Warmte en temperatuur wetenschappelijk bekeken

Natuurkunde is het bestuderen van warmte, geluid, magnetisme, electriciteit, licht - de eigenschappen van de stof en van energie. Stof is de hele wereld om ons heen - alles wat we kunnen zien, voelen, ruiken, horen. In deze special beperken we ons tot het begrip warmte. We weten al lang dat de zon onze belangrijkste warmtebron is. Pas de laatste eeuwen weten we hoe warmte gemeten kan worden en wat het het verschil is tussen temperatuur en warmte.

Warmte en energie

Het zonlicht dat de aarde verwarmt en vruchtbaarheid schenkt, is een vorm van energie. Er is voedingskracht in een rijpe appel en miljoenen paardekrachten sluimeren in de kalme blauwe wateren van een bergmeer. Vóór de 18 e eeuw dachten de geleerden dat warmte een stof was die van een warm lichaam naar een koud lichaam stroomde. Tegenwoordig, nu we de atomaire structuur van de materie goed begrijpen, is het mogelijk om warmte te omschrijven in termen van moleculaire beweging.

Er zijn twee soorten energie in de materie om ons heen:

• De potentiële energie, ook wel opgeslagen energie genoemd.
• De kinetische energie of energie in beweging.

Een gewicht dat opgehangen is, een gespannen veer, een hoop steenkool: zij allen beschikken over energie. De energie is door de plaats van het gewicht, de spanning van de veer en de chemische structuur van de steenkool. Deze soort opgeslagen energie wordt potentiële energie genoemd. Het is energie die vrijgemaakt moet worden om arbeid te kunnen verrichten. Als men het gewicht laat vallen zal zijn potentiële energie (die het te danken heeft aan zijn positie boven de vloer) omgezet worden in energie van beweging, die we kinetische energie noemen. Een vallend gewicht, een voetbal in zijn vlucht, een rijdend voertuig: allen bezitten kinetische energie. Als de veer ontspannen wordt, springt hij terug en veroorzaakt daardoor trilling en warmte. Zowel warmte als trilling zijn vormen van materie in beweging, van kinetische energie dus. Verbranden we de steenkool dan ontstaan warmte en licht, beide een vorm van kinetische energie.

Beweging binnen de stof

Vóór de 18e eeuw dachten de geleerden dat warmte een stof was, die van een warm lichaam naar een koud lichaam stroomde. Tegenwoordig, nu we de atomaire structuur van de materie goed begrijpen en kennen, is het mogelijk om warmte te omschrijven in termen van moleculaire beweging. De warmte van een lichaam is de totale kinetische energie van al zijn moleculen. Deze special laat zien hoe de kinetische energie van de moleculen bepaalt of een stof vast, vloeibaar of gasvormig is. Ook wordt het belangrijke verschil beschreven tussen warmte en temperatuur en hoe warmte gemeten kan worden.

Bij deze special horen de volgende artikelen:
1. Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
2. Verschil tussen warmte en temperatuur
3. Verandering in stoffen door verwarming
4. Hoe verplaatst de warmte zich?
5. Opgeslagen warmte: natuurkundig verklaard