Γιατί μεταφέρεται θερμότητα από τα θερμά στα πιο ψυχρά σώματα;

Όλοι θα έχετε παρατηρήσει ότι τα θερμά σώματα ζεσταίνουν τα κρύα (και το αντίστροφο, τα ψυχρά κρυώνουν τα θερμά). Έχετε, όμως αναρωτηθεί γιατί συμβαίνει αυτό; γιατί τα θερμά σώματα να μην θερμαίνονται περισσότερο και τα ψυχρά να ψύχονται; Μπορεί αυτή η πρόταση να φαίνεται τελείως παράλογη, αλλά αυτό συμβαίνει απλά γιατί η καθημερινότητά μας, μας έχει μάθει ότι συμβαίνει το πρώτο και όχι το δεύτερο. Ας αναλύσουμε, λοιπόν, λίγο αυτό το φαινόμενο.

Δεν είναι τυχαίο το ότι επέλεξα για εικόνα σε αυτό το άρθρο τον ήλιο, είναι γνωστός για το ότι είναι πολύ ζεστός και το ότι μας δίνει φως. Και αυτά ακριβώς είναι τα κλειδιά για την απάντηση στην ερώτηση που θέσαμε.

Στην φυσική το ότι παράγει φως σημαίνει ότι εκπέμπει ακτινοβολία (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Αυτό όμως δεν είναι ιδιότητα μόνο του ήλιου, οποιοδήποτε σώμα σε θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο 0 (0 K ή -273,15^ο C) εκπέμπει ακτινοβολία. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του σώματος τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση αυτής της ακτινοβολίας.

Εδώ πρέπει να τονίσω ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται είναι ενέργεια και να θυμίσω τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, η ενέργεια δεν δημιουργείται από το 0 ούτε και καταστρέφεται, μπορεί μόνο να αλλάξει μορφή. Έτσι μπορούμε να καταλάβουμε ότι για να εκπέμψει το σώμα αυτήν την ακτινοβολία πρέπει να την αφαιρέσει από την εσωτερική του ενέργεια, την θερμότητά του σε αυτήν την περίπτωση. Με αυτόν τον τρόπο τα σώματα ψύχονται.

Αντί, όμως, να απαντήσουμε στην ερώτησή μας μάλλον δημιουργήσαμε μια καινούρια: Γιατί να μην ψύχονται ακόμα και τα ψυχρά σώματα, αφού κι αυτά εκπέμπουν ακτινοβολία;

Επειδή όλα τα σώματα, εκτός του ότι εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χάνοντας θερμότητα, μπορούν και να την απορροφήσουν αυξάνοντάς την. Τώρα μπορούμε εύκολα να καταλάβουμε ότι το αν ένα σώμα θα θερμανθεί ή θα ψυχθεί εξαρτάται από το αν η ακτινοβολία που απορροφά είναι μεγαλύτερη από αυτήν που εκπέμπει ή όχι. Κι όπως είπαμε όσο πιο θερμό είναι τόσο περισσότερο ακτινοβολεί.

Έτσι, το ζεστό σώμα εκπέμπει περισσότερη ενέργεια από αυτή που απορροφά από την εκπομπή του κρύου και το αντίθετο συμβαίνει στο κρύο σώμα. Όταν τα σώματα βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία τότε η θερμοκρασία τους δεν αλλάζει, αφού όσο εκπέμπουν τόσο απορροφούν.