Θερμότητα

Η έννοια της θερμότητας, του ποσού θερμότητας, φαίνεται κατ’ αρχάς ότι συνδέεται άμεσα και αποκλειστικά με τη θερμοκρασία. Σύμφωνα με τα όσα έχουν αναφερθεί, αν τεθούν σε καλή επαφή (ή αν αναμιχθούν) σώματα διαφορετικών θερμοκρασιών, μετά από μικρό χρονικό διάστημα τα σώματα αυτά θα αποκτήσουν την ίδια θερμοκρασία, θα έλθουν δηλαδή σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας. Υποτίθεται βέβαια, ότι κατά τη διάρκεια της διεργασίας προς τη θερμική ισορροπία δεν υφίστανται ούτε ηλεκτρικές δράσεις, ούτε χημικές αντιδράσεις, παρά μόνο καθαρά θερμικές μεταβολές.

Πιο συγκεκριμένα τα πιο θερμά σώματα παρέχουν θερμότητα στα πιο ψυχρά.

Μπορούμε να μιλάμε για θερμότητα που μεταδόθηκε από ένα σώμα σε ένα άλλο (για παράδειγμα από ένα θερμαντικό σώμα στον αέρα του δωματίου ή από τον εξωτερικό αέρα προς τα τοιχώματα ενός ψυκτικού θαλάμου).

Δεν μπορούμε όμως να λέμε ότι ένα σώμα «έχει» υψηλή θερμότητα ή ότι «έχει» χαμηλή θερμότητα.

Ας υποθέσουμε ότι ανάμεσα στα σώματα Α και Β υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας και ότι το σώμα Α έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το σώμα Β. Η θερμότητα πηγαίνει πάντοτε από σώμα υψηλότερης σε σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας.

Στο παράδειγμά μας θα υπάρχει μετάδοση ενέργειας (θερμότητας Q) από το σώμα Α στο σώμα Β. Κατά τη διάρκεια αυτής της μετάδοσης, αν δε συμβεί αλλαγή φυσικής κατάστασης σε κάποιο από τα δύο σώματα, η θερμοκρασία του σώματος Α πέφτει ενώ η θερμοκρασία του σώματος Β ανεβαίνει. Κάποια στιγμή οι δύο θερμοκρασίες θα εξισωθούν.

Τότε παύει η μεταφορά ενέργειας από το Α στο Β και λέμε ότι τα δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

Μεταξύ θερμότητας και θερμοκρασίας, όμως, δεν υπάρχει αποκλειστική σχέση. Ποσό θερμότητας μπορεί να προσδίδεται σ' ένα σώμα ή να απάγεται από αυτό, με συνέπεια η θερμοκρασία του σώματος άλλοτε να μεταβάλλεται και άλλοτε να μένει σταθερή. Για παράδειγμα η πρόσδοση θερμότητας σε μια ποσότητα νερού 20 ºC, οδηγεί στην αύξηση της θερμοκρασίας του, ενώ η πρόσδοση θερμότητας σε μια ποσότητα νερού 100 ºC, οδηγεί στην αλλαγή της φυσικής του κατάστασης (μετατροπή σε ατμό), χωρίς όμως τη μεταβολή της θερμοκρασίας του.

Εκτός από την παρατήρηση αυτή, που δείχνει ότι δεν υφίσταται αποκλειστική σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και θερμότητας, εκείνο που οδήγησε στο να διατυπωθεί η φύση της θερμότητας, ήταν οι εργαστηριακές διατυπώσεις του Joule κατά την ανάπτυξή του 1^ου θερμοδυναμικού αξιώματος, στις οποίες δεικνύετε η άμεση σχέση μεταξύ έργου και θερμότητας.