Kalorikum
Mnichov, 1798. Hrabě Rumford sleduje, jak se v arzenálu vrtají dělové hlavně, a klade si početní otázku. Je-li teplo látka rozlitá v kovu, je jeho zásoba konečná a vrtání jednou přestane hřát. Vezme tupý vrták, postaví hlaveň do bedny s vodou a za dvě a půl hodiny má vařící vodu. Vymění vodu — zase se vaří.
Kalorikum byla nevážitelná hmota, kterou Lavoisier zařadil do své tabulky jednoduchých látek. Mělo se za to, že teče od teplého ke studenému a přitom se zachovává. Jeho množství se měřilo v kaloriích: kalorie ohřeje gram vody o stupeň. Teorie dala správné tabulky tepelných kapacit, a dokonce Carnotovu teorii tepelných strojů. Ale Rumfordův pokus ukázal, že teplo lze získávat bez konce, pokud se koná práce.
| Označení | caloric · calorique · míra cal |
| Jak se počítalo | podle hmotnosti roztátého ledu a ohřátí vody · Q = c·m·ΔT |
| Co se předpokládalo | zachování: kolik ubylo z jednoho tělesa, tolik přibylo v druhém |
| Zavedení a opuštění | calorique — Lavoisier, 1789 · Rumfordův pokus — 1798 · mechanický ekvivalent — Joule, 1843—1850 |
| Dnešní zápis | teplo je forma energie, v joulech · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Typické hodnoty | 79,7 cal — roztavit gram ledu · 540 cal — odpařit gram vody · 2000 kcal — denní dávka |
01 · Definice
Nevážitelná tekutina tepla
Podle soustavy konce 18. století je kalorikum obsaženo v tělesech a teče od teplých ke studeným. Jeho částice se navzájem odpuzují — proto se teplo šíří a tělesa se při zahřátí roztahují. Různé látky pojmou kalorikum různě: železu stačí desetkrát méně než vodě, aby se ohřálo o stupeň.
Vysvětlení dostalo i Blackovo skupenské teplo: tající led přijímá kalorikum, ale neohřívá se, takže kalorikum vstupuje ve vázané podobě. Celý výpočet soustavy stál na jediném předpokladu — že se kalorikum zachovává. Právě ten bylo nutné opustit. Vzorce tepelné kapacity zůstaly v platnosti, jen se teplo dnes počítá jako energie.
Teplo na vahách, bez teploměru
Uprostřed horký vzorek v komoře z ledu; jeho barva závisí na teplotě. Tyrkysově je led a voda z tání, která stéká do misky dole — z její hmotnosti se počítá teplo. Vnější plášť je také z ledu a chrání pokus před teplem místnosti. Jantarové tečky jsou kalorikum, jak si ho představovali: přechází ze vzorku do ledu, dokud vzorek nevychladne na nulu.
Jak kalorikum vysvětlovalo všechno — dokud se nezačalo vrtat
Tady je kalorikum nakresleno tak, jak si ho představovali: 260 jantarových částic nevážitelné tekutiny. V prvních třech pokusech se jejich počet nemění; jen přetékají, roztahují těleso nebo se schovávají v tajícím ledu. Prázdná kolečka jsou vázané kalorikum, tyrkysová vrstva je led. Ve čtvrtém pokusu vrták rodí nové částice, bílé, z ničeho — a počet přestává vycházet. Posuvník vede pokus, čísla pod scénou se počítají v kaloriích, jako tehdy.
Hlaveň, která nechladla
Uprostřed vrtačka arzenálu. Koně chodí do kruhu, jejich žentour přes velké kolo a pastorek otáčí bronzovou hlavní. Hlaveň stojí v bedně s vodou, tupý vrták se opírá do jejího vývrtu. Lila ukazuje mechanickou práci: převod, hřídel, výkon koní. Jantarová je teplo, které vzniká v místě tření: částice stoupají od vrtáku vodou. Tyrkysová je voda a její teplota. Vpravo obrazovka zapisuje ohřívání vody a pod ní účet kalorika. Podle teorie je zásoba kalorika v hlavni konečná. Pruh ukazuje, kolik z té zásoby už mělo ubýt. Čas běží 120krát rychleji: sekunda jsou dvě minuty. Když se 20 s ničeho nedotknete, pokusy se rozjedou samy.
—
02 · Převod
| {n} | {v} | {note} |
Kalorií je několik. Termochemická má přesně 4,184 J, mezinárodní 4,1868 J, patnáctistupňová 4,1855 J. Rozdíl je v desetinách procenta. V přesné práci se uvádí druh kalorie — nebo se raději píšou rovnou jouly.
Gramy ledu a vařící vody byly mírami té doby: tak se teplo vidělo. Roztavit gram ledu stojí 79,7 cal, odpařit gram vody při 100 °C asi 540 cal. Pára pálí víc než vařící voda právě kvůli těm 540.
03 · Řády veličin
04 · Měřicí přístroje
05 · Pravidla zápisu
06 · Sousední jednotky
Kalorikum odešlo, ale zanechalo dědictví. Carnot odvodil mez tepelných strojů, když kalorikum považoval za zachovávané — a vzorec platí dodnes. Práce a teplo se ukázaly jako jedna veličina a z poměru tepla k teplotě vyrostla entropie.
07 · Historický oddíl
Teorie kalorika nezkazila jediné měření: kalorimetr měřil předané teplo, ne látku. Proto tabulky tepelných kapacit Lavoisiera a Laplace teorii přežily. Opustil se jen předpoklad zachování; míra — kalorie — zůstala.
Kalorie se definovala pomocí vody a měla několik verzí: při 15 °C, průměrná od 0 do 100 °C, mezinárodní. V roce 1948 doporučila Generální konference pro míry a váhy vyjadřovat teplo v joulech. Kalorie zůstala na obalech potravin a ve starých příručkách.
Katalog veličin
celý rejstřík →Sedm základních jednotek SI
Kapka kyseliny změní barvu šťávy, sůl obarví plamen, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všechny listy Simetria podle oborů a abecedně.
Otevřít rejstřík →