Kalorikum
Mníchov, 1798. Gróf Rumford sleduje, ako sa v arzenáli vŕtajú delové hlavne, a kladie si počtovú otázku. Ak je teplo látka rozliata v kove, jeho zásoba je konečná a vŕtanie raz prestane hriať. Vezme tupý vrták, postaví hlaveň do debny s vodou a za dve a pol hodiny má vriacu vodu. Vymení vodu — znova vrie.
Kalorikum bola nevážiteľná hmota, ktorú Lavoisier zaradil do svojej tabuľky jednoduchých látok. Myslelo sa, že tečie od teplého k studenému a pritom sa zachováva. Jeho množstvo sa meralo v kalóriách: kalória ohreje gram vody o stupeň. Teória dala správne tabuľky tepelných kapacít, ba aj Carnotovu teóriu tepelných strojov. Ale Rumfordov pokus ukázal, že teplo možno získavať bez konca, ak sa koná práca.
| Označenie | caloric · calorique · miera cal |
| Ako sa počítalo | podľa hmotnosti roztopeného ľadu a ohriatia vody · Q = c·m·ΔT |
| Čo sa predpokladalo | zachovanie: koľko ubudlo z jedného telesa, toľko pribudlo v druhom |
| Zavedenie a opustenie | calorique — Lavoisier, 1789 · Rumfordov pokus — 1798 · mechanický ekvivalent — Joule, 1843—1850 |
| Dnešný zápis | teplo je forma energie, v jouloch · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Typické hodnoty | 79,7 cal — roztopiť gram ľadu · 540 cal — odpariť gram vody · 2000 kcal — denná dávka |
01 · Definícia
Nevážiteľná tekutina tepla
Podľa sústavy konca 18. storočia je kalorikum obsiahnuté v telesách a tečie od teplých k studeným. Jeho častice sa navzájom odpudzujú — preto sa teplo šíri a telesá sa pri zahriatí rozťahujú. Rôzne látky pojmú kalorikum rôzne: železu stačí desaťkrát menej ako vode, aby sa ohrialo o stupeň.
Vysvetlenie dostalo aj Blackovo skupenské teplo: topiaci sa ľad prijíma kalorikum, ale neohrieva sa, takže kalorikum vstupuje vo viazanej podobe. Celý výpočet sústavy stál na jedinom predpoklade — že sa kalorikum zachováva. Práve ten bolo treba opustiť. Vzorce tepelnej kapacity zostali v platnosti, len sa teplo dnes počíta ako energia.
Teplo na váhach, bez teplomera
V strede horúca vzorka v komore z ľadu; jej farba závisí od teploty. Tyrkysovou je ľad a voda z topenia, ktorá steká do misky dole — z jej hmotnosti sa počíta teplo. Vonkajší plášť je tiež z ľadu a chráni pokus pred teplom miestnosti. Jantárové bodky sú kalorikum, ako si ho predstavovali: prechádza zo vzorky do ľadu, kým vzorka nevychladne na nulu.
Ako kalorikum vysvetľovalo všetko — kým sa nezačalo vŕtať
Tu je kalorikum nakreslené tak, ako si ho predstavovali: 260 jantárových častíc nevážiteľnej tekutiny. V prvých troch pokusoch sa ich počet nemení; len pretekajú, rozťahujú teleso alebo sa schovávajú v topiacom sa ľade. Prázdne krúžky sú viazané kalorikum, tyrkysová vrstva je ľad. Vo štvrtom pokuse vrták rodí nové častice, biele, z ničoho — a počet prestáva sedieť. Posúvač vedie pokus, čísla pod scénou sa počítajú v kalóriách, ako vtedy.
Hlaveň, ktorá nechladla
V strede vŕtačka arzenálu. Kone chodia dookola, ich gápeľ cez veľké koleso a pastorok otáča bronzovú hlaveň. Hlaveň stojí v debne s vodou, tupý vrták sa opiera do jej vývrtu. Fialovou je mechanická práca: prevod, hriadeľ, výkon koní. Jantárovou teplo, ktoré vzniká v mieste trenia: častice stúpajú od vrtáka vodou. Tyrkysovou voda a jej teplota. Vpravo obrazovka zapisuje ohrievanie vody a pod ňou účet kalorika. Podľa teórie je zásoba kalorika v hlavni konečná. Pruh ukazuje, koľko z tej zásoby už malo ubudnúť. Čas beží 120-krát rýchlejšie: sekunda sú dve minúty. Keď sa 20 s ničoho nedotknete, pokusy sa spustia samy.
—
02 · Prevod
| {n} | {v} | {note} |
Kalórií je niekoľko. Termochemická má presne 4,184 J, medzinárodná 4,1868 J, pätnásťstupňová 4,1855 J. Rozdiel je v desatinách percenta. V presnej práci sa uvádza druh kalórie — alebo sa radšej píšu rovno jouly.
Gramy ľadu a vriacej vody boli mierami tej doby: tak sa teplo videlo. Roztopiť gram ľadu stojí 79,7 cal, odpariť gram vody pri 100 °C asi 540 cal. Para páli viac ako vriaca voda práve pre tých 540.
03 · Rády veličín
04 · Meracie prístroje
05 · Pravidlá zápisu
06 · Susedné jednotky
Kalorikum odišlo, ale zanechalo dedičstvo. Carnot odvodil hranicu tepelných strojov, keď kalorikum považoval za zachovávané — a vzorec platí dodnes. Práca a teplo sa ukázali ako jedna veličina a z pomeru tepla k teplote vyrástla entropia.
07 · Historický oddiel
Teória kalorika nepokazila ani jedno meranie: kalorimeter meral odovzdané teplo, nie látku. Preto tabuľky tepelných kapacít Lavoisiera a Laplacea teóriu prežili. Opustil sa len predpoklad zachovania; miera — kalória — zostala.
Kalória sa definovala pomocou vody a mala niekoľko verzií: pri 15 °C, priemerná od 0 do 100 °C, medzinárodná. V roku 1948 Generálna konferencia pre váhy a miery odporučila vyjadrovať teplo v jouloch. Kalória zostala na obaloch potravín a v starých príručkách.
Katalóg veličín
celý register →Sedem základných jednotiek SI
Kvapka kyseliny zmení farbu šťavy, soľ zafarbí plameň, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všetky listy Simetria podľa odborov a abecedne.
Otvoriť register →