Svar:
Värme är en form av energi. Exempel på andra typer av energi är elektrisk energi, kemisk energi, kärnenergi och mekanisk energi.

Energi kan inte skapas eller förintas, bara omvandlas från en form till en annan. Ett elektriskt element omvandlar elektrisk energi till värme, medan en brasa överför kemisk energi till värme. När du gnider händerna mot varandra omvandlas mekanisk energi till värme.

Vad är det då som gör att vi upplever föremål som varma respektive kalla?
Temperaturen är ett mått på ett föremåls förmåga att avge eller uppta värme, och säger inte mycket om hur varmt eller kallt vi upplever föremålet. När vi säger att en sak är varmare än en annan, är det alltså inte självklart att den måste ha högre temperatur. Jämför t.ex. hur det känns att sticka in handen i en ugn med temperaturen +200 ^oC med hur det känns att doppa handen i kokande vatten (+100^oC). Det som avgör vår upplevelse av värme är hur effektivt den varma luften eller det varma vattnet överför värmen till vår hand. Vatten leder värme 25 gånger bättre än luft - därför bränner man handen även vid en kort kontakt med kokande vatten. (Därför går det också fortare att koka potatis i vatten än att baka den i ugnen.) Olika ämnens förmåga att överföra värme varierar alltså mycket.


Olika föremåls förmåga att lagra värme varierar också kraftigt. Tag t.ex. vatten som kan lagra oerhört stora mängder värme. Vatten tar tid att värma upp - tänk på havsvattnet på våren, men det tar också tid att kyla av - därav varma höstvindar vid kusten. Man säger att vatten har stor (specifik) värmekapacitet.
/KS/EN 2002-10-15

Svar:
Man kan inte säga att 4 grader är dubbelt så varmt som 2 grader, eftersom nollpunkterna i de normala temperaturskalorna är helt godtyckligt definierade. Möjligen kan man det om man använder absolutskalan: 400 K är dubbelt så varmt som 200 K, dvs man menar att medelrörelseenergin hos molekylerna är dubbelt så stor vid 400 K.

Den linjära temperaturskalan vi använder är faktiskt lämpligare så länge vi talar om normala temperaturer, säg 0-100 grader. En logaritmisk skala hade blivit "utdragen" i ena ändan och "hoptryckt" i den andra. En logaritmisk skala är lämplig när man vill spänna över många tiopotenser, viket är fallet t.ex. för vätejonskoncentration (pH). Se vidare länk 1, temperatur/temperaturskalor och About Temperature.
/Peter E 2004-01-22

Svar:
Tobias!
Enligt termodynamiken blir alla system av "rena" ämnen mer och mer ordnade ju lägre deras temperatur blir - det har att göra med att värme helt enkelt är en form av rörelseenergi. När man kyler t.ex. en vätska så att den kommer oändligt nära den absoluta nollpunkten (termodynamikens s.k. tredje lag säger att man aldrig kan nå till absolut noll!) kommer molekylerna som att ordna sig så att de formar en i det närmaste perfekt kristallstruktur.

Om man kunde zooma in på molekylerna skulle den enda rörelse man kunde iaktta vara en lätt "vibration" - all annan form av rörelse (som "translation", vilket innebär att atomerna flyttar runt eller byter plats med varandra, och "rotation" runt någon axel) har upphört eftersom det inte finns tillräckligt med energi tillgänglig.

Att vibrationen inte upphör ens vid nollpunkten har sin grund i ett kvantmekaniskt samband (populärt kallat Heisenbergs "osäkerhetsrelation"), som säger att man inte kan samtidigt exakt bestämma både läge och hastighet för en partikel. Detta innebär att vattenmolekylen har kvar en viss (mycket liten) "nollpunktsenergi".

Läs mer: Forskning kring hur olika material och atomer beter sig vid låga temperaturer är ett brett och mycket spännande forskningsfält, som omfattar allt från Bose-Einstein-kondensat till supraledning - slå upp dessa ord, och även kryoteknik, i t.ex. Nationalencyklopedin. Se också About Temperature och Temperature.

Fundera på: Hur tror du att man bär sig åt för att kyla ner något till temperaturer nära den absoluta nollpunkten? Räcker det med att åka ut i rymden, kanske, eller måste man ta till "trick" i laboratoriet?
/Margareta H/lpe 2004-02-27

Svar:
Maria! Jag skall försöka.

Värme kan transporteras med strömning (konvektion, rörelser i gaser och vätskor som orsakas av att densiteten, dvs. tyngden, varierar mellan gasens eller vätskans olika delar), ledning och strålning. Låt oss titta på vad detta innebär. Vi behöver (teoretiskt) en kastrull, en värmeplatta och lite vatten.

Strömning

När vi kokar en kastrull vatten blir vattnet i botten av kastrullen först uppvärmt eftersom det är närmast värmekällan (kokplattan). Varmt vatten har lägre densitet än kallt, så på grund av tyngdkraften stiger det varma vattnet. Denna "konvektion" blandar vattnet så att även vattnet på ytan blir varmt.

Ledning

Nu häller vi bort vattnet. (Det börjar bli farligt nu, så låt oss bara göra tankeexperimentet!). Kastrullen kommer ganska snabbt att bli mycket varm eftersom den leder värme. Eftersom värme är graden av rörelse hos atomerna, är det inte så svårt att föreställa sig att atomerna från varma delar av kastrullen "knuffar" på atomer i svalare delar, och sätter fart på dem. Detta är emellertid inte särskilt effektivt, utan det är i första hand de fria elektronerna i en metall som svarar för värmeöverföringen. Det är orsaken till att metaller leder värme (och elektricitet) bra, medan t.ex. keramik är en dålig ledare både för värme och elektricitet eftersom det inte har några fria (obundna) elektroner. Se även fråga [3874].

Strålning

Om vi fortsätter att värma den tomma kastrullen (nu blir det riktigt farligt!), så kommer den till slut börja glöda. Den har då blivit så varm att den börjar skicka ut synlig s.k. temperaturstrålning (elektromagnetisk strålning). Om kroppen är tillräckligt varm är denna strålning i det synliga området (vi kallar strålningen för ljus), medan om temperaturen är lite lägre kallas den värmestrålning. Värmestrålningen kan man uppfatta med handen. Alla kroppar med en temperatur över den absoluta nollpunkten sänder ut någon typ av temperaturstrålning. Se vidare fråga [12564].

Läs gärna om värme i Nationalencyklopedin.
/Peter E 2004-10-05

Svar:
Luften ovanför en vattenyta innehåller en del vattenmolekyler som slitit sig från ytan. Vid en viss temperatur är det jämvikt mellan ångan och vattnet - lika många vattenmolekyler kondenseras till vattnet som frigörs till luften. Om temperaturen är högre kan luften innehålla mer vattenånga.

Vid kokpunkten är det s.k. partialtrycket hos ångan lika med lufttrycket, se bilden nedan från Hyperphysics. Då kan "luften" bestå till 100% av vattenånga - syret och kvävet har trängts bort. Vid kokpunkten kan det också bildas bubblor av vattenånga (normalt på botten av kastrullen som är nära värmekällan och därför varmare). Om vattentemperaturen understiger kokpunkten så kan inga bubblor bildas eftersom de trycks ihop av det större lufttrycket.

Kokpunktens förändring med tryckets kan inte förklaras med allmänna gaslagen eftersom kondenserande vattenånga är långt ifrån en ideal gas. Förändringen av kokpunkten med trycket är i själva verket en ganska komplicerad olinjär funktion. För mer om ämnet se nedanstående länkar.

/Peter E 2005-10-24

Svar:
Egentligen fysiologi, men vi försöker svara ändå: kroppen har en mycket avancerad temperaturreglering (termostat), se det relativt avancerade dokumentet under länk 1. Det viktigaste för att hålla kroppstemperaturen nere i en bastu är svettning, som genom vattnets höga ångbildningsvärme (fråga 11076) mycket effektivt för bort energi från kroppen.
/Peter E 2006-03-09

Svar:
Alen! Först måste vi räkna ut hur mycket energi det krävs. Säg att vi utgår från 1 liter (=1 kg) 10-gradigt vatten.

Den specifika värmekapaciteten (den energi som fordras för att höja temperaturen hos 1 kg en grad) för vatten är 4,18 kJ/kg.K. Det kostar alltså 904180 = 376200 J att värma vår liter från 10 till 100 grader.

Ångbildningsvärmen (den energi som fordras för att bilda ånga av 1 kg 100-gradigt vatten) för vatten är 2260 kJ/kg.

Totala energiåtgången är då 376200+2260000 = 2636200 J. Om plattan har en effekt på 1000 W tar det

2636200 Ws/1000 W = 2636 s = 44 minuter

Att bara koka upp vattnet (vilket är det man normalt vill göra) tar

376200/1000 = 376 s = 6.3 minuter.
/Peter E 2007-01-14

Svar:
Hej Sarah! Värme är ett ganska diffust begrepp, det kan t.ex. vara det vi har ibland på sommaren. Värmemängd är däremot ett väldefinierat begrepp. Wikipedia definierar värmemängd som:

energiform där energin lagras i form av oordnat rörelse (jämför arbete som är ordnad rörelse).

Den absoluta temperaturen T motsvarar rörelseenergin

E = (3/2)kT

hos enatomiga molekyler i en gas. k är Boltzmanns konstant. För fasta/flytande ämnen och mer komplexa molekyler är sambandet värmemängd-temperatur mer komplicerad (se specifik värmekapacitet).

För oss människor upplevs värme som kallt eller varmt, men det som betyder mest är hur värmet kan överföras mellan luften och huden (värmeöverföring/transport).

Rumstemperatur motsvarar ungefär energin 0,025 eV hos molekylerna.

Se även absoluta nollpunkten och Värmemängd.
/Peter E 2007-05-30

Svar:
Det finns i pricip två typer av snökanoner. En använder sig av vatten under högt tryck och en kraftig fläkt. Den andra typen har både vatten och luft under högt tryck. Principen är att munstycket utformas så att det bildas små droppar. Dropparna är såpass små att de håller sig svävande ett bra tag så att de hinner växa och frysa.

Konstgjord snö är skild från naturlig snö i det att den består av små iskristaller och bildar inte flingor som naturlig snö. Anledningen är helt enkelt att tiden för att bilda snö är mycket längre i naturen. Annars bildas snön på samma sätt: vattenmolekyler samlas på en kondensationskärna och bildar en droppe. Droppen fryser och fortsätter under sin färd genom luften att fånga in vattenmolekyler.

Det går faktiskt att göra konstgjord snö även om temperaturen ligger lite över 0^oC, speciellt om luften är torr. Det finns två effekter som kan åstadkomma den avkylning som krävs.

1 Om man använder tryckluft så kommer luften att avkylas när den får expandera. Detta gäller allmänt: en gas som expanderar avkyls, en gas som komprimeras (trycks ihop) värms upp (se gaslagen, allmänna). Det senare har du säkert märkt när du pumpat ett cykeldäck - cykelpumpen blir varm efter en stund.

2 Vatten har mycket hög s.k. ångbildningsvärme, dvs det fordras mycket energi för att förvandla vatten till vattenånga. Denna energi tas från vattnet som alltså blir kallare. Om luftfuktigheten i omgivningen är låg, kommer vi att få mycket avdunstning från vattendropparna, och därmed mycket avkylning.

Snökanonens funktion, speciellt vid temperaturer över 0^oC, illustrerar alltså två fysikaliska effekter: att expanderande luft avkyls och att en vattendroppe i torr omgivning avdunstar och kyls därmed ner av ångbildningsvärmet.

Se vidare Snow_cannon och länkarna nedan. Länk 1 är en mycket detaljerad och ändå lättillgänglig genomgång av många aspekter på ämnet. Länk 2 innehåller en video som visar hur en snökanon fungerar.
/Peter E 2008-01-25

Svar:
Hej Teresa! Specifik värmekapacitet är den mängd värme man måste tillföra för att höja temperaturen hos ett kg med en grad (1K). Om ämnet byter aggregationstillstånd (går från fast till flytande eller från flytande till gas), så går all energi år för att ändra aggregationstillståndet, och temperaturen är konstant. Specifik värmekapacitet för olika ämnen finns i Wikipedia, se länkar i fråga [14203].

Se på figuren för vatten nedan (från Wikipedia-artikeln Thermodynamic_temperature). På den horisontella axeln är relativ tillförd värme och på den vertikala är temperaturen. Det finns två områden där kurvan är horisontell, dvs temperaturen konstant: när isen smälter och när vattnet kokar. Vidden på de konstanta områdena är ett mått på smältvärmet respektive ångbildningsvärmet. Den högra konstanta delen är 40.7 kJ/mol. Eftersom detta avser en mol, behöver vi räkna om värdet till kg (vattnet har molekylvikten 18 g/mol):

40.7 kJ/mol = 100040.7/18 = 2260 kJ/kg.

På samma sätt blir smältvärmet för is

6.01 kJ/mol = 10006.01/18 = 334 kJ/kg.

Från lutningen (egentligen 1/lutningen) hos den räta linjen mellan is och ånga kan man räkna ut den specifika värmekapaciteten för vatten:

7.5 kJ/(molK) = 10007.5/(18100) = 4.2 kJ/(kgK)

Det faktum att kurvan i detta område är en rät linje reflekterar det faktum att specifika värmekapaciteten för vatten är oberoende av temperaturen. Detta gäller approximativt för de flesta ämnen.

Sedan är jag inte helt klar över vad du menar att kurvan inte är konstant. I de horisontella områdena (vid smältpunkten 0^oC och vid kokpunkten 100^oC) ändras inte temperaturen om bara tillförseln av värmet sker på ett effektivt sätt. Då har hela provet en konstant temperatur och all tillförd värme går till att ändra aggregationstillstånd.

Den gröna kurvan mellan is och ånga representerar alltså den specifika värmekapaciteten för vatten. Det faktum att kurvan är mycket nära en rät linje betyder helt enkelt att vattens specifika värmekapacitet är konstant mellan 0^oC och 100^oC. Detta gäller inte allmänt - andra ämnen kan ha olika olinjära kurvor.

Man ser även på den blå kurvan till vänster (för is) att den avviker från en rät linje. Lägg också märke till att den blå kurvan har ungefär dubbelt så stor lutning som den gröna (för vatten). Detta betyder att specifika värmekapaciteten för is är ungefär hälften av den för vatten.

/Peter E 2008-05-15