Lämpö

Tämä esimerkki lämmön ja työn vaihdettavuudesta tekijöinä, jotka lisäävät energiaa systeemiin, voi auttaa hälventämään joitakin lämpöä koskevia väärinkäsityksiä. Löysin ajatuksen Mark Zemanskyn pienestä artikkelista ”The Use and Misuse of the Word ’Heat’ in Physics Teaching”. Yksi tämän esimerkin keskeinen ajatus on, että jos sinulle esitetään korkean lämpötilan omaava kaasu, et voi sanoa, onko se saavuttanut tuon korkean lämpötilan lämmittämällä sitä vai tekemällä siihen työtä vai näiden kahden yhdistelmällä.

Kuvaamaan energiaa, joka korkealämpöisellä kappaleella on, ei ole oikein käyttää sanaa lämpö sanomalla, että kappaleella ”on lämpöä” – on parempi sanoa, että sillä on sisäistä energiaa sen molekyylien liikkeen seurauksena. Sana lämpö on parempi varata kuvaamaan prosessia, jossa energiaa siirtyy korkealämpöisestä kappaleesta matalalämpöiseen kappaleeseen. Varmasti voit ottaa matalan sisäenergian omaavan esineen ja nostaa sen korkeampaan sisäenergiaan lämmittämällä sitä. Mutta sen sisäistä energiaa voi nostaa myös tekemällä siihen työtä, ja koska korkean lämpötilan kohteen sisäinen energia on molekyylien satunnaisessa liikkeessä, ei voi sanoa, millä mekanismilla sille on annettu energiaa.

Varoittaessaan opettajia ja oppilaita sanan ”lämpö” vääränlaisen käytön sudenkuopista Mark Zemansky neuvoo miettimään jingleä:

Zemansky viittaa termodynamiikan ensimmäiseen lakiin selventävänä suhteena. Ensimmäinen laki tunnistaa sekä lämmön että työn energiansiirtomenetelmiksi, joilla voidaan saada aikaan muutos systeemin sisäisessä energiassa. Sen jälkeen sanoilla työ tai lämpö ei ole mitään hyötyä systeemin lopputilan kuvaamisessa – voidaan puhua vain systeemin sisäisestä energiasta.