ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ-ΕΡΓΟ-ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

Πως γίνεται στην ισόθερμη μεταβολή ενός αερίου να απορροφά θερμότητα το αέριο και να μην αυξάνει τη θερμοκρασία του;

Στη σελίδα 41 του βιβλίου φυσικής κατεύθυνσης της Β΄Λυκείου αναγράφεται :"H ενέργεια που μεταφέρεται λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας δύο σωμάτων ονομάζεται θερμότητα και συμβολίζεται με Q.".

Αυτό ισχύει πάντα; Κι αν ναι πως είναι δυνατόν να απορροφά ένα αέριο θερμότητα κατά την ισόθερμη μεταβολή και να μην αυξάνει τη θερμοκρασία του;

Όντως κάποιοι ορισμοί με τον τρόπο που δίδονται , ναι μεν κάνουν "εύπεπτη" την εισαγωγή μιας έννοιας ,αλλά παρακωλύουν την κατανόηση εννοιών που ακολουθούν.

• Τόσο η Θερμότητα όσο και το Έργο είναι μορφές ενέργειας που δεν μπορεί να "έχει" ένα σώμα , αλλά μόνο μπορεί να δώσει σε ένα άλλο σώμα ή να πάρει από ένα άλλο σώμα."Άλλο σώμα" είναι και ότι περιβάλλει το σώμα που μελετάμε (δηλαδή το περιβάλλον του σώματος.)
• Στη πραγματικότητα η θερμοκρασία ενός σώματος μπορεί να αλλάξει όχι μόνο όταν το σώμα ανταλλάξει ενέργεια υπό μορφή θερμότητας με το περιβάλλον του αλλά και όταν ανταλλάξει ενέργεια υπό μορφή έργου με το περιβάλλον του.
  Πράγματι στην αδιαβατική μεταβολή μπορεί το αέριο να μην ανταλλάσει θερμότητα με το περιβάλλον του , παρόλα αυτά μεταβάλλει τη θερμοκρασία του. Όταν μάλιστα παράγει έργο ψύχεται , ενώ όταν δαπανά έργο θερμαίνεται.
  Αλλά και στη περίπτωση του φαινομένου του Joule ένας αγωγός αυξάνει τη θερμοκρασία του λόγω του έργου των ηλεκτρικών δυνάμεων (στο εσωτερικό του αγωγού επικρατεί ηλεκτρικό πεδίο και οι δυνάμεις του πεδίου πάνω στα ηλεκτρόνια παράγουν έργο θέτοντάς τα σε κίνηση -στη περίπτωση μιλάμε που ο αγωγός μας διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα)
• Το δε φαινόμενο να απορροφά ένα αέριο θερμότητα από το περιβάλλον του ή να δίνει θερμότητα στο περιβάλλον του χωρίς να μεταβάλλεται η θερμοκρασία του , συμβαίνει όχι μόνο στην ισόθερμη μεταβολή αλλά και στη περίπτωση αλλαγής φάσης (από αέριο σε υγρό:υγροποίηση). Σε κάθε μάλιστα περίπτωση αλλαγής φάσης δεν παρατηρείται κατά τη διάρκεια που η αλλαγή αυτή λαμβάνει χώρα , καμία μεταβολή της θερμοκρασίας μολονότι ανταλλάσσεται θερμότητα μεταξύ του υλικού και του περιβάλλοντός του.(Αλλαγές φάσεις:Εξαέρωση, εξάχνωση,βρασμός,τήξη, πήξη)
• Στον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο οι μορφές αυτές ενέργειας -η θερμότητα και το έργο -σχετίζονται άμεσα με την μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του αερίου. Ας μη ξεχνάμε ότι στο ιδανικό αέριο η εσωτερική ενέργεια είναι μόνο κινητική ενέργεια των δομικών του λίθων, ενώ γενικότερα μέρος της εσωτερικής ενέργειας είναι και η δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης των δομικών λίθων (απλά στο ιδανικό αέριο δεχόμαστε ότι δεν έχουμε αλληλεπίδραση μορίων -παρά μόνο κατά τη διάρκεια της μεταξύ τους σύγκρουσης).Όταν όμως εξαερώνεται ένα υγρό, καταλύονται οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των μορίων χωρίς να μεταβληθεί η μέση κινητική τους κατάσταση -η οποία όπως είπαμε σχετίζεται με τη θερμοκρασία.Έτσι κατά τη διάρκεια που λαμβάνει χώρα το φαινόμενο εξαέρωση δεν έχουμε μεταβολή θερμοκρασίας μολονότι έχουμε ανταλλαγή θερμότητας.
• Και πάλι γυρίζουμε στον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο που αν τον γράψουμε ΔU=Q-W καταλαβαίνουμε ότι μπορούμε να αυξήσουμε την εσωτερική ενέργεια ενός αερίου είτε προσφέροντάς του θερμότητα (πρόσημο + στη θερμότητα) είτε παράγοντας εμείς έργο (ασκώντας δύναμη και μετακινόντας το έμβολο που φράσσει τον κύλινδρο μέσα στο οποίο είναι το αέριό μας-πρόσημο έργου για το αέριο: αρνητικό)