Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Η έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

Η αφή και η όραση

Την πανάρχαια εμπειρία του «να γίνεται ένα σώμα πιο ζεστό από όσο ήταν», εμπειρία που σχετίζεται με την αίσθηση της αφής, σχετικά νωρίς – ήδη από την εποχή του Γαλιλαίου - η ανθρώπινη σκέψη τη συσχέτισε με την εμπειρία της «αύξησης του όγκου του», εμπειρία που σχετίζεται με την αίσθηση της όρασης . Το αντικείμενο που θερμαίνεται παρουσιάζει αύξηση του όγκου, και αν είναι υγρό ή αέριο η αύξηση είναι σημαντική.

Το «πόσο ζεστό» γίνεται ποσοτική έννοια. Το θερμόμετρο.

Εξυπακούεται ότι η εμπειρία «αύξηση του όγκου» είχε ένα πλεονέκτημα σε σχέση με την αίσθηση του πιο ζεστού. Ήταν δυνατόν να ΜΕΤΡΗΘΕΙ .

Η σκέψη των ερευνητών οδηγήθηκε στην ιδέα ότι «το πόσο ζεστό» θα μπορούσε να γίνει ποσότητα και να μετριέται μέσω του φαινομένου διαστολή και οδήγησε στο θερμοσκόπιο του Γαλιλαίου, με το οποίο μπορούσε μέσα από την όραση να διαπιστώνει εάν ένα σώμα ζεστάθηκε ή και ανάμεσα σε δύο σώματα το «ποιο είναι το πιο ζεστό» και ένα περίπου αιώνα αργότερα – 1724 – ο γερμανικής καταγωγής Gabriel Fahrenheit - θα επινοήσει και θα κατασκευάσει ένα θερμόμετρο με γυαλί και υδράργυρο, τα ίδια υλικά που είχε χρησιμοποιήσει 80 χρόνια νωρίτερα, για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, ο Τοριτσέλι. Με το θερμόμετρο μπορούσαν να μετρούν θερμοκρασιακές μεταβολές συγκρίνοντας μήκη στήλης υδραργύρου να ενώ λίγες δεκαετίες αργότερα στη Σουηδία ο αστρονόμος Anders Celsius – ‘Αντερς Κέλσιους -πρότεινε την εκατονταβάθμια κλίμακα.

Αφού επινοήθηκαν τρόποι να μετρηθεί, το «πόσο ζεστό είναι ένα σώμα», έγινε τελικά έννοια με το όνομα temperature, λέξη των ευρωπαίων¹ δημιουργημένη από το λατινικό temperature – οι έλληνες το είπαν θερμοκρασία - , ενώ για το όνομα που θα έδιναν στο όργανο μέτρησής της αξιοποιήθηκε η ελληνική γλωσσική δεξαμενή. Η λέξη thermometer για τους Άγγλους, για τους Σουηδούς και για τους Γερμανούς – για τους Γάλλους thermomètre, για τους Ιταλούς termometro - οι Έλληνες το είπαν βέβαια θερμόμετρο.

Για την εδραίωση της έννοιας θερμοκρασία πρωταγωνίστησε ο μεγαλύτερος χημικός της εποχής, ο Σκωτσέζος Joseph Black, Τζόζεφ Μπλακ. Το 1760, παρουσίασε μια εργασία - μοντέλο για τις διαδρομές της ανθρώπινης σκέψης προκειμένου να εκτιμήσει εάν μια «νοητική δομή» μπορεί να γίνει ποσότητα.

Ιταλοί, Γερμανοί, Σουηδοί, Βρετανοί, Γάλλοι συνέβαλαν στην οικοδόμηση της έννοιας.

Η έννοια θερμοκρασία ήταν ένα απόλυτα ευρωπαϊκό δημιούργημα.

Ο νόμος της διαστολής

Η θερμοκρασία έγινε «κάτι που το μετράμε με μεταβολή του όγκου», μια ποσότητα οι μεταβολές της οποίας είναι ανάλογες με τις αντίστοιχες μεταβολές όγκου που παρουσιάζει ένα σώμα όταν ζεσταθεί και ο λεγόμενος «νόμος της διαστολής» όταν διατυπώνεται δεν διακηρύσσει την αναλογία ΔV και ΔΤ V, η αναλογία είναι εξ ορισμού αποδεκτή, χωρίς αυτήν δεν θα είχαμε θερμόμετρο για να μετρήσουμε τις μεταβολές ΔΤ. Ο νόμος απαντά στο ερώτημα «από τι εξαρτάται η ΔV/ΔΤ;» η αύξηση του όγκου ανά μονάδα αύξησης της θερμοκρασίας ή, με άλλα λόγια» «από ποιους παράγοντες καθορίζεται η αναλογία ΔV και ΔΤ» και δίνει την απάντηση «από τον αρχικό όγκο και από κάποια ιδιότητα του υλικού η οποία παριστάνεται με τον συντελεστή διαστολής.

ΔV = V₀ α ΔΤ. Κάθε ουσία σε στερεά ή σε υγρή κατάσταση χαρακτηρίζεται από έναν δικό της συντελεστή διαστολής. Ο άργυρος έχει ένα δικό του συντελεστή διαστολής, όπως και ο χαλκός, ο κασσίτερος , το νικέλιο, ο σίδηρος. Από τα υγρά μεγάλο συντελεστή διαστολής έχει ο υδράργυρος. Όσο για το νερό μεταξύ 0 ^οC και 4 ^οC παρουσιάζει μια χαρακτηριστική «αυθάδεια». Θερμαινόμενο συστέλλεται .

Διαστολή των αερίων .

Στα τέλη του αιώνα με εδραιωμένη πλέον την πεποίθηση των χημικών ότι εκτός από τον αέρα υπάρχουν και άλλα αέρια ερευνητές, εφοδιασμένοι πλέον και με θερμόμετρο οι Γάλλοι κυρίως ερευνητές - ο Cesar Charles , Σεζάρ Σαρλ στα τέλη του 18^ου αιώνα και ο Gay Lussac, Γκε Λυσάκ,

δεκαπέντε χρόνια αργότερα - εστίασαν στη συμπεριφορά των αερίων.

Η διαστολή των αερίων μετά από θέρμανση υπό σταθερή πίεση έκρυβε ένα δεδομένο απρόβλεπτο. Οποιοδήποτε αέριο παρουσίαζε τον ίδιο συντελεστή διαστολής. Η εργαστηριακή εμπειρία έδειχνε ότι το οξυγόνο θερμαινόμενο κατά 1 ^οC παρουσίαζε αύξηση του όγκου κατά το 1/273 του αρχικού όγκου και το ίδιο ακριβώς συνέβαινε με το άζωτο, με το υδρογόνο, με το διοξείδιο του άνθρακα, με κάθε αέριο. Αυτό σήμαινε ότι κάθε αέριο με ορισμένο όγκο σε 0 ^οC παρουσίαζε ελάττωση του όγκου ψυχόμενο κατά 1 ^οC και ότι «υπήρχε μια θερμοκρασία, η – 273 ^οC, στην οποία ο όγκος κάθε αερίου θα μηδενίζονταν», κάτι απαγορευτικό διότι η θεμελίωση της επιστήμης από την εποχή του Newton βασιζόταν και στην αποδοχή του ότι «κάθε υλικό σώμα έχει όγκο»

Η έρευνα στη θέρμανση και την ψύξη ενός αερίου υπό σταθερό όγκο έδειξε ότι η ελάττωση της πίεσης ενός ψυχόμενου αερίου – αρχικής θερμοκρασίας ^οC – εξελισσόταν με τον ίδιο τρόπο, με συνέπεια στη θερμοκρασία – 273 ^οC κάθε αέριο να έχει μηδενική πίεση, γεγονός επίσης απαγορευτικό δεδομένου ότι ένα από τα θεμέλια της φυσικής των αερίων , από τον 17^ο αιώνα, ήταν ότι «ένα αέριο έχει πάντα πίεση».

Η χαμηλότερη θερμοκρασία του Κόσμου

Η θερμοκρασία – 273 ^οC θεωρήθηκε και εξακολουθεί να θεωρείται ένα απαγορευτικό όριο. Οι τιμές τις οποίες «επιτρέπεται»

να έχει η θερμοκρασία ενός οποιουδήποτε υλικού σώματος πρέπει να είναι μεγαλύτερες από το όριο αυτό.

Μερικές δεκαετίες αργότερα ο William Thomson- αργότερα Λόρδος Kelvin – πρότεινε

( 1848 On an Absolute Thermometric Scale) τη λεγόμενη απόλυτη κλίμακα θερμοκρασίας, με μηδέν στο «απαγορευμένο»

θερμοκρασιακό σημείο των – 273 ^οC .

Πρόκειται για την λεγόμενη και κλίμακα Kelvin την οποία, στον 20^ο αιώνα, μαζί με την αντίστοιχη μονάδα 1 Κ υιοθέτησε η Φυσική.

Η εξέλιξη της έννοιας θερμοκρασία και των σχετικών μετρήσεων

Στα χρόνια που ακολούθησαν, σε επίπεδο εμπειριών Μακρόκοσμου ² , η θερμοκρασία έγινε και

« κάτι που το μετράμε με μεταβολή ηλεκτρικής αντίστασης» για να εμπλουτιστεί και με το «στην περίπτωση αερίου κάτι που το μετράμε με τον όγκο, την πίεση και τον αριθμό των mol» και προς το τέλος του 19^ου αιώνα «κάτι που το μετράμε με το χρώμα της ακτινοβολίας που εκπέμπει» .

Τον 20^ο αιώνα, η ιδιαίτερα σημαντική μεταβολή της αντίστασης η οποία καταγράφεται κατά τις θερμοκρασιακές μεταβολές των ημιαγωγών αξιοποιήθηκε για τη κατασκευή του thermistor, ανακάλυψη που αξιοποιήθηκε για την κατασκευή θερμομέτρων σύγχρονης εποχής .

Ο μηδενικός νόμος της Θερμοδυναμικής.

Ο λεγόμενος μηδενικός νόμος της Θερμοδυναμικής αποδέχεται την κατάσταση « σύστημα σε θερμική ( θερμοκρασιακή ) ισορροπία υιοθετώντας την άποψη ότι η θερμική ισορροπία κάθε συστήματος περιγράφεται με μία μόνο καταστατική ιδιότητά του , τη θερμοκρασία του.

Σύμφωνα με τον νόμο «εάν δύο συστήματα βρίσκονται – τόσο το ένα όσο και το άλλο - σε θερμική ισορροπία με ένα τρίτο σύστημα , θα υφίσταται και θερμική ισορροπία μεταξύ τους» .

Ο νόμος συνέβαλε στο να γίνει αποδεκτή η υπόσταση της έννοιας θερμοκρασία. δεδομένου διακηρύσσει ότι υπάρχει μια έννοια θερμοκρασία για την τιμή της οποίας ισχύει η μεταβατική ιδιότητα και εάν δύο συστήματα έχουν ίσες θερμοκρασίες με ένα τρίτο θα έχουν και την ίδια θερμοκρασία μεταξύ τους.

Κατάδυση στον Μικρόκοσμο

Με τη «κατάδυση» στον Μικρόκοσμο η έννοια θερμοκρασία συνδέθηκε με την κίνηση των αδιάκοπα κινουμένων σωματιδίων. Η θεώρηση ότι η «τιμή της θερμοκρασίας ενός αερίου είναι ανάλογη προς τη μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων που το συγκροτούν» είναι μέχρι και σήμερα αποδεκτή. Η κινητική ενέργεια κάθε σωματιδίου λογίζεται ως προς το κέντρο μάζας του συστήματος των σωματιδίων. Η θερμοκρασία μηδέν η οποία, από τη σκοπιά των φαινομένων του Μακρόκοσμου θεωρείται απαγορευτική διότι σχετίζεται με μηδενισμό του όγκου ή της πίεσης, από τη σκοπιά του Μικρόκοσμου θεωρείται απαγορευτική διότι η μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων πρέπει να είναι μηδενική, γεγονός που σημαίνει ότι όλα τα σωματίδια θα είναι ακίνητα γεγονός απαγορευτικό για το μοντέλο σύμφωνα με το οποία τα σωματίδια κινούνται αενάως υπό οποιεσδήποτε συνθήκες

Το εννοιακό δίκτυο

Κάθε έννοια δεν υπάρχει παρά μόνο λόγω των σχέσεών της με άλλες έννοιες.

Είναι όπως στο δίχτυ, όπου κάθε θηλιά δεν έχει αυτόνομη ύπαρξη. Υπάρχει λόγω των άλλων θηλιών με τις οποίες συνδέεται. Έτσι το δίχτυ συνιστά ένα σύνολο. Τέτοια είναι σε γενικές γραμμές η δομή της εννοιακής σκέψης. Τα στοιχεία της είναι οι έννοιες. Χάρη στις δυνατότητες της γλώσσας σχηματίζουν τις θηλιές ενός αδιάσπαστου δικτύου που εμπεριέχει το σύνολο των γνώσεών μας.

Η Φυσική – αλλά και γενικότερα η ανθρώπινη σκέψη – είναι, εκτός των άλλων, και μια απέραντη οργάνωση εννοιών.

Το εννοιακό δίκτυο στην περιοχή της έννοιας θερμοκρασία. Έννοιες που ανήκουν στην περιοχή του εννοιακού δικτύου όπου βρίσκεται η θερμοκρασία, συνδεόμενες με κάποιο είδος θηλιάς μαζί της είναι

η θερμότητα, η εσωτερική θερμική ενέργεια, το μήκος, το εμβαδόν, ο όγκος, η πίεση, η ηλεκτρική αντίσταση, η ακτινοβολία, η ένταση ακτινοβολίας, το μήκος κύματος ακτινοβολίας , η απόδοση θερμικής μηχανής, η εντροπία .

Παραπομπές

1. Στη μεγάλη πλειονότητα των ευρωπαϊκών γλωσσών για το όνομα της έννοιας χρησιμοποιείται κάποιο παράγωγο του termperatura.

Οι Ρώσοι, λόγου χάρη, τη λένε температура ( προφέρεται τεμπερατούρα ) , οι Βούλγαροι температура, οι Αλβανοί temperatura,

οι Δανοί temperatur ( προφέρεται τέμ-πρατούρ), οι Ρουμάνοι temperatură . Οι μόνοι που χρησιμοποιούν λέξη μη προερχόμενη από το λατινικής καταγωγής temperatura είναι οι Φιλανδοί, οι Ούγγροι, οι Τούρκοι , οι Τσέχοι, οι Σλοβάκοι και οι Έλληνες . Οι Φιλανδοί την αποκαλούν lämpötila, οι Ούγγροι hőmérséklet ( προφέρεται χούμιερ-σίκλετ), οι Τούρκοι sıcaklık ( προφέρεται σιζάκλικ) , οι Τσέχοι και οι Σλοβάκοι teplota.

2. Στα χρόνια που ακολούθησαν η εργαστηριακή εμπειρία κατέγραψε ότι οι μεταβολές της θερμοκρασίας ενός σώματος – συστήματος επηρεάζουν εκτός από τον όγκο και την πυκνότητα στερεών υγρών και αερίων και την πίεση των αερίων και μια σειρά από άλλες ιδιότητες των υλικών, όπως η ταχύτητα του ήχου στον αέρα, ο δείκτης διάθλασης, η ηλεκτρική αντίσταση, το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, ενώ το 1895 ο Pierre Curie κατέδειξε ότι κάθε σιδηρομαγνητικό υλικό αν ξεπεράσει ορισμένη θερμοκρασία χάνει τις σιδηρομαγνητικές του ιδιότητες, το νικέλιο στους 627 Κ ( 354 ^οC ) , ο μαγνητίτης ( FeO.Fe₂O₃) στους 858 Κ ( 585 ^οC ) , ο σίδηρος σε 1043 Κ.