سیال گرما
مونیخ، 1798. کنت رامفورد در زرادخانه سوراخ کردن لوله‌های توپ را تماشا می‌کند و پرسشی حسابی پیش می‌کشد. اگر گرما ماده‌ای پراکنده در فلز باشد، اندوخته‌اش محدود است و سوراخ‌کاری روزی دیگر گرم نمی‌کند. مته‌ای کُند برمی‌دارد، لوله را در صندوق آب می‌گذارد و پس از دو ساعت و نیم آب جوش دارد. آب را عوض می‌کند — باز می‌جوشد.
سیال گرما ماده‌ای بی‌وزن بود که لاووازیه در جدول مواد سادهٔ خود گذاشت. گمان می‌رفت از گرم به سرد روان می‌شود و در این میان پایسته می‌ماند. مقدارش را با کالری می‌سنجیدند: یک کالری یک گرم آب را یک درجه گرم می‌کند. این نظریه جدول‌های درستی از ظرفیت گرمایی و حتی نظریهٔ ماشین‌های گرمایی کارنو را به دست داد. اما آزمایش رامفورد نشان داد که تا وقتی کار انجام شود، گرما را بی‌پایان می‌توان گرفت.
| نشانه | caloric · calorique · یکا cal |
| چگونه حساب می‌کردند | از جرم یخ ذوب‌شده و گرم شدن آب · Q = c·m·ΔT |
| چه فرض می‌شد | پایستگی: هر قدر از جسمی رفت، همان قدر به جسم دیگر رسید |
| ورود و کنار گذاشتن | calorique — لاووازیه، 1789 · آزمایش رامفورد — 1798 · هم‌ارز مکانیکی — ژول، 1843—1850 |
| نگارش امروزی | گرما گونه‌ای از انرژی است، بر حسب ژول · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| مقدارهای نمونه | 79,7 cal — ذوب یک گرم یخ · 540 cal — بخار کردن یک گرم آب · 2000 kcal — جیرهٔ روزانه |
01 · تعریف
شارهٔ بی‌وزن گرما
در دستگاه اواخر سدهٔ هجدهم، سیال گرما در اجسام هست و از گرم‌ها به سردها روان می‌شود. ذره‌هایش یکدیگر را می‌رانند — از این رو گرما پخش می‌شود و اجسام با گرم شدن انبساط می‌یابند. مواد سیال گرما را به اندازه‌های گوناگون در خود جا می‌دهند: آهن برای یک درجه گرم شدن ده برابر کمتر از آب لازم دارد.
گرمای نهان بلک هم توضیحی یافت: یخِ در حال ذوب سیال گرما می‌گیرد اما گرم نمی‌شود، پس این سیال به شکل بسته وارد می‌شود. سراسر حساب این دستگاه بر یک فرض استوار بود — پایستگی سیال گرما. درست همین را باید کنار می‌گذاشتند. فرمول‌های ظرفیت گرمایی معتبر ماندند؛ فقط اکنون گرما را انرژی می‌شمارند.
گرما روی ترازو، بی دماسنج
در میانه نمونه‌ای داغ درون اتاقکی از یخ است؛ رنگش به دمایش بستگی دارد. فیروزه‌ای یخ و آب ذوب است که به جام پایین می‌چکد — گرما از جرم آن حساب می‌شود. پوستهٔ بیرونی هم از یخ است و آزمایش را از گرمای اتاق نگه می‌دارد. نقطه‌های کهربایی سیال گرما هستند، آن‌گونه که تصور می‌کردند: از نمونه به یخ می‌رود تا نمونه به صفر سرد شود.
سیال گرما چگونه همه چیز را توضیح می‌داد — تا وقتی سوراخ‌کاری آغاز شد
اینجا سیال گرما همان‌گونه کشیده شده که تصور می‌کردند: 260 ذرهٔ کهربایی از شاره‌ای بی‌وزن. در سه آزمایش نخست شمارشان تغییر نمی‌کند؛ فقط از جسمی به جسمی می‌روند، جسم را باز می‌کنند یا در یخِ در حال ذوب پنهان می‌شوند. دایره‌های توخالی سیال گرمای بسته‌اند و لایهٔ فیروزه‌ای یخ است. در آزمایش چهارم مته ذره‌هایی تازه می‌زاید، سفید، از هیچ — و حساب دیگر جور درنمی‌آید. لغزنده آزمایش را پیش می‌برد؛ عددهای زیر صحنه، مانند آن سال‌ها، با کالری شمرده می‌شوند.
لوله‌ای که سرد نمی‌شد
در میانه دستگاه سوراخ‌کاری زرادخانه است. اسب‌ها گرداگرد می‌روند؛ چرخ‌گردانِ آن‌ها با یک چرخ بزرگ و یک چرخ‌دندهٔ کوچک لوله‌ای برنزی را می‌چرخاند. لوله در صندوقی پر از آب است و مته‌ای کُند در مجرایش فشار می‌آورد. یاسی کار مکانیکی است: انتقال، محور، توان اسب‌ها. کهربایی گرمایی است که در نقطهٔ اصطکاک زاده می‌شود: ذره‌ها از مته از میان آب بالا می‌روند. فیروزه‌ای آب و دمای آن است. سمت راست صفحه‌ای گرم شدن آب را می‌نگارد و زیر آن حساب سیال گرما را. بنا بر نظریه، اندوختهٔ سیال گرمای لوله محدود است. نوار نشان می‌دهد که چه اندازه از این اندوخته باید تاکنون رفته باشد. زمان 120 برابر تندتر می‌گذرد: هر ثانیه دو دقیقه است. اگر 20 s به چیزی دست نزنید، آزمایش‌ها خودشان آغاز می‌شوند.
—
02 · تبدیل
| {n} | {v} | {note} |
کالری چند گونه است. کالری گرماشیمیایی دقیقاً 4,184 J است، کالری بین‌المللی 4,1868 J و کالری پانزده‌درجه‌ای 4,1855 J. تفاوت در حد دهم‌های درصد است. در کار دقیق نوع کالری را می‌گویند — یا بهتر، یکسره ژول می‌نویسند.
گرم‌های یخ و آب جوش اندازه‌های آن دوران بودند: گرما را این‌گونه می‌دیدند. ذوب یک گرم یخ 79,7 cal می‌خواهد و بخار کردن یک گرم آب در 100 °C حدود 540 cal. بخار درست به خاطر همین 540 از آب جوش بیشتر می‌سوزاند.
03 · مرتبه‌های بزرگی
04 · ابزارهای اندازه‌گیری
05 · قواعد نگارش
06 · یکاهای همسایه
سیال گرما رفت، اما میراثی گذاشت. کارنو حد ماشین‌های گرمایی را با پایسته شمردن سیال گرما به دست آورد — و فرمول تا امروز درست است. کار و گرما یک کمیت از کار درآمدند و از نسبت گرما به دما آنتروپی زاده شد.
07 · بخش تاریخی
نظریهٔ سیال گرما حتی یک اندازه‌گیری را خراب نکرد: گرماسنج گرمای منتقل‌شده را می‌سنجید، نه ماده‌ای را. از این رو جدول‌های ظرفیت گرمایی لاووازیه و لاپلاس از نظریه دیرتر زیستند. تنها فرض پایستگی کنار رفت؛ یکا — کالری — ماند.
کالری را با آب تعریف می‌کردند و چند گونه داشت: در 15 °C، میانگین از 0 تا 100 °C، بین‌المللی. در سال 1948 کنفرانس عمومی اوزان و مقیاس‌ها پیشنهاد کرد گرما با ژول بیان شود. کالری روی بسته‌بندی خوراکی‌ها و در کتاب‌های کهنه ماند.
فهرست کمیت‌ها
همهٔ فهرست ←هفت یکای پایهٔ SI
یک قطره اسید رنگ آب‌میوه را تغییر می‌دهد، نمک شعله را رنگی می‌کند، آب با یک ضربه یخ می‌زند. زیر آن‌ها همهٔ برگه‌های Simetrium، بر پایهٔ رشته و به ترتیب الفبا.
باز کردن فهرست ←