Sappiamo che la materia è composta da minuscole particelle chiamate atomi e molecole. Le molecole possono esistere liberamente in natura e possedere tutte le proprietà della materia. Le Molecole sono in movimento e anche loro hanno la forza di attrazione tra di loro. A causa del movimento le molecole hanno energia cinetica e, a causa della forza di attrazione, hanno energia potenziale. Quando una sostanza viene riscaldata (o quando una sostanza assorbe calore) le molecole iniziano a vibrare più velocemente, quindi l'energia cinetica aumenta. Quando la sostanza si raffredda il moto delle molecole rallenta e quindi l'energia cinetica diminuisce. L'energia cinetica totale delle molecole della sostanza è chiamata la sua energia cinetica interna e l'energia potenziale totale delle molecole è chiamata la sua energia potenziale interna. La somma dell'energia cinetica interna e dell'energia potenziale interna è chiamata energia interna totale o energia termica della sostanza. Si misura nell'unità joule.
In questa lezione impareremo:
Quando due corpi a temperatura diversa sono tenuti in contatto, il calore fluisce da un corpo ad alta temperatura verso il corpo a bassa temperatura . L'energia cinetica media della sostanza è una misura della temperatura del corpo. Quando c'è un aumento dell'energia cinetica media delle molecole di una sostanza, la sua temperatura aumenta, e se c'è una diminuzione dell'energia cinetica media delle molecole di una sostanza, la sua temperatura diminuisce.
Tieni una padella sul fuoco. La padella si scalda presto, perché il calore passa dalla fiamma alla padella. Ora togli la padella dal fuoco. A poco a poco la padella si raffredderà perché il calore viene trasferito dalla padella all'ambiente circostante. In entrambi i casi, il calore fluisce da un oggetto più caldo a un oggetto più freddo.
Esperimento 1: Diciamo di avere due oggetti. L'oggetto A ha una temperatura di 100 o C e l'oggetto B ha una temperatura di 10 o C. Mantenere entrambi gli oggetti in contatto l'uno con l'altro.
Risultato: il calore si trasferirà dall'oggetto A a B finché la temperatura non sarà la stessa in entrambi gli oggetti. Supponiamo che l'oggetto A scenda a 50 ° C e la temperatura dell'oggetto freddo B salga a 50 ° C. Questo stato è noto come equilibrio termico. Nello stato di equilibrio termico, l'energia termica è ancora trasferita tra questi due oggetti ma il flusso netto di energia termica è zero.
Esperimento 2: Scaldare l'acqua in una piccola padella. Dopo cinque minuti cercate di impugnare il manico della padella per toglierla dal fuoco. Cosa pensi che succederà alle tue mani? Toglierai immediatamente la mano dalla maniglia in acciaio. 
La tua mano sentirà il calore della padella. Il motivo è che parte dell'energia termica viene trasferita dalla padella alla tua mano. Il calore si trasferisce da un oggetto caldo a uno freddo se c'è contatto tra di loro. In fisica, diciamo che il trasferimento di calore richiede un mezzo. La conduzione termica è il movimento del calore da un oggetto a un altro che ha una temperatura diversa quando si toccano. Nei solidi, generalmente, il calore viene trasferito per conduzione.
Esempi:
Conduttori e isolanti
Tutte le sostanze conducono facilmente il calore? Avrai notato che la padella metallica per cucinare ha il manico in plastica o in legno. Puoi sollevare una padella calda tenendola dal manico senza farti male. Il motivo è che oggetti diversi conducono quantità diverse di energia termica a causa della natura del materiale di cui sono fatti.
Esperimento 3:
Scaldare l'acqua in una piccola padella o in un bicchiere. Raccogli alcuni oggetti come un cucchiaio d'acciaio, una bilancia di plastica, una matita e un divisore. Immergi un'estremità di ciascuno di questi articoli in acqua calda. Attendere qualche minuto e quindi estrarre questi articoli uno per uno toccando l'estremità immersa. Inserisci la tua osservazione in una tabella:
| Articolo | Fatto di | L'altra estremità si surriscalda S/N? |
| Cucchiaio d'acciaio | Metallo | Y |
| Divisore | Metallo | Y |
| Scala | Plastica | N |
| Matita | Legna | N |
I materiali che consentono al calore di attraversarli facilmente sono conduttori di calore. Ad esempio, ferro, acciaio, alluminio, rame. I materiali che non si lasciano attraversare facilmente dal calore sono cattivi conduttori di calore come plastica e legno. I cattivi conduttori sono noti come isolanti.
L'acqua e l'aria sono cattivi conduttori di calore. Allora, come avviene il trasferimento di calore in queste sostanze? Scopriamolo!
Esperimento 4: metti la mano leggermente sopra il fuoco. Stai attento. Tenere le mani a distanza di sicurezza dalla fiamma in modo che non si brucino.
Risultato: Sentirai il calore del fuoco. Fino ad ora abbiamo imparato che il trasferimento di calore tra oggetti quando sono in contatto tra loro, allora cosa fa sentire le nostre mani il calore del fuoco senza toccarlo? Motivo: le molecole dei fluidi (liquidi e gas) possiedono energia cinetica e, come sappiamo, l'energia cinetica del gas dipende dall'energia termica o dalla temperatura. Le molecole di gas che sono in contatto con il fuoco assorbono l'energia termica dal fuoco, di conseguenza l'energia cinetica delle molecole di gas aumenta, quindi si alzano e colpiscono la tua mano. Le mani assorbono l'energia termica di queste molecole e ti senti caldo.
Vediamo ora come avviene il trasferimento di calore nel caso del liquido:
Esperimento 5: Prendi un bicchiere, riempilo d'acqua e mettilo sopra la fiamma.
Risultato: quando l'acqua viene riscaldata, l'acqua vicino alla fiamma diventa calda. L'acqua calda sale man mano che le molecole d'acqua diventano meno dense mentre assorbono l'energia termica. L'acqua fredda dai lati scende verso la fonte di calore. Anche quest'acqua si riscalda e sale e l'acqua dai lati si abbassa. Questo processo continua finché l'intera acqua non viene riscaldata.
Questa modalità di trasferimento del calore dovuta al movimento di massa dei fluidi è nota come convezione.
Esempi:
Quando usciamo al sole, ci sentiamo caldi. Come ci raggiunge il calore del sole? Non può raggiungerci per conduzione o convezione poiché non esiste un mezzo come l'aria nella maggior parte dello spazio tra la terra e il sole. Dal sole il calore ci arriva attraverso un altro processo noto come irraggiamento . Il trasferimento di calore per irraggiamento non richiede alcun mezzo. Può avvenire indipendentemente dalla presenza o meno di un medium.
Ogni oggetto irradia calore. Anche il nostro corpo cede calore all'ambiente circostante e ne riceve calore per irraggiamento. Quando questo calore cade su un oggetto, una parte viene riflessa, una parte viene assorbita e una parte può essere trasmessa. La temperatura dell'oggetto aumenta a causa della parte di calore assorbita.
Esperimento 6: Prendi due contenitori di metallo identici, uno nero e l'altro bianco. Versare una quantità uguale di acqua in ciascuno e lasciarli al sole di mezzogiorno per circa un'ora.
Risultato: misurare la temperatura dell'acqua in entrambi i contenitori. La temperatura dell'acqua nel contenitore nero è superiore a quella del contenitore bianco. Gli oggetti neri sono buoni assorbitori di radiazioni mentre gli oggetti bianchi sono cattivi assorbitori o buoni riflettori di radiazioni.
Esempi:
