Strona główna Fizyka Zapytaj fizyka Pytania: Świat cząsteczek Co to jest ciepło?

Co to jest ciepło?

Pytający: Łukasz

Pytanie: Czy ciepło Q z termodynamiki jest promieniowaniem EM (fotonami, kwantami gamma)? W podręcznikach traktuje się te dwa działy fizyki tak odrębnie że nie wiadomo właściwie co jest czym. Czy mówiąc przekazywanie ciepła mówimy o rozpraszaniu się fotonów o częstotliwościach w podczerwieni, czy tym jest ciepło? Czy tzn. że takie fotony to ciągłe przyjmowania i oddawanie energii przez cząsteczki w wyniku zderzeń, drgań? Ale czy z drgań może powstać foton? Zderzenie tak naprawdę nie następuje tylko jest zbliżenie na odległość przy której następuje odpychanie, czyli jakby "wyciśniecie" energii przy zderzeniu, a drgania robią coś podobnego? Czy może zupełnie mylę pojęcia?

Odpowiada: Jan Gaj

Odpowiedź:

Obraz przedstawiony w pytaniu uważam za sensowny, jednak jest to tylko jeden ze sposobów przepływu ciepła.

Rozwinięcie:

W termodynamice ciepło to przekazywanie energii wewnętrznej czyli energii cząsteczek. Może to być energia kinetyczna (ruch cząsteczek w gazie) lub potencjalna (energia wiązania cząsteczek wody w lód). Przekazywanie energii cząsteczek przy przepływie ciepła realizuje się zazwyczaj przez zderzenia między nimi. Takimi "cząsteczkami" rozumianymi termodynamicznie mogą być także fotony. Wtedy przepływ ciepła może się realizować przez wymianę fotonów. Drgania mogą prowadzić do wytwarzania fotonów, jeżeli cząstka drgająca jest naładowana. Oddziaływanie między naładowanymi cząstkami (na przykład elektronami) można przedstawiać jako wymianę fotonów, jest to jednak najczęściej raczej sposób opisu niż rzeczywistość (mówimy wtedy o fotonach wirtualnych).  Warto też pamiętać, że fizyka zna siły inne niż elektromagnetyczne (na przykład silne oddziaływanie jądrowe).

Jeszcze jeden komentarz: zderzenie w fizyce jest raczej sposobem opisu niż kategorią zjawisk. O zderzeniu mówimy, gdy nie chcemy rozważać szczegółów oddziaływania, ale porównujemy stan układu (na przykład dwóch cząstek) przed oddziaływaniem i po nim.