80249 strona (868)

3.1. Podstawy fizyczne

3.1.1. Temperatura, czyli potencjał ciepła

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki ciepło może wykonać pracą' i przechodzić z jednego ciała do drugiego tylko przy różnicy temperatur. Temperatura jest najbardziej dostępna i najważniejszą miarą energii cieplnej. Najczęściej używaną międzynarodową skalą jest skala Celsjusza (°C), w której 0°C = temperaturze topnienia lodu, a 100° = temperaturze wrzenia wody przy ciśnieniu l atm. Druga skala międzynarodowa to skala Kelvina (K), w której 0 jest zerem bezwzględnym. Temperatura topnienia lodu w skali Kelvina wynosi 273,16 K, a temperatura wrzenia wody 373,16 K. Aby przeliczyć stopnie według Kelvina na stopnie według Celsjusza, należy od znanej temperatury w skali Kelvina odjąć 273,16. Skala Fahrenheita (°F) jest używana w krajach anglosaskich. 0°F oznacza temperaturę zamarzania mieszaniny salmiaku i lodu. 0° według Celsjusza = +34° według Fahrenheita. Temperatura wrzenia wody wynosi w skali Fahrenheita +212°. Prawidłowa temperatura ciała ludzkiego wynosi około 96°F.

W powietrzu, tak jak we wszystkich gazach, temperatura jest wyrazem średniej liniowej szybkości ruchu cząsteczek, a więc ich średniej energii kinetycznej, dlatego temperaturę powietrza można też wyrażać w jednostkach prędkości. Średnia prędkość cząsteczek wynosi 410 m/s w temperaturze 19°C, 450 m/s w upalny dzień przy 33°C, a 338 m/s w temperaturze 173 K, czyli w -100°C.

3.1.2. Przemieszczanie ciepła

Przechodzenie energii cieplnej z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze nazywamy przechodzeniem ciepła przez przewodzenie. Stąd ważną dla termoterapii cechą różnych ciał jest przewodność cieplna. Określa ona, ile ciepła przejdzie przez 1 cm² powierzchni i 1 cm grubości danej substancji przy różnicy temperatur = 1 °C lub 1 K w czasie 1 s. Dla wody ta wartość wynosi około 0,00598 J/cm .c »m² «s *deg. Im większy ciężar właściwy, tym lepsza przewodność cieplna. Metale są dobrymi przewodnikami, woda należy do średnio dobrych, złe to: drzewo, parafina, tłuszcze, styropian; najgorsze - powietrze i inne gazy. Próżnia w ogóle nie przewodzi ciepła, dlatego stosuje się ją jako warstwę izolacyjną w budowie termosów i urządzeń izotermicznych.

W cieczach i gazach zachodzi zjawisko przenoszenia ciepła wraz z daną substancją, nazywane konwekcją. Polega ono na tym, że chłodniejsze części cieczy czy gazu jako cięższe przesuwają się ku dołowi, a cieplejsze ku górze. Najsilniejszymi naturalnymi ruchami konwekcyjnymi są wiatr i prądy morskie. Konwekcja może być wymuszona poruszeniem cieczy czy gazu przez siły zewnętrzne, np. wentylator. Krew przenosi ciepło drogą konwekcji wymuszonej przez krążenie krwi.

Trzecim rodzajem przekazywania energii cieplnej jest jej przemiana w promieniowanie elektromagnetyczne. Przy zderzeniach cząsteczek następuje wyhamowanie ich ruchu, a energia w postaci fotonów zostaje wypromieniowana. Ta przemiana energii odbywa się zgodnie z prawem Boltzmanna-Stefana (rozdz. 3.4.1). Wokół każdego ciała można wykryć cieplne promieniowanie elektromagnetyczne.

94