Kalorik
München, 1798. Greve Rumford ser hur kanonrör borras i arsenalen och ställer en räknefråga. Om värme är ett ämne som finns i metallen, är förrådet ändligt, och borrningen måste en dag sluta värma. Han tar en slö borr, ställer röret i en låda med vatten och har kokande vatten efter två och en halv timme. Han byter vattnet — det kokar igen.
Kalorik var en viktlös materia som Lavoisier förde in i sin tabell över enkla ämnen. Man trodde att den flöt från varmt till kallt och bevarades på vägen. Mängden mätte man i kalorier: en kalori värmer ett gram vatten en grad. Teorin gav riktiga tabeller över värmekapaciteter och till och med Carnots teori om värmemaskiner. Men Rumfords försök visade att man kan få värme utan slut, så länge man uträttar arbete.
| Beteckning | caloric · calorique · mått cal |
| Hur man räknade | efter massan smält is och vattnets uppvärmning · Q = c·m·ΔT |
| Vad man antog | bevarande: det som lämnade en kropp kom fram i en annan |
| Införd och övergiven | calorique — Lavoisier, 1789 · Rumfords försök — 1798 · mekanisk ekvivalent — Joule, 1843—1850 |
| Dagens skrivsätt | värme är en form av energi, i joule · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Typiska värden | 79,7 cal — smälta ett gram is · 540 cal — förånga ett gram vatten · 2000 kcal — dagsranson |
01 · Definition
Värmens viktlösa vätska
Enligt systemet från slutet av 1700-talet finns kalorik i kropparna och flyter från varma till kalla. Partiklarna stöter bort varandra — därför sprider sig värmen och kroppar utvidgas när de värms. Olika ämnen rymmer kalorik olika: järn behöver tio gånger mindre än vatten för att bli en grad varmare.
Även Blacks latenta värme fick en förklaring: smältande is tar upp kalorik men blir inte varmare, alltså går den in i bunden form. Hela systemets räkning vilade på ett antagande — att kalorik bevaras. Just det fick överges. Formlerna för värmekapacitet gällde fortfarande; bara räknas värme nu som energi.
Värme på vågen, utan termometer
I mitten ett varmt prov i en kammare av is; färgen beror på temperaturen. Turkost visar isen och smältvattnet, som rinner ner i skålen nedtill — dess massa ger värmen. Ytterhöljet är också av is och skyddar försöket mot rummets värme. Bärnstensfärgade prickar är kaloriken som man föreställde sig den: den går från provet till isen tills provet svalnat till noll.
Hur kaloriken förklarade allt — tills man började borra
Här är kaloriken ritad som man föreställde sig den: 260 bärnstensfärgade partiklar av en viktlös vätska. I de tre första försöken ändras inte deras antal; de flyter bara över, spränger ut kroppen eller gömmer sig i smältande is. Ihåliga ringar är bunden kalorik, det turkosa lagret är is. I det fjärde försöket föder borren nya partiklar, vita, ur intet — och räkningen går inte längre ihop. Reglaget styr försöket, siffrorna under scenen räknas i kalorier, som på den tiden.
Röret som inte svalnade
I mitten arsenalens borrmaskin. Hästar går i ring, deras vandring driver via ett stort hjul och ett drev ett bronsrör. Röret står i en låda med vatten, och en slö borr trycker in i loppet. Lila visar det mekaniska arbetet: växel, axel, hästarnas effekt. Bärnsten är värmen som uppstår i friktionspunkten: partiklar stiger från borren genom vattnet. Turkos är vattnet och dess temperatur. Till höger ritar en skärm vattnets uppvärmning, och under den kalorikens räkning. Enligt teorin är kalorikförrådet i röret ändligt. Stapeln visar hur mycket av förrådet som redan borde ha gått åt. Tiden går 120 gånger fortare: en sekund är två minuter. Rör du ingenting på 20 s startar försöken av sig själva.
—
02 · Omräkning
| {n} | {v} | {note} |
Det finns flera kalorier. Den termokemiska är exakt 4,184 J, den internationella 4,1868 J, 15-graderskalorin 4,1855 J. Skillnaden är tiondels procent. Vid noggrant arbete anger man vilken kalori — eller skriver hellre direkt joule.
Gram is och kokande vatten var den tidens mått: så såg man värmen. Att smälta ett gram is kostar 79,7 cal, att förånga ett gram vatten vid 100 °C omkring 540 cal. Ånga bränner värre än kokande vatten just på grund av de 540.
03 · Storleksordningar
04 · Mätinstrument
05 · Skrivregler
06 · Grannenheter
Kaloriken försvann, men lämnade ett arv. Carnot härledde värmemaskinernas gräns genom att betrakta kaloriken som bevarad — och formeln gäller än i dag. Arbete och värme visade sig vara en enda storhet, och ur förhållandet mellan värme och temperatur växte entropin fram.
07 · Historisk del
Kalorikteorin förstörde inte en enda mätning: kalorimetern mätte överförd värme, inte ett ämne. Därför överlevde Lavoisiers och Laplaces tabeller över värmekapaciteter teorin. Bara antagandet om bevarande övergavs; måttet — kalorin — behölls.
Kalorin definierades via vatten och fanns i flera versioner: vid 15 °C, medelvärde från 0 till 100 °C, internationell. År 1948 rekommenderade Generalkonferensen för mått och vikt att värme anges i joule. Kalorin blev kvar på livsmedelsförpackningar och i gamla handböcker.
Storhetskatalog
hela registret →SI-systemets sju grundenheter
En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.
Öppna registret →