Kalorikki
München, 1798. Kreivi Rumford katsoo arsenaalissa tykinputkien porausta ja esittää laskukysymyksen. Jos lämpö on metalliin levinnyt aine, sen varasto on äärellinen, ja porauksen on joskus lakattava lämmittämästä. Hän ottaa tylpän poran, panee putken vesilaatikkoon ja saa kahdessa ja puolessa tunnissa kiehuvaa vettä. Hän vaihtaa veden — taas kiehuu.
Kalorikki oli painoton aine, jonka Lavoisier merkitsi yksinkertaisten aineiden taulukkoonsa. Sen uskottiin virtaavan kuumasta kylmään ja säilyvän samalla. Sen määrää mitattiin kaloreina: kalori lämmittää gramman vettä asteella. Teoria antoi oikeat lämpökapasiteettitaulukot ja jopa Carnot’n lämpövoimakoneiden teorian. Mutta Rumfordin koe osoitti, että lämpöä voi saada loputtomasti, kunhan tehdään työtä.
| Merkintä | caloric · calorique · mitta cal |
| Miten laskettiin | sulaneen jään massasta ja veden lämpenemisestä · Q = c·m·ΔT |
| Mitä oletettiin | säilyminen: mikä lähti yhdestä kappaleesta, saapui toiseen |
| Käyttöönotto ja hylkäys | calorique — Lavoisier, 1789 · Rumfordin koe — 1798 · mekaaninen ekvivalentti — Joule, 1843—1850 |
| Nykyinen merkintä | lämpö on energian muoto, jouleina · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Tyypillisiä arvoja | 79,7 cal — sulattaa gramma jäätä · 540 cal — höyrystää gramma vettä · 2000 kcal — päivän annos |
01 · Määritelmä
Lämmön painoton neste
1700-luvun lopun järjestelmässä kalorikkia on kappaleissa, ja se virtaa lämpimistä kylmiin. Sen hiukkaset hylkivät toisiaan — siksi lämpö leviää ja kappaleet laajenevat lämmetessään. Aineet sitovat kalorikkia eri tavoin: rauta tarvitsee kymmenen kertaa vähemmän kuin vesi lämmetäkseen asteen.
Myös Blackin latentti lämpö sai selityksen: sulava jää ottaa kalorikkia mutta ei lämpene, joten se menee sisään sidottuna. Koko järjestelmän laskenta nojasi yhteen oletukseen — että kalorikki säilyy. Juuri siitä oli luovuttava. Lämpökapasiteetin kaavat pysyivät voimassa; nyt lämpö vain lasketaan energiaksi.
Lämpö vaa’assa, ilman lämpömittaria
Keskellä kuuma näyte jääkammiossa; sen väri riippuu lämpötilasta. Turkoosi näyttää jään ja sulamisveden, joka valuu alla olevaan kuppiin — sen massasta saadaan lämpö. Ulkovaippakin on jäätä ja suojaa koetta huoneen lämmöltä. Meripihkan väriset pisteet ovat kalorikki sellaisena kuin se kuviteltiin: se siirtyy näytteestä jäähän, kunnes näyte on jäähtynyt nollaan.
Miten kalorikki selitti kaiken — kunnes alettiin porata
Tässä kalorikki on piirretty sellaisena kuin se kuviteltiin: 260 meripihkan väristä painottoman nesteen hiukkasta. Kolmessa ensimmäisessä kokeessa niiden määrä ei muutu; ne vain virtaavat toiseen kappaleeseen, laajentavat kappaletta tai piiloutuvat sulavaan jäähän. Ontot renkaat ovat sidottua kalorikkia, turkoosi kerros on jäätä. Neljännessä kokeessa pora synnyttää uusia hiukkasia, valkoisia, tyhjästä — ja laskelma lakkaa täsmäämästä. Liukusäädin ohjaa koetta; luvut kohtauksen alla lasketaan kaloreina, kuten silloin.
Putki, joka ei jäähtynyt
Keskellä arsenaalin porakone. Hevoset kulkevat ympyrää; niiden kiertokone pyörittää suuren pyörän ja hammaspyörän kautta pronssista putkea. Putki on vesilaatikossa, ja tylppä pora painuu sen sieluun. Liila näyttää mekaanisen työn: välityksen, akselin, hevosten tehon. Meripihka on lämpö, joka syntyy kitkakohdassa: hiukkaset nousevat porasta veden läpi. Turkoosi on vesi ja sen lämpötila. Oikealla näyttö piirtää veden lämpenemisen ja sen alla kalorikin laskelman. Teorian mukaan putken kalorikkivarasto on äärellinen. Palkki näyttää, kuinka paljon varastosta olisi jo pitänyt kulua. Aika kulkee 120 kertaa nopeammin: sekunti on kaksi minuuttia. Jos et kosketa mitään 20 s, kokeet käynnistyvät itsestään.
—
02 · Muunnos
| {n} | {v} | {note} |
Kaloreita on useita. Termokemiallinen on tasan 4,184 J, kansainvälinen 4,1868 J, 15 asteen kalori 4,1855 J. Ero on prosentin kymmenyksiä. Tarkassa työssä ilmoitetaan, mikä kalori — tai mieluummin kirjoitetaan suoraan jouleja.
Grammat jäätä ja kiehuvaa vettä olivat sen ajan mittoja: niin lämpö nähtiin. Gramman jäätä sulattaminen vie 79,7 cal, gramman vettä höyrystäminen 100 °C:ssa noin 540 cal. Höyry polttaa pahemmin kuin kiehuva vesi juuri noiden 540:n takia.
03 · Suuruusluokat
04 · Mittalaitteet
05 · Kirjoitussäännöt
06 · Naapuriyksiköt
Kalorikki katosi, mutta jätti perinnön. Carnot johti lämpövoimakoneiden rajan pitäen kalorikkia säilyvänä — ja kaava pätee yhä. Työ ja lämpö osoittautuivat yhdeksi suureeksi, ja lämmön ja lämpötilan suhteesta kasvoi entropia.
07 · Historiallinen osa
Kalorikkiteoria ei pilannut yhtään mittausta: kalorimetri mittasi siirtynyttä lämpöä, ei ainetta. Siksi Lavoisier’n ja Laplacen lämpökapasiteettitaulukot elivät teoriaa pidempään. Vain säilymisoletus hylättiin; mitta — kalori — säilyi.
Kalori määriteltiin veden avulla, ja siitä oli useita versioita: 15 °C:ssa, keskiarvo 0:sta 100 °C:seen, kansainvälinen. Vuonna 1948 Yleinen paino- ja mittakonferenssi suositti ilmoittamaan lämmön jouleina. Kalori jäi ruokapakkauksiin ja vanhoihin käsikirjoihin.
Suureluettelo
koko hakemisto →SI-järjestelmän seitsemän perusyksikköä
Happotippa muuttaa mehun värin, suola värjää liekin, vesi jäätyy koputuksesta. Niiden alla kaikki Simetriumin lehdet aloittain ja aakkosittain.
Avaa hakemisto →