I. CALDURA SI ENERGIA TERMICA   

  Multa vreme , savantii s-au intrebat, fara succes asupra adevaratei "naturi a focului". Spre sfarsitul secolului al XVIII-lea , cativa cercetatori inventivi au imaginat o serie de experimente si teorii pentru a lamuri aceasta problema si a stabili relatia existenta intre caldura si temperatura. Apoi ei s-au straduit sa explice functionarea masinilor cu abur, care transformau energia termica in energie mecanica. Au descoperit atunci ca aceasta , caldura, este o marime "susceptibila, de crestere sau scadere". Astazi este bine cunoscuta legatura stransa care exista intre caldura si energia termica. In fizica se vorbeste despre caldura ca fiind un mod de propagare a energiei.
  In ciuda aparentei sale simplitati si a caracterului evident pe care il au efectele sale, caldura a ramas o enigma a fizicii, in timp ce fenomenele aparent mult mai complicate au putut fi lamurite. Pana la mijlocul secolului al XIX-lea, caldura a fost considerata de multi drept substanta materiala, adaugata materiei propriu-zise; incalzirea unui corp indica un adaos suplimentar din aceasta substanta.
  Primul pas a fost facut de catre Rumford (1753-1814) la sfarsitul secolului al XVIII-lea. El si-a amintit de teoriile mai vechi ale lui Boyle si ale altora, potrivit carora, caldura este asociata cu vibratii ale unor particule. El a efectuat alte experimente care au aratat ca nu exista limite in producerea caldurii si, in cele din urma a formulat cutezatoarea afirmatie : "Caldura este MISCARE" 

    Aceasta afirmatie este frecvent citata ca o dovada a marii perspicacitati a lui Rumford. Dar ce fel de miscare este caldura? Cum se produce ea? Ce se intampla cu miscarea atunci cand un corp se raceste?

   Caldura este o proprietate a materiei si nu ceva ce este adaugat din exterior. S-a dovedit mai tarziu ca aceasta este o forma de energie cinetica. Urmatorul pas necesar era acela de a stabili daca exista vreun raport cantitativ, dar inaintea unor asemenea investigatii, trebuiau adunate mai multe date, cunoscute proprietatile termice ale materiei si in special cu cat creste temperatura lor ca urmare a unui aport de caldura. Aceasta proprietate este denumita CALDURA SPECIFICA - respectiv cantitatea de caldura necesara pentru a ridica cu o unitate temperatura unei unitati de masa a unui anumit corp.

  Joseph Black , un fizician si chimist franco-scotian, de la sfarsitul secolului al XVIII-lea a fost primul care a facut distinctia intre caldura si temperatura. Caldura reprezinta energia transmisa de la un corp la altul pe baza miscarii moleculelor ce alcatuiesc corpurile respective. Ori, intr-un corp oarecare, miscarea dezordonata a miliarde de molecule care il alcatuiesc , nu reprezinta nimic altceva decat energia sa termica. Ce este atunci temperatura? Este masura gradului de agitatie moleculara, adica masura energiei medii a moleculelor. Doi litri de apa clocotita contin de doua ori mai multa energie termica decat un litru de apa clocotita, deoarece contin de doua ori mai multe molecule. Dar apa clocotita ramane la aceeasi temperatura, indiferent daca e vorba de unul sau de doi litri: energia medie a moleculelor de apa este aceeasi in cele 2 cazuri. Unitatea de masura a energiei si caldurii se numeste Joule (simbol J), a temperaturii este gradul Kelvin (simbol K) sau gradul Celsius (simbol °C). Termometrele sunt instrumentele de masura.(Anexa)

II. TRANSFERUL CALDURII

Corpurile isi modifica temperatura cedand sau absorbind caldura din mediu. Transferul caldurii intre corpuri se poate face fie in urma contactului dintre acestea, fie la distanta. Exista trei modalitati de realizare a acestui transfer: conductie, convectie si radiatie.

A) Transferul caldurii prin conductie:

  Cum se propaga energia termica? Atunci cand incalzim unul din capetele unei bare metalice , caldura se propaga cu repeziciune catre celalalt capat. Spunem astfel ca metalele sunt conductoare termice. Nu toate substantele solide sunt bune conducatoare de caldura. Asfel, materialele cum sunt lemnul, sticla , plasticul nu conduc atat de bine caldura. Ele se numesc izolatoare termice. Acesta este si motivul pentru care vasele de bucatarie sunt adesea facute din metal, tocmai datorita faptului ca metalul este un conductor care propaga bine caldura de la sursa de foc catre alimente, in timp ce manerele acestora sunt confectionate din lemn sau plastic, materiale izolante, care il feresc pe cel care utilizeaza aceste obiecte sa nu se arda la maini. 
  Lichidele, cu exceptia metalelor in stare topita (mercur), sunt slabe conducatoare termice.
  De ce energia termica nu se propaga mereu in acelasi mod? Intr-un corp solid, lichid sau gazos, moleculele se afla intr-o miscare permanenta. A incalzi un obiect inseamna a intensifica aceasta miscare. 
  Fizicianul francez Sadi Carnot (1796-1832) a definit caldura ca fiind "o miscare printre particulele unui corp". Aceasta agitatie se propaga rapid in metale, care sunt conductoare. Ea ramane insa localizata, nu se propaga, in materialele izolatoare precum lemnul.

  Aplicatie

  Gheata care nu se topeste in apa clocotita.
   Se ia o eprubeta, se umple cu apa, se cufunda in ea o bucatica de gheata si pentru ca acesta sa nu se ridice lasuprafata, se pasa cu o elice de plumb sau o mica greutate de cupru; astfel incat, apa sa aiba accesul liber la gheata. Se apropie eprubeta de flacara unei lampi cu spirt, asfel incat flacara sa incalzeasca doar partea de sus a eprubetei. In curand apa incepe sa fiarba, degajand nori de vapori. Dar se intampla un lucru curios : gheata de la fundul eprubetei nu se topeste.
   Secretul consta in aceea ca la fundul eprubetei apa nu fierbe, ea ramane rece. Fierbe doar in partea superioara. Nu avem "gheata in apa clocotita" ci "gheata sub apa clocotita" . Dilatandu-se din cauza caldurii, apa devine mai usoara si nu coboara la fund. Curentii de apa calda si amestecarea straturilor se vor produce numai in partea de sus a eprubetei, fara a cuprinde si paturile dense de jos. Incalzirea poate fi transmisa in jos numai prin conductibilitatea termica care, la apa, este foarte mica.

B) Transferul caldurii prin convectie

   Convectia reprezinta transferul de caldura provocat de deplasarea unei portiuni calde a substantei in interiorul acesteia, avand ca efect formarea unor curenti. Corpurile nu intra in contact, spre deosebire de transferul caldurii prin conductie.
   De ce se incalzeste tot continutul uni vas pus pe foc, desi numai fundul acestuia este in contact direct cu sursa de caldura? Acest fenomen se explica prin curentii de convectie care transporta caldura dinspre regiunile calde catre cele reci. Acesti curenti apar si circula in toate fluidele (lichide sau gaze) in care exista diferente de temperatura.
   Atat conductia cat si convectia sunt modalitati de transfer a caldurii ce necesita existenta unui suport material solid, lichid sau gazos.

 Aplicatie

   Daca dorim sa incalzim apa, asezam corpul care urmeaza a fi incalzit deasupra flacarii, nu alaturi de ea. Dar cum procedam daca dorim sa racim un corp cu ajutorul ghetii? 
   Multi aseaza obiectul deasupra ghetii, dar acest procedeu nu este corect: aerul de deasupra ghetii, racindu-se, coboara, fiind inlocuit cu aerul inconjurator care este cald. De aici, rezulta o concluzie practica: daca vreti sa raciti o bautura sau o mancare, nu o asezati pe gheata, ci sub gheata. In acest fel se explica si constructia frigiderelor. Daca asezam vasul cu apa pe gheata, atunci se va raci numai patura inferioara de lichid, restul fiind inconjurat de aer neracit.      Dimpotriva, daca asezam un cub de gheata pe capacul vasului, atunci racirea continutului va decurge mai repede. Straturile superioare de lichid racite vor cobori, fiind inlocuite de lichidul cald, care se ridica, pana cand se va raci intregul continut al vasului. Pe de alta parte, aerul racit din jurul ghetii va cobori si el si va inconjura vasul.