Kalorikum
München, 1798. Rumford gróf nézi, hogyan fúrják az ágyúcsöveket a fegyvertárban, és számolási kérdést tesz fel. Ha a hő a fémben szétterülő anyag, a készlete véges, és a fúrás egyszer abbahagyja a melegítést. Fog egy tompa fúrót, a csövet vízzel teli ládába állítja, és két és fél óra múlva forr a víz. Kicseréli a vizet — megint forr.
A kalorikum súlytalan anyag volt, amelyet Lavoisier felvett az egyszerű anyagok táblázatába. Úgy vélték, a melegből a hidegbe áramlik, és közben megmarad. Mennyiségét kalóriában mérték: egy kalória egy gramm vizet egy fokkal melegít. Az elmélet helyes hőkapacitás-táblázatokat adott, sőt Carnot hőerőgép-elméletét is. Rumford kísérlete azonban megmutatta, hogy hő a végtelenségig nyerhető, amíg munkát végzünk.
| Jelölés | caloric · calorique · mérték cal |
| Hogyan számoltak | az olvadt jég tömegéből és a víz melegedéséből · Q = c·m·ΔT |
| Mit feltételeztek | megmaradás: amennyi egy testből távozott, annyi érkezett a másikba |
| Bevezetés és elvetés | calorique — Lavoisier, 1789 · Rumford kísérlete — 1798 · mechanikai egyenérték — Joule, 1843—1850 |
| Mai írásmód | a hő az energia egyik formája, joule-ban · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Jellemző értékek | 79,7 cal — egy gramm jég megolvasztása · 540 cal — egy gramm víz elpárologtatása · 2000 kcal — napi adag |
01 · Meghatározás
A hő súlytalan folyadéka
A 18. század végi rendszer szerint a kalorikum a testekben van, és a melegekből a hidegekbe áramlik. Részecskéi taszítják egymást — ezért terjed szét a hő, és ezért tágulnak a testek melegítéskor. A különböző anyagok különbözőképpen fogadják be: a vasnak tízszer kevesebb kell, mint a víznek, hogy egy fokkal melegebb legyen.
Black rejtett hője is magyarázatot kapott: az olvadó jég kalorikumot vesz fel, de nem melegszik, tehát a kalorikum kötött formában lép be. A rendszer egész számítása egyetlen feltevésen nyugodott — hogy a kalorikum megmarad. Éppen ezt kellett elvetni. A hőkapacitás képletei érvényben maradtak; csak a hőt ma energiának számítják.
Hő a mérlegen, hőmérő nélkül
Középen forró minta egy jégkamrában; színe a hőmérséklettől függ. Türkiz a jég és az olvadékvíz, amely az alsó csészébe csorog — tömegéből adódik a hő. A külső köpeny is jégből van, és megvédi a kísérletet a szoba melegétől. A borostyánszínű pontok a kalorikum, ahogy elképzelték: a mintából a jégbe vándorol, amíg a minta le nem hűl nullára.
Hogyan magyarázott meg mindent a kalorikum — amíg fúrni nem kezdtek
Itt a kalorikum úgy van megrajzolva, ahogy elképzelték: 260 borostyánszínű részecske egy súlytalan folyadékból. Az első három kísérletben számuk nem változik; csak átáramlanak, feszítik a testet, vagy elbújnak az olvadó jégben. Az üres karikák kötött kalorikum, a türkiz réteg jég. A negyedik kísérletben a fúró új részecskéket szül, fehéreket, a semmiből — és a számla már nem jön ki. A csúszka vezeti a kísérletet; a jelenet alatti számok kalóriában számolnak, mint akkor.
A cső, amely nem hűlt ki
Középen a fegyvertár fúrógépe. Lovak járnak körbe; járgányuk egy nagy keréken és fogaskeréken át forgat egy bronzcsövet. A cső vízzel teli ládában áll, egy tompa fúró nyomódik a furatába. Lila a mechanikai munka: áttétel, tengely, a lovak teljesítménye. Borostyán a hő, amely a súrlódás pontján keletkezik: részecskék szállnak fel a fúrótól a vízen át. Türkiz a víz és a hőmérséklete. Jobbra egy képernyő rajzolja a víz melegedését, alatta a kalorikum számláját. Az elmélet szerint a cső kalorikumkészlete véges. A sáv megmutatja, mennyinek kellett volna már elfogynia belőle. Az idő 120-szor gyorsabb: egy másodperc két perc. Ha 20 s-ig semmihez sem nyúl, a kísérletek maguktól indulnak.
—
02 · Átszámítás
| {n} | {v} | {note} |
Többféle kalória van. A termokémiai pontosan 4,184 J, a nemzetközi 4,1868 J, a 15 fokos 4,1855 J. A különbség a százalék tizedrészei. Pontos munkában megadják a kalória fajtáját — vagy inkább rögtön joule-t írnak.
A jég és a forró víz grammjai voltak a kor mértékei: így látták a hőt. Egy gramm jég megolvasztása 79,7 cal, egy gramm víz elpárologtatása 100 °C-on körülbelül 540 cal. A gőz épp e 540 miatt éget jobban a forró víznél.
03 · Nagyságrendek
04 · Mérőeszközök
05 · Írásszabályok
06 · Szomszédos egységek
A kalorikum eltűnt, de örökséget hagyott. Carnot a hőerőgépek határát úgy vezette le, hogy a kalorikumot megmaradónak tekintette — és a képlet ma is érvényes. A munka és a hő egyetlen mennyiségnek bizonyult, és a hő és a hőmérséklet hányadosából nőtt ki az entrópia.
07 · Történeti rész
A kalorikum-elmélet egyetlen mérést sem rontott el: a kaloriméter átadott hőt mért, nem anyagot. Ezért élték túl Lavoisier és Laplace hőkapacitás-táblázatai az elméletet. Csak a megmaradás feltevését vetették el; a mérték — a kalória — megmaradt.
A kalóriát a vízen keresztül határozták meg, és több változata volt: 15 °C-os, 0 és 100 °C közötti átlag, nemzetközi. 1948-ban az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia azt ajánlotta, hogy a hőt joule-ban adják meg. A kalória az élelmiszer-csomagolásokon és a régi kézikönyvekben maradt.
Mennyiségek katalógusa
a teljes mutató →Az SI hét alapegysége
Egy csepp sav megváltoztatja a lé színét, a só megfesti a lángot, a víz egy koppintásra megfagy. Alattuk a Simetrium összes lapja, szakterület és ábécé szerint.
A mutató megnyitása →