می دانیم که ماده از ذرات ریزی به نام اتم و مولکول تشکیل شده است. مولکول ها می توانند آزادانه در طبیعت وجود داشته باشند و تمام خواص ماده را داشته باشند. مولکول ها در حال حرکت هستند و همچنین در بین آنها نیروی جاذبه دارند. مولکول ها به دلیل حرکت دارای انرژی جنبشی و به دلیل نیروی جاذبه دارای انرژی پتانسیل هستند. هنگامی که یک ماده گرم می شود (یا زمانی که یک ماده گرما را جذب می کند) مولکول ها سریعتر شروع به ارتعاش می کنند بنابراین انرژی جنبشی افزایش می یابد. هنگامی که ماده سرد می شود، حرکت مولکول ها کندتر می شود و در نتیجه انرژی جنبشی کاهش می یابد. انرژی جنبشی کل مولکول های ماده را انرژی جنبشی درونی و انرژی پتانسیل کل مولکول ها را انرژی پتانسیل داخلی آن می نامند. مجموع انرژی جنبشی داخلی و انرژی پتانسیل داخلی را کل انرژی داخلی یا انرژی گرمایی ماده می گویند. در واحد ژول اندازه گیری می شود.
در این درس می خواهیم یاد بگیریم:
هنگامی که دو جسم در دماهای مختلف در تماس باشند، گرما از یک جسم در دمای بالا به بدن در دمای پایین جریان می یابد . میانگین انرژی جنبشی یک ماده اندازه گیری دمای بدن است. وقتی میانگین انرژی جنبشی مولکول های یک ماده افزایش می یابد، دمای آن افزایش می یابد و اگر میانگین انرژی جنبشی مولکول های یک ماده کاهش یابد، دمای آن کاهش می یابد.
ماهیتابه را روی شعله نگه دارید. ماهیتابه زود داغ می شود، زیرا حرارت از روی شعله به ماهیتابه منتقل می شود. حالا ظرف را از روی شعله بردارید. به تدریج تابه خنک می شود زیرا حرارت از تابه به اطراف منتقل می شود. در هر دو مورد، گرما از یک جسم داغتر به یک جسم سردتر جریان می یابد.
آزمایش 1: فرض کنید دو شی داریم. جسم A با دمای 100 درجه سانتیگراد و جسم B با دمای 10 درجه سانتیگراد. هر دو جسم را در تماس با یکدیگر نگه دارید.
نتیجه: گرما از جسم A به B منتقل می شود تا زمانی که دما در هر دو جسم یکسان شود. فرض کنید جسم A به 50 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و دمای جسم سرد B به 50 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. این حالت به عنوان تعادل حرارتی شناخته می شود. در حالت تعادل حرارتی، انرژی گرمایی همچنان بین این دو جسم منتقل می شود اما جریان خالص انرژی گرمایی صفر است.
آزمایش 2: آب را در یک تابه کوچک گرم کنید. بعد از پنج دقیقه سعی کنید دسته تابه را بگیرید تا از روی شعله بردارید. فکر می کنید چه اتفاقی برای دستان شما می افتد؟ بلافاصله دست خود را از روی دسته فولادی بردارید. 
دست شما داغی تابه را احساس می کند. دلیل آن این است که مقداری از انرژی گرمایی از تابه به دست شما منتقل می شود. گرما از یک جسم گرم به یک جسم سرد در صورت تماس بین آنها منتقل می شود. در فیزیک می گوییم که انتقال گرما به وسیله ای نیاز دارد. رسانش حرارتی حرکت گرما از یک جسم به جسم دیگر است که در هنگام تماس با یکدیگر دمای متفاوتی دارند. در جامدات، به طور کلی، گرما با فرآیند رسانایی منتقل می شود.
مثال ها:
هادی ها و عایق ها
آیا همه مواد به راحتی گرما را هدایت می کنند؟ حتما مشاهده کرده اید که تابه فلزی مخصوص پخت و پز دارای دسته پلاستیکی یا چوبی است. می توانید یک ماهیتابه داغ را با نگه داشتن آن از روی دسته بدون آسیب دیدن بلند کنید. دلیل آن این است که اجسام مختلف به دلیل ماهیت ماده ای که از آن ساخته شده اند، مقادیر متفاوتی انرژی گرمایی را هدایت می کنند.
آزمایش 3:
آب را در یک تابه کوچک یا یک لیوان گرم کنید. برخی از اقلام مانند قاشق فولادی، ترازو پلاستیکی، مداد، و تقسیم کننده را جمع آوری کنید. یک انتهای هر یک از این مواد را در آب داغ فرو کنید. چند دقیقه صبر کنید و سپس این مقالات را یکی یکی با لمس انتهای فرو رفته بیرون بیاورید. مشاهدات خود را در یک جدول وارد کنید:
| مقاله | ساخته شده از | آیا طرف دیگر گرم می شود Y/N؟ |
| قاشق استیل | فلز | Y |
| تقسیم کننده | فلز | Y |
| مقیاس | پلاستیک | ن |
| مداد | چوب | ن |
موادی که اجازه می دهد گرما به راحتی از آنها عبور کند، رسانای گرما هستند. به عنوان مثال، آهن، فولاد، آلومینیوم، مس. موادی که اجازه نمی دهند گرما به راحتی از آنها عبور کند، رسانای ضعیف گرما مانند پلاستیک و چوب هستند. هادی های ضعیف به عنوان عایق شناخته می شوند.
آب و هوا رسانای ضعیف گرما هستند. سپس، انتقال حرارت در این مواد چگونه انجام می شود؟ اجازه دهید دریابیم!
آزمایش 4: دست خود را کمی بالای آتش قرار دهید. مراقب باش. دستان خود را در فاصله ایمن از شعله نگه دارید تا نسوزند.
نتیجه: گرمای آتش را احساس خواهید کرد. تا به حال یاد گرفتیم که انتقال حرارت بین اجسام در تماس با یکدیگر، پس چه چیزی باعث می شود که دستان ما گرمای آتش را بدون لمس آن احساس کنند؟ دلیل: مولکول های سیالات (مایع و گازها) دارای انرژی جنبشی هستند و همانطور که می دانیم انرژی جنبشی گاز به انرژی گرمایی یا دما بستگی دارد. مولکول‌های گازی که در تماس با آتش هستند، انرژی گرمایی آتش را جذب می‌کنند، در نتیجه انرژی جنبشی مولکول‌های گاز افزایش می‌یابد، بنابراین بالا می‌آیند و به دست شما برخورد می‌کنند. دست ها انرژی گرمایی این مولکول ها را جذب می کنند و شما احساس گرما می کنید.
اجازه دهید ببینیم که چگونه انتقال حرارت در مورد مایع اتفاق می افتد:
آزمایش 5: یک لیوان را بردارید و آن را پر از آب کنید و بالای شعله قرار دهید.
نتیجه: وقتی آب گرم می شود، آب نزدیک شعله داغ می شود. هنگامی که مولکول های آب با جذب انرژی گرمایی چگالی کمتری پیدا می کنند، آب گرم بالا می رود. آب سرد از طرفین به سمت منبع گرما به سمت پایین حرکت می کند. این آب نیز گرم می شود و بالا می آید و آب از طرفین به سمت پایین حرکت می کند. این روند تا زمانی ادامه می یابد که کل آب گرم شود.
این حالت انتقال حرارت به دلیل حرکت توده ای سیالات به عنوان همرفت شناخته می شود.
مثال ها:
وقتی زیر آفتاب بیرون می آییم، احساس گرما می کنیم. گرمای خورشید چگونه به ما می رسد؟ نمی تواند از طریق رسانش یا همرفت به ما برسد زیرا در بیشتر قسمت های فضای بین زمین و خورشید هیچ وسیله ای مانند هوا وجود ندارد. از خورشید گرما با فرآیند دیگری به نام تابش به ما می رسد. انتقال گرما توسط تشعشع به هیچ وسیله ای نیاز ندارد. چه رسانه ای وجود داشته باشد چه نباشد، می تواند اتفاق بیفتد.
هر جسمی گرما ساطع می کند. بدن ما نیز به محیط اطراف گرما می دهد و با تابش گرما را از آن دریافت می کند. وقتی این گرما روی جسمی می افتد، بخشی از آن منعکس می شود، بخشی جذب می شود و ممکن است بخشی منتقل شود. دمای جسم به دلیل قسمت جذب شده از گرما افزایش می یابد.
آزمایش 6: دو ظرف فلزی یکسان بردارید، یکی سیاه و دیگری سفید. در هر کدام به مقدار مساوی آب بریزید و بگذارید حدود یک ساعت در آفتاب نیمه روز بماند.
نتیجه: دمای آب را در هر دو ظرف اندازه گیری کنید. دمای آب در ظرف مشکی بیشتر از ظرف سفید رنگ است. اجسام سیاه جاذب خوب تشعشعات هستند در حالی که اجسام سفید جاذب بد یا منعکس کننده خوب تشعشعات هستند.
مثال ها:
