toplina

toplina (količina topline) (znak Q), fizikalna veličina kojom se opisuje energija koja prelazi s toplijega tijela na hladnije. Mjerna jedinica topline jest džul (J); stara jedinica bila je kalorija (1 cal = 4,186 J). Toplina koja se izmjenjuje pri dodiru dvaju tijela različitih temperatura ovisi o masi m tijela, specifičnom toplinskom kapacitetu c tvari od koje se tijelo sastoji te o temperaturnoj razlici ΔT: Q = cmΔT. Subjektivni osjećaj topline dobiva se dodirom s tijelima kojima je temperatura viša (toplo) ili niža (hladno) od temperature ljudskoga tijela. Toplina se objektivno mjeri promatranjem djelovanja ugrijanih tijela na druga tijela. Toplinsko širenje je svojstvo tvari da pri promjeni temperature mijenja svoj volumen. (→ kalorimetrija)

Povijesni razvoj

Prve teorije o toplini osnivale su se na shvaćanju da je toplina tvar koja se nalazi pohranjena u svakom tijelu, te da dodirom prelazi iz toplijega tijela u hladnije. To se shvaćanje počelo mijenjati kada je potkraj XVIII. st. Rumford uočio da je toplina razvijena pri bušenju topovskih cijevi razmjerno utrošenomu radu. James Prescott Joule eksperimentalno je 1843. pokazao da rad može prelaziti u toplinu. Jouleova toplina je toplina koju proizvede električna struja prolaskom kroz vodič tijekom nekoga vremena, jednaka je umnošku električnoga otpora, kvadrata električne struje i vremena.

Sredinom XIX. st. razvili su Rudolf Julius Emanuel Clausius, Ludwig Boltzmann i dr. kinetičku teoriju plinova prema kojoj je toplina rezultat mehaničkoga gibanja molekula. To je gibanje prvi uočio Robert Brown (→ brownovo gibanje). U kinetičkoj teoriji plinova temperatura tijela dovodi se u vezu s prosječnom kinetičkom energijom mehaničkoga gibanja molekula. Zagrijavanje tijela je povećanje kinetičke energije molekula. (→ taljenje; termodinamika)

Prijenos topline

Toplina se prenosi vođenjem, strujanjem i zračenjem.

Vođenje (kondukcija) prijenos je topline tako da se dio tijela zagrijava izravnim dodirom s izvorom topline, a susjedni se dijelovi redom dalje zagrijavaju. Ako se, npr., jedan kraj metalnoga štapa stavi u peć, toplina se po štapu širi vođenjem. Brzina prenošenja topline to je veća što je veća temperaturna razlika, a ovisi i o samoj tvari. Budući da su dobri vodiči električnoga naboja (metali) ujedno i dobri vodiči topline, toplinska se vodljivost pripisuje ponajprije gibanju slobodnih elektrona.

Strujanje (konvekcija) prijenos je topline u tvarima koje mogu strujati, tj. u tekućinama i plinovima. Strujanje nastaje zbog promjene gustoće zagrijavanjem. Ako se, npr., voda grije odozdo, donji se slojevi vode ugriju, rašire i smanji im se gustoća, pa se ugrijana voda diže nad hladnu. Slično nastaju i vjetrovi u atmosferi.

Zračenje (radijacija) prijenos je topline među tijelima koja nisu u dodiru, zagrijano tijelo emitira elektromagnetsko zračenje, a hladnije tijelo zagrijava se apsorpcijom energije zračenja. Tako Zemlja prima toplinu od Sunca.

toplina. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 11.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=61787>.