Θερμογόνο
Μόναχο, 1798. Ο κόμης Ράμφορντ βλέπει στο οπλοστάσιο να τρυπούν κάννες κανονιών και θέτει ένα ερώτημα λογαριασμού. Αν η θερμότητα είναι ουσία χυμένη στο μέταλλο, το απόθεμά της είναι πεπερασμένο, και η διάτρηση κάποτε θα πάψει να ζεσταίνει. Παίρνει ένα αμβλύ τρυπάνι, βάζει την κάννη σε κιβώτιο με νερό και σε δυόμισι ώρες έχει νερό που βράζει. Αλλάζει το νερό — βράζει ξανά.
Το θερμογόνο ήταν αβαρής ύλη, που ο Λαβουαζιέ την έβαλε στον πίνακα των απλών ουσιών του. Πίστευαν ότι ρέει από το ζεστό στο κρύο και διατηρείται. Την ποσότητά του τη μετρούσαν σε θερμίδες: μια θερμίδα ζεσταίνει ένα γραμμάριο νερού κατά έναν βαθμό. Η θεωρία έδωσε σωστούς πίνακες θερμοχωρητικοτήτων και ακόμη τη θεωρία των θερμικών μηχανών του Καρνό. Όμως το πείραμα του Ράμφορντ έδειξε ότι θερμότητα παίρνεις χωρίς τέλος, όσο παράγεις έργο.
| Σύμβολο | caloric · calorique · μέτρο cal |
| Πώς μετρούσαν | από τη μάζα του λιωμένου πάγου και τη θέρμανση του νερού · Q = c·m·ΔT |
| Τι υποθέταν | διατήρηση: όσο έφευγε από ένα σώμα, τόσο έφτανε σε άλλο |
| Εισαγωγή και εγκατάλειψη | calorique — Λαβουαζιέ, 1789 · πείραμα Ράμφορντ — 1798 · μηχανικό ισοδύναμο — Τζάουλ, 1843—1850 |
| Σημερινή γραφή | η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας, σε τζάουλ · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Τυπικές τιμές | 79,7 cal — λιώσιμο ενός γραμμαρίου πάγου · 540 cal — εξάτμιση ενός γραμμαρίου νερού · 2000 kcal — ημερήσια μερίδα |
01 · Ορισμός
Το αβαρές ρευστό της θερμότητας
Κατά το σύστημα του τέλους του 18ου αιώνα, το θερμογόνο περιέχεται στα σώματα και ρέει από τα θερμά στα ψυχρά. Τα σωματίδιά του απωθούνται μεταξύ τους — γι’ αυτό η θερμότητα απλώνεται και τα σώματα διαστέλλονται όταν θερμαίνονται. Οι ουσίες χωρούν θερμογόνο διαφορετικά: ο σίδηρος χρειάζεται δέκα φορές λιγότερο από το νερό για να ζεσταθεί έναν βαθμό.
Εξήγηση έβρισκε και η λανθάνουσα θερμότητα του Μπλακ: ο πάγος που λιώνει δέχεται θερμογόνο αλλά δεν ζεσταίνεται, άρα αυτό μπαίνει σε δεσμευμένη μορφή. Όλος ο λογαριασμός του συστήματος στηριζόταν σε μία υπόθεση — ότι το θερμογόνο διατηρείται. Αυτήν ακριβώς χρειάστηκε να εγκαταλείψουν. Οι τύποι της θερμοχωρητικότητας έμειναν σε ισχύ· μόνο που η θερμότητα λογίζεται πλέον ως ενέργεια.
Η θερμότητα στη ζυγαριά, χωρίς θερμόμετρο
Στο κέντρο ένα θερμό δείγμα σε θάλαμο από πάγο· το χρώμα του εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Με τιρκουάζ ο πάγος και το νερό τήξης, που στάζει στο κύπελλο από κάτω — από τη μάζα του βγαίνει η θερμότητα. Και το εξωτερικό περίβλημα είναι από πάγο· προστατεύει το πείραμα από τη ζέστη του δωματίου. Οι κεχριμπαρένιες κουκκίδες είναι το θερμογόνο όπως το φαντάζονταν: περνά από το δείγμα στον πάγο ώσπου το δείγμα να κρυώσει στο μηδέν.
Πώς το θερμογόνο εξηγούσε τα πάντα — ώσπου άρχισαν να τρυπούν
Εδώ το θερμογόνο είναι ζωγραφισμένο όπως το φαντάζονταν: 260 κεχριμπαρένια σωματίδια ενός αβαρούς ρευστού. Στα τρία πρώτα πειράματα ο αριθμός τους δεν αλλάζει· απλώς περνούν από σώμα σε σώμα, φουσκώνουν το σώμα ή κρύβονται στον πάγο που λιώνει. Οι κούφιοι κύκλοι είναι δεσμευμένο θερμογόνο, η τιρκουάζ στρώση είναι πάγος. Στο τέταρτο, το τρυπάνι γεννά καινούργια σωματίδια, λευκά, από το τίποτα — και ο λογαριασμός παύει να βγαίνει. Ο ολισθητής οδηγεί το πείραμα· οι αριθμοί κάτω από τη σκηνή μετρούν σε θερμίδες, όπως τότε.
Η κάννη που δεν κρύωνε
Στο κέντρο η διατρητική μηχανή του οπλοστασίου. Άλογα γυρίζουν σε κύκλο· ο μάγγανός τους γυρίζει, μέσω μεγάλου τροχού και πινιόν, μια χάλκινη κάννη. Η κάννη είναι σε κιβώτιο με νερό και ένα αμβλύ τρυπάνι πιέζει την ψυχή της. Με λιλά το μηχανικό έργο: μετάδοση, άξονας, ισχύς των αλόγων. Με κεχριμπαρένιο η θερμότητα που γεννιέται στο σημείο τριβής: σωματίδια ανεβαίνουν από το τρυπάνι μέσα από το νερό. Με τιρκουάζ το νερό και η θερμοκρασία του. Δεξιά μια οθόνη καταγράφει τη θέρμανση του νερού και από κάτω τον λογαριασμό του θερμογόνου. Κατά τη θεωρία, το απόθεμα θερμογόνου της κάννης είναι πεπερασμένο. Η μπάρα δείχνει πόσο από αυτό θα έπρεπε ήδη να έχει φύγει. Ο χρόνος τρέχει 120 φορές γρηγορότερα: ένα δευτερόλεπτο είναι δύο λεπτά. Αν δεν αγγίξετε τίποτα για 20 s, τα πειράματα ξεκινούν μόνα τους.
—
02 · Μετατροπή
| {n} | {v} | {note} |
Θερμίδες υπάρχουν πολλές. Η θερμοχημική είναι ακριβώς 4,184 J, η διεθνής 4,1868 J, η θερμίδα των 15 βαθμών 4,1855 J. Η διαφορά είναι δέκατα του τοις εκατό. Σε ακριβή εργασία δηλώνεται το είδος της θερμίδας — ή, καλύτερα, γράφονται κατευθείαν τζάουλ.
Τα γραμμάρια πάγου και βραστού νερού ήταν τα μέτρα εκείνης της εποχής: έτσι έβλεπαν τη θερμότητα. Το λιώσιμο ενός γραμμαρίου πάγου θέλει 79,7 cal, η εξάτμιση ενός γραμμαρίου νερού στους 100 °C περίπου 540 cal. Ο ατμός καίει χειρότερα από το βραστό νερό ακριβώς λόγω αυτών των 540.
03 · Τάξεις μεγέθους
04 · Όργανα μέτρησης
05 · Κανόνες γραφής
06 · Γειτονικές μονάδες
Το θερμογόνο χάθηκε, αλλά άφησε κληρονομιά. Ο Καρνό εξήγαγε το όριο των θερμικών μηχανών θεωρώντας το θερμογόνο διατηρούμενο — και ο τύπος ισχύει ως σήμερα. Το έργο και η θερμότητα αποδείχθηκαν ένα μέγεθος, και από τον λόγο θερμότητας προς θερμοκρασία γεννήθηκε η εντροπία.
07 · Ιστορικό μέρος
Η θεωρία του θερμογόνου δεν χάλασε ούτε μία μέτρηση: το θερμιδόμετρο μετρούσε μεταφερόμενη θερμότητα, όχι ουσία. Γι’ αυτό οι πίνακες θερμοχωρητικοτήτων των Λαβουαζιέ και Λαπλάς επέζησαν της θεωρίας. Εγκαταλείφθηκε μόνο η υπόθεση της διατήρησης· το μέτρο — η θερμίδα — κρατήθηκε.
Η θερμίδα οριζόταν μέσω του νερού και είχε πολλές εκδοχές: στους 15 °C, μέση από 0 ως 100 °C, διεθνής. Το 1948 η Γενική Διάσκεψη Μέτρων και Σταθμών συνέστησε να εκφράζεται η θερμότητα σε τζάουλ. Η θερμίδα έμεινε στις συσκευασίες τροφίμων και στα παλιά εγχειρίδια.
Κατάλογος μεγεθών
όλο το ευρετήριο →Οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI
Μια σταγόνα οξέος αλλάζει το χρώμα του χυμού, το αλάτι χρωματίζει τη φλόγα, το νερό παγώνει με ένα χτύπημα. Από κάτω, όλα τα φύλλα του Simetrium κατά επιστήμη και αλφαβητικά.
Άνοιγμα ευρετηρίου →