Warmte
Dit voorbeeld van de uitwisselbaarheid van warmte en arbeid als middelen om energie toe te voegen aan een systeem kan helpen om enkele misvattingen over warmte uit de weg te ruimen. Ik vond het idee in een artikeltje van Mark Zemansky, getiteld “The Use and Misuse of the Word ‘Heat’ in Physics Teaching” (Het gebruik en misbruik van het woord ‘warmte’ in het natuurkundeonderwijs). Een belangrijk idee uit dit voorbeeld is dat als je een gas met een hoge temperatuur voorgeschoteld krijgt, je niet kunt zeggen of het die hoge temperatuur heeft bereikt door verhitting, of door er arbeid aan te laten verrichten, of een combinatie van die twee.
Om de energie te beschrijven die een voorwerp bij hoge temperatuur heeft, is het geen juist gebruik van het woord warmte om te zeggen dat het voorwerp “warmte bezit” – het is beter om te zeggen dat het interne energie bezit als gevolg van zijn moleculaire beweging. Het woord warmte is beter gereserveerd om het proces te beschrijven van de overdracht van energie van een voorwerp bij hoge temperatuur naar een voorwerp bij lagere temperatuur. Zeker, je kunt een voorwerp met een lage inwendige energie tot een hogere inwendige energie brengen door het te verhitten. Maar je kunt de inwendige energie ook verhogen door er arbeid aan te verrichten, en aangezien de inwendige energie van een voorwerp van hoge temperatuur berust op de willekeurige beweging van de moleculen, kun je niet zeggen welk mechanisme werd gebruikt om het die energie te geven.
In het waarschuwen van zowel docenten als studenten voor de valkuilen van het verkeerd gebruiken van het woord “warmte”, adviseert Mark Zemansky na te denken over de jingle:
“Het onderwijzen van thermische fysica |
Niet verwijzen naar de “warmte in een lichaam”, of zeggen “dit voorwerp heeft twee keer zoveel warmte als dat lichaam”. Hij heeft ook bezwaar tegen het gebruik van de vage term “thermische energie” en tegen het gebruik van het woord “warmte” als werkwoord, omdat zij de misvattingen voeden, maar het is moeilijk om die termen te vermijden. Hij zou adviseren het begrip “interne energie” zo snel mogelijk te introduceren en te gebruiken. |
Zemansky wijst op de Eerste Wet van de Thermodynamica als een verhelderend verband. De eerste wet noemt zowel warmte als arbeid als methoden van energieoverdracht die een verandering in de inwendige energie van een systeem teweeg kunnen brengen. Daarna hebben noch de woorden arbeid noch warmte enig nut bij het beschrijven van de uiteindelijke toestand van het systeem – we kunnen slechts spreken van de inwendige energie van het systeem.
| Mechanisch equivalent van warmte | Eerste wet van de thermodynamica | Berekening |
Leave a Reply