Termodynamika

Bąbelki w ogrzewanej wodzie nie zawsze są jeszcze parą wodną. Wilgotna powierzchnia zimnego kubka też nie musi przeciekać. Dwie próby kontrolne pomagają odróżnić te wyjaśnienia.

Podczas topnienia temperatura może prawie nie rosnąć, mimo dopływu energii. Z kolei dwie łyżeczki w tej samej wodzie mogą różnie szybko przekazywać ciepło. To różne pytania do różnych doświadczeń.

Temperatura końcowa mieszaniny nie jest zwykłą średnią dwóch temperatur w każdej sytuacji. Decydują masy, ciepła właściwe i energia wymieniona z naczyniem oraz otoczeniem. Pomiar powinien pozwolić ocenić te wpływy.

Gaz może wrócić do tej samej temperatury i objętości, a mimo to wykonać pracę netto. W cyklu stan końcowy jest początkowym, ale droga pomiędzy nimi ma znaczenie dla pracy i wymiany ciepła.

Pompa ciepła może oddać do ogrzewanego pomieszczenia więcej energii niż zużywa w postaci pracy. Nie tworzy energii: część pobiera z chłodniejszego otoczenia. Jej współczynnik wydajności nie jest zwykłą sprawnością silnika.

Taka sama zmiana temperatury gazu nie oznacza zawsze takiego samego dostarczonego ciepła. Gaz może równocześnie przesuwać tłok i wykonywać pracę. Trzeba rozpoznać drogę przemiany.

Lód pływa po wodzie, a jezioro zwykle zamarza od góry. Te obserwacje mają wspólne wyjaśnienie: związek temperatury, struktury i gęstości wody nie jest w całym zakresie taki jak dla większości prostych cieczy.

Metalowa łyżka i drewniana deska mogą mieć tę samą temperaturę, choć w dotyku wydają się inne. Odczucie zależy od szybkości przekazywania energii. Nie jest bezpośrednim wskazaniem termometru.

W gazie nie wszystkie cząsteczki poruszają się z tą samą szybkością. Temperatura wiąże się ze średnią energią ich chaotycznego ruchu, a nie z prędkością jednej wybranej cząsteczki.

Cienka i gruba warstwa tego samego materiału nie przewodzą tej samej mocy cieplnej przy jednakowej różnicy temperatur. Nie wystarczy znać nazwę izolatora. Potrzebujemy także grubości, powierzchni i warunków na obu stronach.

Metalowy pierścień ogrzewamy równomiernie. Czy jego otwór się zmniejszy, bo materiał rozszerza się do środka? Nie. Przy swobodnym rozszerzaniu rosną wszystkie odległości, również średnica otworu.

Układ może zwiększyć entropię, nie otrzymując ciepła z otoczenia. Swobodne rozprężanie gazu jest takim przykładem. Błąd w rozumowaniu pojawia się wtedy, gdy wzór na zmianę entropii w procesie odwracalnym stosujemy wprost do rzeczywistego procesu nieodwracalnego.