Τι είναι η θερμική ενέργεια;

Με τον όρο θερμική ενέργεια αναφερόμαστε στην συνολική κινητική ενέργεια που έχουν οι δομικοί λίθοι ενός σώματος, λόγω της άτακτης κίνησής τους. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία και από τη μάζα του σώματος, αλλά είναι διαφορετική έννοια από την θερμοκρασία.

Ενώ η θερμική ενέργεια είναι η συνολική κινητική ενέργεια των δομικών λίθων ενός σώματος, η θερμοκρασία του συνδέεται με τη μέση κινητική ενέργεια των δομικών του λίθων. Μπορεί λοιπόν δύο σώματα να έχουν την ίδια θερμοκρασία, αλλά διαφορετική θερμική ενέργεια.

Για παράδειγμα, μία κατσαρόλα με νερό που βράζει έχει την ίδια θερμοκρασία με μία κούπα νερό που βράζει. Ωστόσο, η κατσαρόλα νερό έχει πολλή περισσότερη μάζα, οπότε και περισσότερη θερμική ενέργεια.

Τι είναι η εσωτερική ενέργεια;

Για να περιγράψουμε την ενέργεια των δομικών λίθων ενός σώματος, εισάγουμε την έννοια της εσωτερικής ενέργειας που έχει ένα σώμα. Με τον όρο εσωτερική ενέργεια περιγράφουμε ουσιαστικά την κινητική και τη δυναμική ενέργεια που έχουν συνολικά οι δομικοί λίθοι του σώματος. Είναι γενικά μια παρόμοια έννοια με την συνολική μηχανική ενέργεια που έχει ένα σώμα. Η διαφορά με την μηχανική ενέργεια είναι ότι η εσωτερική ενέργεια αναφέρεται στο εσωτερικό του σώματος, στον μικρόκοσμό του δηλαδή.

Θερμική διαστολή και συστολή

Γιατί “ανεβαίνει” η στάθμη του υδράργυρου, όταν το θερμόμετρο θερμαίνεται; Γιατί αφήνονται να “κρέμονται” τα καλώδια ρεύματος από στύλο σε στύλο, αντί να είναι τεντωμένα; Γιατί “σφηνώνει” το μεταλλικό καπάκι ενός γυάλινου βάζου, όταν το αφήνουμε στο ψυγείο;

Σχεδόν όλα τα σώματα, είτε στερεά, υγρά ή αέρια, διαστέλλονται (δηλαδή αυξάνεται ο όγκος τους) όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τους. Αυτό το φαινόμενο το ονομάζουμε θερμική διαστολή.

Το αντίθετο αυτού του φαινομένου, είναι η θερμική συστολή, δηλαδή, όταν ένα σώμα ψύχεται, τότε μικραίνει ο όγκος του.

Για παράδειγμα, το μεταλλικό καπάκι του βάζου συστέλλεται (και μάλιστα περισσότερο απ’ ότι το βάζο) όταν βρίσκεται στο ψυγείο, οπότε στη συνέχεια είναι πολύ πιο δύσκολο να ξεβιδωθεί.

Στην περίπτωση σωμάτων όπως ράβδοι και σύρματα, το μήκος τους αυξάνεται πολύ περισσότερο, σε σχέση με το πλάτος και το πάχος τους (δηλαδή τις άλλες διαστάσεις τους) όταν αυτά θερμαίνονται. Αυτή η διαστολή, ονομάζεται γραμμική διαστολή ή διαστολή κατά μήκος, αφού συμβαίνει σε σώματα κυλινδρικού σχήματος.