Ang bagay, ang sangkap kung saan binubuo ang lahat ng pisikal na bagay, ay nagpapakita ng isang hanay ng mga thermal properties na mahalaga sa pag-unawa sa mundo sa paligid natin. Ang mga katangiang ito—gaya ng temperatura, init, at thermal expansion—ay pinamamahalaan ng mga prinsipyo ng paglipat ng enerhiya at mga batas ng pisika.
Ang temperatura ay isang sukat ng average na kinetic energy ng mga particle sa isang substance, na kadalasang sinusukat sa degrees Celsius (°C), Fahrenheit (°F), o Kelvin (K). Ang init, sa kabilang banda, ay isang anyo ng paglipat ng enerhiya sa pagitan ng dalawang bagay o sistema dahil sa pagkakaiba ng temperatura. Ang yunit ng init sa International System of Units (SI) ay ang joule (J). Ang ugnayan sa pagitan ng init ( \(Q\) ), masa ( \(m\) ), tiyak na kapasidad ng init ( \(c\) ), at pagbabago ng temperatura ( \(\Delta T\) ) ay inilalarawan ng equation: \(Q = mc\Delta T\) Ang partikular na kapasidad ng init ay isang sukatan ng dami ng enerhiya ng init na kinakailangan upang baguhin ang temperatura ng isang kilo ng isang sangkap ng isang degree Celsius.
Kapag pinainit ang mga materyales, kadalasang lumalawak ang mga ito. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay kilala bilang thermal expansion at maaari itong maobserbahan sa mga solido, likido, at mga gas. Nangyayari ang thermal expansion dahil ang pagtaas ng temperatura ay nagreresulta sa pagtaas ng kinetic energy ng mga particle, na nagiging sanhi ng paghiwalay ng mga ito. Ang lawak ng thermal expansion ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng coefficient ng linear expansion ( \(\alpha\) ), para sa mga solido, na nagpapakita ng pagbabago sa haba ( \(\Delta L\) ) bawat unit length ( \(L\) ) bawat antas ng pagbabago sa temperatura ( \(\Delta T\) ): \(\Delta L = \alpha L \Delta T\) Para sa mga likido at gas, ang pagpapalawak ng volume ay mas nauugnay kaysa sa linear na pagpapalawak, at ito ay inilalarawan ng koepisyent ng volumetric expansion.
Ang mga pagbabago sa yugto ay mga pagbabagong-anyo sa pagitan ng solid, likido, at gas na mga bahagi ng isang substansiya at may kinalaman sa pagsipsip o pagpapalabas ng enerhiya nang hindi nagbabago ang temperatura. Ang mga pangunahing uri ng mga pagbabago sa bahagi ay kinabibilangan ng pagtunaw, pagyeyelo, pagsingaw, paghalay, sublimation, at deposition. Ang init na nauugnay sa pagbabago ng bahagi ay kilala bilang nakatagong init. Halimbawa, ang enerhiya na kinakailangan upang baguhin ang 1 kg ng yelo sa tubig nang hindi binabago ang temperatura ay tinatawag na nakatagong init ng pagsasanib ( \(L f\) ), samantalang ang enerhiya na kinakailangan upang gawing singaw ang 1 kg ng tubig nang walang pagbabago sa temperatura ay tinatawag ang nakatagong init ng vaporization ( \(Lv\) ): \(Q = mL_f\) para sa pagtunaw o pagyeyelo, \(Q = mL_v\) para sa vaporization o condensation.
Ang thermal energy ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng matter sa pamamagitan ng conduction, convection, at radiation. Ang pagpapadaloy ay ang paglipat ng init sa pagitan ng mga sangkap na direktang nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang thermal conductivity ( \(k\) ) ng isang materyal ay isang sukatan ng kakayahan nitong magsagawa ng init. Ipinapakita ng batas ng Fourier ng thermal conduction ang kaugnayan sa pagitan ng heat transfer rate ( \(Q/t\) ), thermal conductivity ( \(k\) ), area ( \(A\) ), temperature gradient ( \(\Delta T/L\) ), at kapal ng materyal ( \(L\) ): \(Q/t = kA(\Delta T/L)\) Ang convection ay ang paglipat ng init sa pamamagitan ng paggalaw ng mga likido (mga likido o gas ) dulot ng mga pagkakaiba sa temperatura. Kabilang dito ang bulk na paggalaw ng likido. Ang radyasyon ay ang paglipat ng enerhiya sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave at hindi nangangailangan ng daluyan upang magpalaganap. Ang lahat ng mga bagay ay naglalabas ng thermal radiation, at ang dami ng radiation na ibinubuga ay tumataas sa ikaapat na kapangyarihan ng temperatura ng bagay, tulad ng inilarawan ng batas ng Stefan-Boltzmann: \(P = \sigma AT^4\) kung saan \(P\) ay ang kapangyarihan na ibinubuga, \(\sigma\) ay ang Stefan-Boltzmann constant, \(A\) ay ang surface area, at \(T\) ay ang temperatura sa Kelvin.
Ang tubig ay may ilang natatanging katangian na nauugnay sa tiyak na kapasidad ng init nito at ang pag-uugali nito malapit sa 4°C. Ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig ay kapansin-pansing mataas, na nangangahulugang nangangailangan ito ng maraming enerhiya ng init upang mapataas ang temperatura nito, na nag-aambag sa papel nito bilang isang thermal buffer sa mga ecosystem. Bukod pa rito, naabot ng tubig ang pinakamataas na density nito sa 4°C; habang lumalamig ito sa ibaba ng temperaturang ito, lumalawak ito. Ang maanomalyang pagpapalawak na ito ay mahalaga para sa kaligtasan ng buhay na nabubuhay sa tubig sa malamig na klima, dahil nabubuo ang yelo sa ibabaw ng mga anyong tubig, na nag-insulate sa tubig sa ibaba.
Ang mga thermal properties ng matter ay may malawak na aplikasyon sa pang-araw-araw na buhay at industriya. Halimbawa, ang thermal expansion ay isinasaalang-alang sa disenyo ng mga tulay at mga riles upang payagan ang pagpapalawak at pag-urong sa mga pagbabago sa temperatura. Ang mataas na tiyak na kapasidad ng init ng tubig ay ginagawa itong isang mahusay na coolant sa mga prosesong pang-industriya at mga planta ng kuryente.
Sa isang eksperimento upang ipakita ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig, ang pampainit ay ginagamit upang ilipat ang isang kilalang dami ng enerhiya sa isang nasusukat na dami ng tubig. Sa pamamagitan ng pagmamasid sa pagbabago ng temperatura, maaaring kalkulahin ng mga mag-aaral ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig gamit ang formula na \(Q = mc\Delta T\) .
Ang isa pang karaniwang demonstrasyon ay kinabibilangan ng paglalagay ng lobo sa isang prasko na may tubig. Habang ang tubig ay pinainit at nagiging singaw, ang lobo ay pumutok dahil sa singaw ng tubig na nagtutulak sa hangin. Ito ay nagpapakita ng pagpapalawak ng tubig kapag ito ay nagiging gas, isang nakikitang epekto ng thermal expansion ng matter.
Ang pag-unawa sa mga thermal na katangian ng bagay ay hindi lamang nagpapahusay sa ating kaalaman sa pangunahing pisika ngunit nagpapayaman din sa ating kakayahang mag-engineer ng mga solusyon para sa iba't ibang praktikal na hamon.
