Ilość ciepła

Rozmaite ilości ciepła

Do zlewki lub kolbki z cienkiego szkła nabraliśmy 100 gr. wody o temperaturze pokojowej, którą przy pomocy termometru Celsjusza dokładnie wyznaczamy i zapisujemy. Następnie stawiamy to naczynie z wodą na siatce żelaznej i zaczynamy ogrzewać je palnikiem spirytusowym, badając np. co minuta temperaturę w ciągu jakiegoś niedługiego czasu (5 – 10 minut). Temperatura wody stale się podnosi, a przyczyną tego jest stały dopływ ciepła, dostarczanego przez płomień palnika. W ciągu 2-ch minut dostarczamy go dwa razy, a przez 3 minuty – trzy razy więcej, niż przez jedną tylko minutę ogrzewania (o ile przez ten czas płomień się nie zmienił).

Ilość ciała i ilość ciepła

Zróbmy teraz doświadczenie podobne, lecz w nieco innej formie. Mianowicie, wziąwszy parę zlewek, umieśćmy w nich różne ilości wody np. 100 gr., 200 gr. i 300 gr. Jeśli teraz każdą z tych zlewek będziemy kolejno ogrzewali czas jednakowo długi, a więc 2 lub 3 minuty, to okaże się, iż osiągniemy różne w nich temperatury, chociaż woda, nalana do nich, miała początkowo we wszystkich naczyniach temperaturę jednakową. Ogrzewanie uskuteczniamy w tych 3-ch wypadkach, przy pomocy płomienia tej samej wielkości (używając ciągle tegoż palnika).

Skoro palnik w tym samym czasie dostarcza jednakowych ilości ciepła, to dla osiągnięcia tej samej temperatury w 200 gr. wody, co i w 100 gr., trzeba będzie tę pierwszą ilość grzać dwa razy dłużej, dostarczając jej tym samym podwójną ilość ciepła.

Tak więc, gdy chodzi o otrzymanie tej samej temperatury u różnych ilości tego samego ciała, to niezbędnym jest zużycie tyle razy większej ilości ciepła, ile razy jest większą ilość ogrzewanego ciała.

Ilość ciepła i przyrost temperatury

Zastanówmy się jeszcze nad zależnością przyrostu temperatury od ilości ciepła dostarczanego ciału, którego temperaturę chcemy podnieść. Weźmy w tym celu zlewkę, zawierającą 200 gr. wody, i, zauważywszy początkową jej temperaturę, postarajmy się podnieść ją o 10 stopni wyżej, notując w minutach czas, którego takie ogrzewanie wymagać będzie. Następnie, nie zmieniając wielkości płomienia, ogrzejmy tę wodę jeszcze o 20 stopni powyżej temperatury przed chwilą osiągniętej. Wypadnie grzać przez czas dwa razy dłuższy, niż poprzednio. Grzejąc jednak dwa razy dłużej przy pomocy płomienia tej samej wielkości, dostarczyliśmy przecież dwa razy więcej ciepła; a więc przy ogrzewaniu tych samych ciał ilość ciepła, w tym celu zużyta, wzrasta w tej samej mierze, co ilość stopni, o które temperaturę ogrzewanego ciała podnosimy.

Mierzenie ilości ciepła

W powyższych doświadczeniach często używaliśmy wyrażenia: „ilość ciepła”. Cóż to za ilość czy wielkość, z którą tu po raz pierwszy się spotykamy?

Skoro ciepła bywa więcej lub mniej, to ilości jego można pewno mierzyć; żeby coś mierzyć, trzeba posiadać miary do takiego mierzenia. Metrem wszak mierzymy długość ciał, kilogramem ich ciężar, litrem objętość. Jakżeż tu zmierzyć ilość ciepła (nie temperaturę), skoro nie można go zebrać, zważyć, lub tak czy inaczej wyosobnić?

Wiemy przecież, że dla ogrzania 200 gr. wody do tej samej temperatury, co i 100 gr. (jeśli początkowe ich temperatury były jednakowe), trzeba dostarczyć 2 razy więcej ciepła w pierwszym wypadku, niż w drugim. Tak samo podniesienie temperatury pewnej ilości wody o 20 stopni Celsjusza wymaga 2 razy więcej ciepła, niż ogrzanie tej samej wody tylko o 10 stopni C powyżej jej temperatury początkowej.

Tak więc chociaż ilości ciepła nie możemy tak prosto pojmować, jak np. ilości wody, to jednakże, biorąc pod uwagę tylko tę zmianę temperatury, którą ciepło w pewnej ilości danego ciała wywołuje, możemy już powziąć dokładne wyobrażenie o jego wielkości.

Należy teraz za jednostkę wybrać pewną ilość ciepła, która powoduje jakąś określoną zmianę temperatury w pewnej, ściśle określonej, ilości jakiegoś ciała, np. wody.