Lähdekoodi sivulle Lämpö (fysiikka)

{{Tämä artikkeli| käsittelee lämpö-sanaa tieteen näkökulmasta. Lämpö-sanan muita merkityksiä käsitellään artikkelissa [[lämpö]].}}
[[Kuva:Hot metalwork.jpg|thumb|250px|Tulikuuma rautatanko säteilee lämmön lisäksi näkyvää valoa.]]
{{Korjattava|Johdantokappaleen määritelmä käsittelee vain lämmön siirtymistä ja ohittaa mm. lämpösisällön. [https://www.kotus.fi/nyt/kolumnit_artikkelit_ja_esitelmat/sana_kirjasta_(2008_2011)/lampo Vrt. sanakirjamääritelmä]}}
'''Lämpö''' on [[lämpötila]]erosta johtuvaa [[energia]]n siirtymistä lämpimästä kappaleesta viileämpään kappaleeseen.<ref name=iupac_1/>{{Parempi lähde}} Lämmön eli ''lämpömäärän'' tunnus on ''Q'' ja sen [[SI-yksikkö]] on energian yksikkö [[joule]] (J).<ref name=si_opas2019/>

Kappaleen vastaanottama tai luovuttama lämpö nostaa tai laskee yleensä sen [[Lämpötila|lämpötilaa]]. Se, minkä verran tietty lämpömäärä nostaa kappaleen [[lämpötila]]a, riippuu kappaleen [[massa]]sta ja sen koostumuksesta, sillä eri aineilla on eri suuret [[ominaislämpökapasiteetti|ominaislämpökapasiteetit]]. Aineen [[sulamispiste|sulamis-]] tai [[kiehumispiste]]essä siihen tuotu lämpö ei kuitenkaan nosta sen lämpötilaa, ennen kuin se on kokonaan sulanut tai höyrystynyt. Olomuodonmuutoksessa aineeseen sitoutuvaa tai siitä vapautuvaa lämpöä kutsutaan [[latentti lämpö|latentiksi eli piileväksi lämmöksi]].

Kappaleen lämmetessä sen vastaanottama lämpömäärä sitoutuu aineen molekyylien [[lämpöliike|lämpöliikkeeksi]]. Toisin kuin fysiikassa, yleiskielessä lämmöllä tarkoitetaan usein joko lämpötilaa tai kappaleen ominaisuutta, jota aiheuttaa lämpimän aistimuksen kappaletta koskettaessa.<ref name=kt_lämpö/>

== Energian siirtyminen lämpönä ==
[[Tiedosto:Convection from different heatings..jpg|pienoiskuva|Lämmön convektiota eli siirtymistä eri lämmönlähteistä.]]
Lämpö siirtyy aina kuumemmasta kappaleesta kylmempään [[lämpöoppi|lämpöopin]] sääntöjä noudattaen, eli lämpötilaeroja tasoittavasti.<ref name=Baeyer_62/>{{Täsmennä|entäs jääkaappi?}}  Siirtyminen voi tapahtua [[johtuminen|johtumalla]], [[säteily|säteilemällä]] tai [[konvektio]]lla (kuljettumalla). Konvektiossa eli kuljetuksessa ''energiaa siirtyy'' virtaavan kaasun tai nesteen mukana. Johtuessa ''energia siirtyy'' suoraan kahden tai useamman aineen kosketuspinnan kautta. Lämpösäteilyssä ''energia siirtyy'' materiaalin emittoimana sähkömagneettisena säteilynä. Lämpösäteily ei tarvitse väliainetta, joten se voi läpäistä jopa tyhjiön.<ref name=baehr/> Näissä kaikissa esimerkeissä siirtynyt energia on siis lämpöä.

== Lämpö ja työ ==
Kappaleen lämpötilan muutokseen, eli [[sisäenergia]]n muutokseen <math>\Delta U</math>, vaaditaan joko työtä ''W'' tai lämpöä ''Q'' (riippuen siitä miten systeemin tekemä ja systeemiin tehty työ määritellään on työn etumerkki joko positiivinen tai negatiivinen). 

<math>\Delta U = Q + W</math>.

Lämpötila on [[intensiivi- ja ekstensiivisuureet|intensiivisuure]], lämpö eli lämpömäärä sen sijaan ekstensiivisuure. Se, minkä verran tietty lämpömäärä nostaa kappaleen lämpötilaa, riippuu luonnollisesti kappaleen koosta, mutta myös aineesta, sillä eri aineilla on eri suuret [[ominaislämpökapasiteetti|ominaislämpökapasiteetit]].  Kappaleen lämpötilan nostamiseen arvosta <math>T_1</math> arvoon <math>T_2</math>, tarvittava lämpömäärä on

<math>Q=m \cdot c \cdot (T_2-T_1)</math>,

missä ''m'' on kappaleen [[massa]] ja ''c'' [[ominaislämpökapasiteetti]] massayksikköä kohti. Toisaalta systeemiin on saatettu tehdä työtä ''W'', mikä muuttaa systeemin lämpötilaa. Tehty työ saattaa olla  esim. [[Kitka|kitkan]] tekemää työtä tai [[Sähkövastus|sähkövastuksen]] läpi kulkevan [[Sähkövirta|virran]] tekemää työtä, joka nostaa [[Hehkulanka|hehkulangan]] lämpötilaa. [[Kemiallinen reaktio|Kemiallisissa reaktioissa]] voi systeemi joko vapauttaa tai sitoa tietyn lämpömäärän, tällöin puhutaan joko [[Eksoterminen reaktio|ekso]]- tai [[Endoterminen reaktio|endotermisestä]] reaktiosta. Samoin aineen olomuodon muutokset ovat joko endo- tai eksotermisiä, [[sulaminen]], [[höyrystyminen]] ja [[sublimoituminen]] ovat endotermisiä tapahtumia ja vastaavasti [[tiivistyminen]], [[jähmettyminen]] ja [[härmistyminen]] ovat eksotermisiä.

Kun kappaleen lämpötila on sen [[sulamispiste|sulamis-]] tai [[kiehumispiste]]essä, siihen tuotu lämpö ei nosta sen lämpötilaa, ennen kuin se on kokonaan sulanut tai höyrystynyt. Tähän kuluva lämpömäärä massayksikköä kohti on aineen [[sulamislämpö|sulamis]]- tai [[höyrystymislämpö]].<ref>{{kirjaviite | Tekijä = K. V. Laurikainen, Uuno Nurmo, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen | Nimeke = Lukion fysiikka 1 | Sivut = 103–106 | Luku = Olomuodon muutokset | Julkaisija = WSOY | Vuosi = 1972 | Tunniste = | Isbn = 951-0-00557-6}}</ref> [[Reaktiolämpö]] taas on tietyssä [[kemiallinen reaktio|kemiallisessa reaktiossa]] sitoutuva tai vapautuva lämpömäärä [[mooli]]a kohti.

== Lämpömäärän yksiköt ==

Koska lämpömäärä on energian mitta, se mitataan nykyään samoina yksikköinä kuin muutkin energian muodot eli [[joule]]ina kerrannaisineen. Tieteenhistorian varhaisemmissa vaiheissa lämpömäärä on kuitenkin ollut paljon helpompi mitata sen mukaan, minkä verran se lämmittää tiettyä ainemäärää kuin määrittää, mitä määrää [[mekaaninen energia|mekaanista energiaa]] se vastaa.<ref name=LF93>{{kirjaviite | Tekijä = K. V. Laurikainen, Uuno Nurmo, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen | Nimeke = Lukion fysiikka 1 | Sivut = 93–94 | Luku = Lämpömäärä | Julkaisija = WSOY | Vuosi = 1972 | Tunniste = | Isbn = 951-0-00557-6}}</ref> Tämän vuoksi ennen [[SI-järjestelmä]]n käyttöönottoa lämpömäärälle käytettiin eri mittayksikköä, [[kalori]]a. Yksi kalori määriteltiin alun perin lämpömääräksi, joka lämmitti yhden gramman vettä +14,5&nbsp;[[celsiusaste]]esta +15,5&nbsp;celsiusasteeseen.<ref>{{kirjaviite | Nimeke = SI-opas | Selite = 7. painos | Sivu = 35 | Luku = Energia | Julkaisija = Suomen standardoimisliitto (SFS) | Vuosi = 2019 | Tunniste = | Isbn = 978-952-242-411-2 | www = https://sfs.fi/wp-content/uploads/2020/10/SI-opas.pdf}}</ref>  Myöhemmin voitiin mittauksilla osoittaa, että yksi kalori oli noin 4,1868 joulea, ja vuonna 1956 kalori määriteltiinkin uudestaan niin, että se oli tasan 4,1868&nbsp;joulea.<ref name=LF93 /> Tätä suhdelukua on nimitetty ''[[Lämmön mekaaninen ekvivalentti|lämmön mekaaniseksi ekvivalentiksi]]''.<ref name=LF93 />

== Tieteenhistoriaa ==
Aikaisemmin lämpöä pidettiin yleensä erityisenä aineena, josta esimerkiksi [[Antoine Laurent Lavoisier]] käytti nimitystä [[kalorikki]]. Sen oletettiin olevan [[massa]]tonta tai ainakin äärimmäisen [[tiheys|harvaa]], näkymätöntä ja [[neste]]mäistä ainetta, jota kaikki kappaleet sisälsivät sitä enemmän, mitä korkeampi niiden [[lämpötila]] oli. [[Lämmön siirtyminen|Lämmön johtumisen]] oletettiin johtuvan kalorikin siirtymisestä kappaleesta toiseen.<ref name=Baeyer_21/> 

Kalorikkiteorian avulla voitiin selittää monia ilmiöitä kuten [[lämpölaajeneminen]] ja lämpötilaerojen tasoittuminen. Vaikeasti selitettäväksi osoittautui kuitenkin kappaleiden lämpötilan nousu [[kitka]]n vaikutuksesta niitä hangatessa.<ref name=Baeyer_22/>

Jo 1100-luvulla esitettiin [[hypoteesi]], että havaittava lämpö on jonkinlaista aineen pienimpien osien liikettä. Myöhemmin saman teorian esittivät muun muassa [[Francis Bacon]] ja [[Robert Hooke]] sekä 1700-luvun lopulla Rumfordin kreivi [[Benjamin Thompson]]<ref name=Baeyer_22/>. Yleisesti hyväksytyksi tämä käsitys tuli kuitenkin vasta vähän ennen 1800-luvun puoliväliä, kun [[energian säilymislaki]] tuli tunnetuksi ja voitiin määrittää myös [[lämmön mekaaninen ekvivalentti]], jonka esitteli [[James Prescott Joule|James Joule]].<ref name=Baeyer_21_plus/><ref>{{Kirjaviite | Tekijä=Lindell, Ismo | Nimeke=Sähkön pitkä historia | Sivut=156–156 | Julkaisija=Otatieto | Vuosi=2009 | Julkaisupaikka=Helsinki | Selite="Sähkön lämpöhäviöt" | Isbn= 978-951-672-358-0}}</ref>

== Lämpö-sanan käyttö yleiskielessä ==
{{Pääartikkeli|[[lämpö]]}}
Lämpö-sanaa käytetään arkikielessä usealla eri tavalla kuin sen tieteellinen merkitys on. Lämpö voidaan kuvata ominaisuutena, mikä aiheuttaa lämpimän aistimuksen.<ref name=kt_lämpö/><ref name="NS"/><ref name="Fokus"/><ref name="Pieni"/> Lämpö on myös yleiskielen määritelmän mukaan aineen pienimpien osasten liikettä ja lämpöliikkeeseen liittyvä energialaji <ref name="NS"/>. Lämpö-termillä tarkoitetaan välillä fysiikassa myös varastoitunutta energiaa, [[lämpöenergia]]a eli termistä energiaa, joka on sitoutunut kappaleisiin <ref name=etälukio/>. Vanhoissa tietosanakirjoissa lämpö on myös määritelty lämpöliikkeeksi, mutta [[IUPAC]]:n määritelmä käsittelee termiä "heat" vain siirtyvän energian merkityksessä.<ref name=iupac_1/><ref name="Fokus" /><ref name="Pieni" /> Lämpö yhdyssanassa kuvaa lämpötilaan liittyvää ominaisuutta kuten ''kainalolämpö'' tai ''ruumiinlämpö''.<ref name=kt_lämpö/>

== Absoluuttinen nollapiste ==
   
{{Pääartikkeli|[[absoluuttinen nollapiste]]}}
    
[[Absoluuttinen nollapiste]] on lämpötila, jossa [[tasapaino]]ssa olevat [[atomi]]t ovat alimmalla energiatilallaan. Se on siten myös matalin mahdollinen [[lämpötila]] ja siten [[Kelvin]]-asteikon alkuarvo. Fysikaalisesti sen saavuttaminen on kuitenkin mahdotonta.

==Katso myös==
*[[Entalpia]]
*[[Kylmätutkimus]]
*[[Termodynamiikka]]
*[[Lämpömäärä]]
*[[Musta kappale]]

== Lähteet ==
* {{kirjaviite | Tekijä = Hans Christian von Baeyer | Nimeke = Maxwellin demoni | Sivu = | Suomentaja = Hannu Karttunen | Julkaisija = Art House | Vuosi = 2000 | Tunniste = | Isbn = 951-884-321-X}}

=== Viitteet ===
{{Viitteet|viitteet=
* <ref name=Baeyer_21>von Baeyer, H. C.: Maxwellin demoni, 2000, s. 21</ref>
* <ref name=Baeyer_21_plus>von Baeyer, H. C.: Maxwellin demoni, 2000, s. 21, 36, 41–46</ref>
* <ref name=Baeyer_22>von Baeyer, H. C.: Maxwellin demoni, 2000, s. 22–23</ref>
* <ref name=Baeyer_62>von Baeyer, H. C.: Maxwellin demoni, 2000, s. 62–63</ref>

* <ref name=kt_lämpö>{{Kielitoimiston sanakirja|lämpö}}</ref>
* <ref name="NS">{{kirjaviite | Nimeke = Nykysuomen sanakirja, 2. osa (L–R) | Sivu = 309, hakusana lämpö | Julkaisija = Suomalaisen kirjallisuuden seura, WSOY | Vuosi = 1989 | Tunniste = | Isbn = 951-0-09106-5}}</ref>
* <ref name="Fokus">{{kirjaviite | Nimeke = Otavan iso Fokus, 4. osa (Ip–Kp) | Sivu = 2405, art. lämpö | Julkaisija = Otava | Vuosi = 1973 | Tunniste = | Isbn = 951-1-00388-7}}</ref>
* <ref name="Pieni">{{kirjaviite | Nimeke = Pieni Tietosanakirja, II osa (Isopurje-Maskotti) | Sivu = 1252, art. Lämpö | Julkaisija = Otava | Vuosi = 1923 | www = https://runeberg.org/pieni/2/0690.html}}</ref>

* <ref name=iupac_1>{{Verkkoviite|osoite = http://goldbook.iupac.org/H02752.html|nimeke = IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed.|julkaisu = Gold book|julkaisija = Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997)|viitattu = 10.2.2015|tekijä = |ajankohta = 2014|selite = doi:10.1351/goldbook.H02752}}</ref>

* <ref name=si_opas2019>{{Kirjaviite|Tekijä=Suomen Standardisoimisliitto|Nimeke=SI-opas : 2019 : kansainvälinen suure- ja yksikköjärjestelmä = international system of quantities and units|Vuosi=2019|Julkaisija=Suomen Standardisoimisliitto SFS ry|Isbn=978-952-242-411-2|www=https://sfs.fi/palvelut/oppimateriaalit-ja-oppilaitosyhteistyo/lataa-si-opas/|www-teksti=Teoksen lataussivu|sivu=38}}</ref>

* <ref name=baehr>{{Kirjaviite | Tekijä = Hans Dieter Baehr & Karl Stephan| Nimeke = Heat and Mass Transfer| Kappale = | Sivu = 25| Selite = | Julkaisija = Springer Science & Business Media | Vuosi = 2011| Tunniste = | Isbn = 9783642200212 | Viitattu =8.9.2014 | Kieli ={{en}} }}</ref>

* <ref name=etälukio>[http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/fysiikka/fysiikka4/1/1.lampeneminen.html Lämpeneminen; Etälukio, Opetushallitus] {{Wayback|1=http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/fysiikka/fysiikka4/1/1.lampeneminen.html |päiväys=20160304192625 }}</ref>

}}

== Aiheesta muualla ==
{{wikikirjasto|Fysiikan oppikirja/Lämpö}}
{{commonscat-rivi|heat}}
* [http://opetus.tv/fysiikka/fy2/ Opetus.tv: Fysiikan etäopiskeluympäristö, Lämpö]
* [http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/fysiikka/fysiikka4/1/1.lampeneminen.html Lämpeneminen] {{Wayback|1=http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/fysiikka/fysiikka4/1/1.lampeneminen.html |päiväys=20160304192625 }} Opetushallitus

[[Luokka:Energia]]
[[Luokka:Termodynamiikka]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]