά -το ξύλινο βαρέλι, ο φελλός, το γυάλινο μπουκάλι...-
είναι κακοί αγωγοί της θερμότητας,
άρα η θερμότητα θα ρέει έξω δύσκολα κι αργά.
Τι πετυχαίνω με αυτό;
Πολύ απλά, να διατηρώ τη θερμοκρασία, την αρχική, του κρασιού με την οποία παράχθηκε,
με συνέπεια να μπορώ να διατηρώ και τη γεύση του.
Αυτό είναι το μυστικό του καλού κρασιού:
να μπορέσω να διατηρήσω την αρχική του θερμοκρασία.
Έτσι διατηρώ και τη γεύση του.
Πάμε σε κάτι που θα το κάνετε κυρίως στην Έκτη τάξη! --
Πάμε σε κάτι που θα το κάνετε κυρίως στην Έκτη τάξη!
Είπαμε οτι ρέει η θερμότητα από το θερμότερο στο ψυχρότερο.
Με ποιους τρόπους ρέει;
Μπορεί να ρέει με τρεις μονάχα τρόπους:
Ο πρώτος τρόπος, μετάδοση θερμότητας με αγωγή.
Για σκεφτείτε, έχω το αναμμένο μάτι της κουζίνας.
Γιατί λέω αναμμένο;
Γιατί αν είναι σβηστό μπορεί να παρέχει θερμότητα το μάτι της κουζίνας;
Όχι!
Άρα θα πρέπει να πω αναμμένο.
Το αναμμένο μάτι, λοιπόν, της κουζίνας είναι σε επαφή, δηλαδή ακουμπάει,
τον εξωτερικό πάτο της μεταλλικής κατσαρόλας.
Μεταλλική κατσαρόλα - ρέει εύκολα η θερμότητα από μέσα;
Ρέει εύκολα και γρήγορα!
Αν είχα πλαστική;
Θα έλιωνε!
Ναι, αλλα η θερμότητα θα έρεε με δυσκολία και αργά!
Δεν πρέπει να μπερδεύουμε τους κακούς αγωγούς της θερμότητας
με τα εύφλεκτα υλικά σώματα.
Άλλο το ένα, άλλο το άλλο.
Και το ξύλο είναι εύφλεκτο υλικό σώμα
αλλά από μέσα η θερμότητα ρέει δύσκολα και αργά.
Εδώ, λοιπόν, μεταδίδεται η θερμότητα μέσω αγωγής
από την πηγή θερμότητας που είναι το αναμμένο μάτι της κουζίνας
στον εξωτερικό πάτο της μεταλλικής κατσαρόλας.
Έχω δύο στερεά υλικά σώματα που βρίσκονται σε επαφή.
Για δείτε αυτό το παράδειγμα!
Γιατί ο Αστεριξ αναγκάζεται να αφήσει το ακόντιο ενώ ο Οβελίξ το κρατάει ακόμα;
Πολύ απλά, δεν ισχύει το ότι ο Οβελίξ,
επειδή έπεσε μικρός στη χύτρα με το μαγικό φίλτρο,
έχει περισσότερη δύναμη από τον Αστερίξ.
Όχι!
Αυτό που συμβαίνει είναι κάτι πολύ απλό:
Το δόρυ που κρατούν και οι δύο είναι φτιαγμένο από ατσάλι.
Το ατσάλι είναι από τους καλύτερους αγωγούς της θερμότητας:
η θερμότητα ρέει εύκολα και γρήγορα μέσα από αυτό.
Ποιά είναι η πηγή θερμότητας; Η αναμμένη φωτιά.
Ρέει, λοιπόν, η θερμότητα και, πολύ απλά, τι γίνεται;
Κάποια στιγμή η θερμότητα φτάνει στο σημείο που ακουμπά ο Αστερίξ.
Αφήνει, λοιπόν, τα χέρια ο Αστερίξ
γιατί στερεό υλικό σώμα ο Αστερίξ,
στερεό υλικό σώμα το μεταλλικό δόρυ,
βρίσκονται σε επαφή,
μεταδίδεται η θερμότητα με αγωγή.
Θα αφήσει τα χερια του ο Οβελίξ κάποια στιγμή;
Για σκεφτείτε το…
Ναι, θα τα αφήσει!
Γιατί το δόρυ δεν έχει μια ενιαία θερμοκρασία!
Αλλά αν βλέπαμε από μέσα από τα μόρια του, επειδή είναι στερεό υλικό σώμα,
τα μόρια του στερεού υλικού σώματος είναι κολλημένα το ένα με το άλλο,
(δίπλα, σε επαφή)
και η θερμότητα πάει από το ένα μόριο στο άλλο.
Έτσι, δε, αποκτά ενιαία θερμοκρασία το μεταλλικό δόρυ!
Έχω κι εδώ, ως τρόπο ροής, τη μετάδοση θερμότητας με αγωγή.
Πάμε σε έναν δεύτερο τρόπο ροής.
Ο δεύτερος τρόπος ροής ονομάζεται «μεταφορά θερμότητας με ρεύματα».
Εδώ υπάρχει κάτι διαφορετικό σε σχέση με τον πρώτο τρόπο ροής θερμότητας.
Στον πρώτο τρόπο ροής θυμίζω ότι τα μόρια στα στερεά υλικά σώματα,
είναι κολλημένα το ένα δίπλα στο άλλο.
Δεν αλλάζουν θέσεις, αλλά τί κάνουν;
Όταν ρέει η θερμότητα σε αυτά, αρχίζουν να ταλαντώνονται, δηλαδή να κινούνται.
Εδώ, τα μόρια μετακινούνται, δηλαδή αλλάζουν διαρκώς θέσεις -
γι' αυτό η μεταφορά θερμότητας με ρεύματα έχει να κάνει
με θερμά υγρά ή αέρια υλικά σώματα.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα το καλοριφέρ:
Σκεφτείτε ότι έχουμε μια πενταόροφη πολυκατοικία
με κεντρικό σύστημα θέρμανσης που βρίσκεται στο υπόγειο.
Αλήθεια, για σκεφτείτε...
Τα καλοριφέρ, τα σώματα των καλοριφέρ που έχουμε στις τάξεις μας και στα σπίτια μας,
τί έχουν μέσα;
Νερό ή πετρέλαιο θέρμανσης;
Είναι σίγουρο: έχουν μέσα νερό.
Το νερό αυτό είναι το θερμό νερό
το οποίο θερμαίνει ο καυστήρας που βρίσκεται κάτω
και αρχίζει να κυκλοφορεί με ανοδική κατεύθυνση.
Για την ακρίβεια, δεν πρέπει να πούμε ότι κυκλοφορεί,
πρέπει να πούμε ότι «μεταφέρεται» -
μεταφέρεται μέσω των υγρών ρευμάτων.
Και θα θερμανθούν όλοι οι όροφοι το ίδιο;
Ναι, θα θερμανθούν όλοι οι όροφοι το ίδιο.
και όταν φτάσει στον τελευταίο
το θερμό νερό θα μετατραπεί σε ψυχρό
και θα αρχίσει την καθοδική κατεύθυνση.
Μια διαδικασία, όμως, που απαιτείται για να έχουμε 100% απόδοση των σωμάτων των καλοριφέρ
είναι μια διαδικασία που είμαι σίγουρος ότι έχετε δει να κάνει
ο μπαμπάς ή η μαμά:
είναι η εξαέρωση.
Και τι κάνει στην εξαέρωση ο μπαμπάς;
Πολύ απλά, με το κλειδάκι αυτό, βγάζει τον αέρα που έχει μείνει μέσα
ώστε να μπορεί να περάσει το νερό, το θερμό νερό, με μεγάλη ευκολία
και να μπορέσει να αποδώσει το σώμα του καλοριφέρ στο 100%.
Ένα δεύτερο παράδειγμα στο οποίο ισχύει η μεταφορά θερμότητας με ρεύματα,
όπου οι θερμές υγρές ή αέριες μάζες μεταφέρονται ανοδικά
ενώ ταυτόχρονα οι ψυχρές καθοδικά,
είναι η περίπτωση του αερόστατου.
Το αερόστατο, το μπαλόνι, αυτή η αεροστατική σφαίρα όπως ονομάζεται,
δεν είναι εξαρχής φουσκωμένη.
Πολύ απλά, τί γίνεται;
Ο αέρας που υπάρχει μέσα είναι ψυχρός.
Είναι ψυχρός, άρα έχω ψυχρές αέριες μάζες, αν θα μπορούσα να το πω.
Αν ανοίξω το καμινέτο που είναι από κάτω, πολύ απλά, δεν θα μετατραπεί αυτόματα
η ψυχρή αέρια μάζα που υπάρχει μέσα στην αεροστατική σφαίρα σε θερμή,
αλλά θα αρχίσει να θερμαίνεται το μέρος του αέρα που είναι κάτω-κάτω.
Αυτός ο θερμός αέρας θα αρχίσει να μεταφέρεται προς τα πάνω.
Προς τα πάνω υπάρχει όμως και ο ψυχρός.
Αυτός ο ψυχρός αέρας θα αρχίσει να μεταφέρεται, ταυτόχρονα,
καθοδικά προς τα κάτω.
Αυτόματα θα φουσκώσει η αεροστατική σφαίρα;
Όχι! Θα φουσκώσει όταν θα έχουμε γεμίσει με θερμό αέρα.
Και ο θερμός αέρας, όταν έχω θερμό αέρα, ο όγκος του τι κάνει; Αυξάνεται.
Δηλαδή έχω το φαινόμενο της διαστολής -
γι' αυτό το βλέπω φουσκωμένο.
Και αν κόψω από κάτω τα σχοινιά,
ή πετάξω τα σακιά που έχω μέσα στο καλάθι των επιβατών
θα αρχίσει το αερόστατο να ανυψώνεται.
Ακριβώς σε αυτό οφείλεται: μετατρέπεται η θερμότητα σε κινητική ενέργεια
και πηγαίνει προς τα πάνω.
Πάμε στον τρίτο τρόπο ροής -
διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία.
Εδώ έχουμε τον τρίτο τρόπο ροής που αφορά στερεά, υγρά, αέρια υλικά σώματα,
αλλά και κάτι ακόμα.
Σκεφτείτε... Ξέρετε από την ενέργεια ότι ο ήλιος μάς παρέχει θερμότητα -
με ποιον τρόπο; Θα μπορούσε με μετάδοση θερμότητας με αγωγή;
Όχι, αφού ο Ήλιος με τους πλανήτες δεν είναι σε επαφή!
Θα μπορούσε με μεταφορά θερμότητας με ρεύματα;
Όχι και πάλι, γιατί δεν υπάρχει ανάμεσα στον Ήλιο και τους πλανήτες
ούτε υγρό ούτε αέριο υλικό σώμα.
Ποιος είναι ο τρόπος, λοιπόν, που διαδίδεται η θερμότητα;
Με ακτινοβολία!
Και τί είναι η ακτινοβολία;
Αυτό είναι κάτι που θα το δείτε και στις τάξεις του Γυμνασίου,
αλλά καλό είναι να το γνωρίζουμε.
Όταν μιλάμε για διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία, εννοούμε μέσω κυμάτων -
κυμάτων που ονομάζονται «ηλεκτρομαγνητικά».
Και αν μπορούσαμε να τα απεικονίσουμε θα ήταν κάπως έτσι!
Και, στην πραγματικότητα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εμείς δεν τα βλέπουμε.
Εμείς βλέπουμε μονάχα τις ακτίνες του ήλιου ότι είναι ευθείες γραμμές.
Αυτές οι ευθείες γραμμές είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Και προς τα που διαδίδεται η θερμότητα όταν έχω διάδοση θερμότητας με ακτινοβολία;
Προς όλες τις κατευθύνσεις! Ταυτόχρονα!
Γι' αυτό τον λόγο, όταν ζωγραφίζουμε από μικροί τον ήλιο
κάνουμε τις γραμμούλες που είναι οι ακτίνες του γύρω γύρω από τον κύκλο,
και όχι μόνο προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση -
ταυτόχρονα. διαδίδεται η θερμότητα παντού.
Δείτε την περίπτωση του ηλιακού θερμοσίφωνα:
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας απορροφά θερμότητα από τον ήλιο.
Και γιατί, κύριε, θα μου πείτε τώρα,
θα πρέπει εγώ να βλέπω το θερμοσίφωνα του γείτονα να είναι σε αυτή την θέση; Δεν μπορούσε να το βάλει οριζόντια στο δάπεδο
ή κολλημένο κάθετα σε έναν τοίχο;
‘Όχι γιατί με αυτήν ακριβως τη στάση που έχει ο ηλιακός θερμοσίφωνας
μπορεί να απορροφά, καθ' όλη την διάρκεια της ημέρας,
όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα,
και στη συνέχεια να την παρέχει στο νερό που υπάρχει μέσα σε αυτό το δοχείο
το οποίο ονομάζεται «μπόιλερ».
Και έτσι θα μπορούμε να έχουμε για περισσότερη ώρα θερμό νερό
από τον ηλιακό θερμοσίφωνα.
Ένα άλλο παράδειγμα;
Τα νησιά μας!
Αλήθεια, τί τους ήρθε ξαφνικά στα νησιά, ειδικά του Αιγαίου Πελάγους,
και βάφουν τα σπίτια τους λευκά;
Για να μπορούμε να απεικονίζουμε τις ωραίες φωτογραφίες;
Και αυτό… Στην πραγματικότητα, όμως, ο λόγος που έγινε αυτό
είναι ακριβώς γιατί η θερμότητα που διαδίδεται από τον ήλιο
είναι αρκετά μεγάλη σε ποσότητα,
με αποτέλεσμα αν έβαφαν άλλο χρώμα την εξωτερική επιφάνεια των σπιτιών
τότε η εσωτερική τους επιφάνεια θα ήταν αρκετά μεγάλης θερμοκρασίας.
Τι πετυχαίνουν με αυτόν εδώ τον τρόπο;
Να απορροφά η εξωτερική επιφάνεια όσο το δυνατόν λιγότερη θερμότητα.
Πάμε τώρα να δούμε και να ελέγξουμε τι καταλάβαμε και τι θυμόμαστε!
Με το θερμόμετρο μετράμε…
α) την θερμοκρασία ή β) την θερμότητα;
Σωστά, μετράμε την θερμοκρασία!
Τα μόρια του θερμότερου υλικού σώματος…
α) κινούνται πιο γρήγορα σε σχέση με τα μόρια του ψυχρότερου, ή
β) κινούνται πιο αργά σε σχέση με τα μόρια του ψυχρότερου;
Σωστά, κινούνται πιο γρήγορα σε σχέση με τα μόρια του ψυχρότερου!
Οι σκουρόχρωμες επιφάνειες απορροφούν…
α) περισσότερη θερμότητα σε σχέση με τις ανοιχτόχρωμες, ή
β) λιγότερη θερμότητα σε σχέση με τις ανοιχτόχρωμες;
Σωστά, περισσότερη θερμότητα σε σχέση με τις ανοιχτόχρωμες!
Αυτά ήταν που είχαμε να πούμε για τη θερμότητα και τη θερμοκρασία!
Η θερμότητα υπάρχει μέσα στη ζωή μας, γύρω μας, σε πάρα πολλά παραδείγματα.
Τώρα, μπορείτε να ερμηνεύετε καθετί που συμβαίνει,
δηλαδή πετύχαμε το στόχο μας!
Με τη Φυσική ερμηνεύουμε αυτά που οι άλλοι θεωρούν αυτονόητα!
