En modell för temperatur och värme

Som vi sett i en tidigare lektion har varje partikel i en gas en viss kinetisk energi. Denna energi är inte lika stor för alla partiklar i gasen, men vi kan tala om ett medelvärde för den kinetiska energin. Temperatur är ett mått på den genomsnittliga rörelsen hos atomerna och molekylerna i ett ämne. Ju snabbare partiklarna vibrerar, roterar eller krockar med varandra, desto högre är temperaturen.

Eftersom temperatur mäter partiklars rörelse finns det en gräns nedåt. När ett ämne kyls ner rör sig partiklarna allt långsammare. Till slut nås en punkt där all termisk partikelrörelse helt har upphört. Denna punkt kallas för den absoluta nollpunkten och definierar startpunkten för temperaturskalan Kelvin (K), som är SI-enhet för temperatur. Det finns alltså inga negativa temperaturer i Kelvin, vilket är praktiskt i vetenskapliga sammanhang. Celsiusskalan är istället definierad utifrån när vatten fryser ( $0^{\circ}$0^∘C ) och kokar ( $100^{\circ}$100^∘C ). Detta är praktiskt i vardagliga sammanhang. Det är därför viktigt att kunna omvandla mellan dessa två temperaturskalor.

En grad på kelvinskalan är lika mycket som en grad på celsiusskalan. När vi omvandlar mellan skalorna behöver vi bara addera eller subtrahera  $273,15$273,15 .

Värme och temperatur hänger ihop, men beskriver olika saker, och det är viktigt att ha koll på skillnaden.

• Temperatur: Ett mått på hur mycket atomerna eller molekylerna rör på sig i ett ämne (deras genomsnittliga rörelseenergi).
• Termisk energi (kallas även inre energi): Den totala energin inuti ett föremål på grund av atomernas struktur och rörelse (rörelseenergi och potentiell energi i kemiska bindningar).
• Värme: Själva transporten av den termiska energi från ett varmare till ett kallare område.

Sammanfattningsvis kan vi alltså säga att ett föremål har en temperatur och en termisk energi, men det överför värme.

Värme är alltså termisk energi i överföring. Denna energi flödar alltid spontant från ett varmare till ett kallare område, aldrig tvärtom, och kan överföras på tre sätt – ledning, strömning och strålning.

Ledning (konduktion)
Energin sprids genom att partiklar är i direktkontakt och krockar med varandra. T ex när du håller i ett varmt handtag och energi överförs till din hand.

Strömning (konvektion)
Energi flyttas genom att en varm gas eller vätska rör sig. T ex varmt vatten som rör sig i en kastrull eller varm luft som stiger ovanför ett element.

Strålning
Energi överförs som elektromagnetisk strålning, vilket inte kräver något medium utan kan även ske i vakuum. T ex energi från solen genom rymden eller energi från en eld.