Toplota i temperatura nisu isto!
To najbolje možemo uočiti iz jednog primjera. U dvije prostorije, jednu veću i jednu manju, koristimo za zagrijavanje iste peći i trošimo istu količinu drva; uvidjet ćemo da će temperature prostorija biti različite. Veća prostorija imaće manju temperaturu, a manja veću, iako je svaka prostorija, to jest zrak u prostoriji, primio istu količinu toplote izgaranjem jednake količine drva. To znači da dva fizikalna tijela mogu imati istu količinu toplote, a različitu temperaturu. Da bi veća prostorija imala istu temperaturu kao i manja, morali bismo većoj dati veću količinu toplote, to jest morali bismo potrošiti veću količinu drva. Odatle vidimo da dva fizikalna tijela mogu imati istu temperaturu, ali različitu količinu toplote.
Pa šta je onda toplota? Toplota je onaj dio unutrašnje energije koji se sa toplijeg tijela prenosi na hladnije tijelo.
Energija koju tijelo otpusti ili primi u procesu toplotne razmjene naziva se količina toplote. Pošto se radi o energiji mjerna jedinica je džul (J).
Prilikom toplotne razmjene dolazi do promjene temperature, što znači da količina toplote zavisi od promjene temperature. Ukoliko nema razlike temperatura (kao razlike potencijala), neće biti ni razmjene energije, pa onda ni razmjene toplote.
Sve se tvari ne zagrijavaju jednako. Neke se zagrijavaju brže, a neke sporije. Odnosno, nekima je potrebno više, a nekima manje toplote da se ugriju do određene temperature. Veličina koja govori koliku količinu toplote mora primiti 1 kg neke tvari da mu temperatura poraste za 1K naziva se specifični toplotni kapacitet i označava se malim slovom c. Mjerna jedinica za specifični toplotni kapacitet je J/kgK
Količina toplote označava se velikim slovom Q i jednaka je proizvodu mase tijela, njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta i promjeni temperature tijela:
Q =m ∙c ∙ ∆T
Pošto je toplota vid energije, onda se zakon o očuvanju energije može proširiti i na toplotnu energiju:
energija se ne može uništiti niti stvoriti iz ničega, već samo prelazi iz jednog oblika u drugi ili sa jednog tijela na drugo.
U sistemu od dva ili više tijela vrši se razmjena toplote tako da je količina toplote koju predaje tijelo sa višom temperaturom jednaka količini toplote koju prima tijelo sa nižom temperaturom. Jednačina toplotnog bilansa glasi:
Q1 = Q2
gdje je:
– Q1 – količina toplote koju predaje tijelo sa višom temperaturom,
– Q2 – količina toplote koju prima tijelo sa nižom temperaturom.
Toplota prelazi sa toplijeg na hladnije tijelo sve dok oba tijela ne dostignu istu temperaturu.
To znači da se poslije toplotne razmjene oba tijela nalaze na istoj temperaturi:
m1 ∙ c1 ∙ (T − T1) = m2 ∙ c2 ∙ (T2 − T)
Čvrstim, tekućim i plinovitim tijelima zagrijavanjem se zapremina povećava, a hlađenjem smanjuje. Kažemo da se tijela zagrijavanjem šire, a hlađenjem skupljaju.
Promjena zapremine s promjenom temperature, najviše je izražena kod plinova, manje kod tekućina, a najmanje kod čvrstih tijela. Promjena zapremine tijela ovisi o materijalu od kojeg je tijelo građeno, o promjeni temperature i početnoj zapremini tijela.
Promjenom temperature tijela njegova masa ostaje nepromijenjena, a pošto se mijenja zapremina, dolazi do promjene gustoće tijela. Gustoća je obrnuto srazmjerna zapremini, pa se povećanjem temperature zapremina povećava, a gustoća smanjuje.
Za razliku od većine tvari kojima se zagrijavanjem zapremina povećava, voda se ponaša suprotno. Zagrijavanjem vode od 0°C do 4°C vodi se zapremina smanjuje, a gustoća povećava. Hlađenjem vode od 4°C do 0°C njezina se zapremina povećava, a gustoća smanjuje. Zato led ima manju gustoću od vode, te se zadržava na njenoj površini. Voda ima najveću gustoću na 4°C. Ovakvo ponašanje vode naziva se anomalija vode.
