Lämpö
Lämpöenergia
Lämpöenergia on yksi energian esiintymismuoto. Lämpö on energiaa, joka siirtyy lämpötilaeron vuoksi kappaleesta toiseen. Tällöin kylmempi kappale kuumenee ja kuumempi jäähtyy. Lopussa lämpötilaerot ovat tasoittuneet.
Toisaalta lämpöenergia voidaan käsittää myös aineen rakenneosasten liike-energiaksi. Kun aine lämpenee, aineen rakenneosasten lämpöliike lisääntyy.
Lämpötila
Lämpötila on suure (eli mitattava ominaisuus), joka kuvaa aineen rakenneosasten keskimääräistä liike-energiaa. Lämpötilaa mitataan lämpömittarilla. Lämpötilan mittayksikkö on 1 celsiusaste eli 1 °C. Fysiikassa mittayksikkönä voidaan käyttää myös kelvineitä.
Olomuodon muutokset
Aineen olomuodot ovat kiinteä, neste ja kaasu. Olomuotojen muutokset voidaan kuvata seuraavasti:
Alla olevalla simulaatiolla voit tutkia olomuodonmuutoksia itse.
Lämpölaajeneminen
Aineen lämmetessä aineen tilavuus yleensä kasvaa eli aine laajenee. Tämä on seurausta aineen rakenneosasten lämpöliikkeen lisääntymisestä. Aineen rakenneosaset, joiden liike-energia on suurempi, vaativat enemmän tilaa ympärilleen. Poikkeuksena on vesi, joka on tiheimmillään lämpötilassa + 4 °C.
Eri aineet laajenevat eri tavoin. Mitä enemmän ainetta lämmitetään, sitä enemmän se laajenee. Suuremmat kappaleet laajenevat absoluuttisesti enemmän.
Lämmön siirtyminen
Lämpö voi siirtyä johtumalla, kuljettumalla tai säteilemällä.
Kahden erilämpöisen kappaleen välillä lämpö siirtyy kuumemmasta kappaleesta kylmempään. Tällöin kappaleiden lämpötilaero tasoittuu.
Lämpöenergian varastoituminen
Eri aineet kykenevät varastoimaan lämpöä eri tavoin. Sanomme, että aineella, joka kykenee varastoimaan paljon lämpöä, on suuri ominaislämpökapasiteetti. Aineen, jolla on suuri ominaislämpökapasiteetti, lämmittäminen yhden celsiusasteen verran, vaatii paljon energiaa. Senpä vuoksi aineen havaitaan lämpenevän hitaammin. Tällaiset aineet myös luovuttavat lämpöä hitaammin ja siksi jäähtyvät hitaammin. Esimerkiksi vuolukivellä on suuri ominaislämpökapasiteetti ja siksi sitä käytetään takoissa lämmön varaamiseen.
Lämpöenergian tuottaminen
Lämpöenergiaa voidaan tuottaa polttamalla fossiilisia polttoaineita. Energia on sitoutunut aineeseen kemiallisena energiana, joka poltettaessa vapautuu pääasiassa lämpönä.
Myös ydinreaktiossa vapautuu suuri määrä lämpöenergiaa. Esimerkiksi Auringon energia on peräisin ydinreaktioista.
Vesi- ja tuulivoimaloilla ja aurinkopaneeleilla voidaan tuottaa sähköenergiaa, jota voidaan muuttaa lämpöenergiaksi vastuksen avulla.
Lämpötasapaino
Sanomme, että jokin systeemin on lämpötasapainossa, kun systeemistä poistuu yhtä paljon lämpöenergiaa kuin, mitä systeemi tuottaa lämpöenergiaa itse ja vastaanottaa sitä.
Tiedät, että kehossasi vallitsee lämpötasapaino, kun sinulla on sopivan lämmin olla. Voit säädellä lämpötasapainoasi lisäämällä tai vähentämällä vaatteita. Keho säätelee lämpötasapainoaan esimerkiksi hikoilulla. Tällöin keho poistaa lämpöenergiaa tehokkaammin.
Maapallolla vallitsee lämpötasapaino, jota kasvihuoneilmiö yllä pitää. Kasvihuonekaasujen liiallinen määrä voimistaa kasvihuoneilmiötä ja muuttaa lämpötasapainoa. Tästä seuraa maapallon keskilämpötilan nousu ja ilmastonmuutos.