Kalorikk

Antoine Lavoisier forklarte varme som innhold av kalorikk.

Kalorikk var en vektløs substans som i siste halvdel av 1700-tall ble foreslått av Antoine Lavoisier for å forklare egenskapene til varme. Denne usynlige substansen skulle ha en tendens till å bevege seg bort fra seg selv, men dens totale mengde skulle være konstant. Desto mer kalorikk et stoff inneholdt, desto varmere ville det være.

Denne kaloriske teori ble oppgitt omtrent et halvt århundre senere da det ble klart at varme skyldes bevegelsen til molekylene i faste, flytende og gassformige stoffer. Det førte til at kinetisk teori ble generelt akseptert og varme måtte oppfylle termodynamikkens lover. Men navnet kalorikk lever fortsatt i betegnelsen kalori for energi og har samme opprinnelse fra det latinske ordet calor for varme.

Denne forståelsen av varme la grunnlaget for en matematisk beskrivelse av forskjellige, termiske prosesser som fremdeles er gyldig. Hele verket Thêorie analytique de la chaleur  til Joseph Fourier er basert på dette bildet. Likedan kom Laplace frem til en bedre verdi for lydens hastighet ved tilsvarende betraktninger. Oppdagelsen av den fundamentale Carnot-prosessen ble på samme vis muliggjort med denne forståelsen av varme. På midten av 1800-tallet ble den opprinnelige antagelsen om kalorikkens bevarelse erstattet av termodynamikkens første hovedsetning som sier det samme om den totale energien i et system.

Egenskaper

Allerede i antikken ble ild og varme antatt å være ett av de fire elementene som alt besto av. Denne sammenblanding av forbrenning og varmeinnhold varte helt inn i opplysningstiden da man begynte med mer systematiske, eksperimentelle undersøkelser av slike fenomen. Det førte til at forbrenning der stoffer forandret natur, ble forbundet med at det ble frigjort en spesiell substans, flogiston. På slutten av 1700-tallet motbeviste Antoine Lavoisier denne teorien og viste i stedet at prosessen foregikk ved opptak av oksygen.

Omtrent samtidig kunne Joseph Black demonstrere at flere prosesser foregikk ved at de tok opp varme uten at temperaturen forandret seg. Dette skjer for eksempel ved koking av vann som foregår ved 100 °C selv om varmetilførselen fortsetter. Det kunne virke som om varmen ble lagret i vanndampen som ble dannet. Black forklarte dette ved at damp og vann har begge forskjellige mengder av en indre egenskap som kan uttrykkes ved en latent varme for prosessen.

Lavoisier ga denne forklaringen mer innhold ved å foreslå at denne indre egenskapen besto av en materiell substans som han ga navnet calorique. Om den var en gass eller væske var uklart, men mengden av den bestemte et legemes varmeinnhold. Denne nye substansen skulle være materiell og kunne derfor ikke forsvinne eller oppstå av seg selv. Men stoffet den besto av, måtte være frastøtende seg imellom slik at varme ville naturlig flyte fra et sted med høy temperatur til et sted med lavere temperatur. Samtidig måtte det tiltrekkes av vanlig stoff som det dermed ga varme til. Under oppvarming vil derfor stoffet utvide seg på grunn av den repulsive substansen som det mottar. I en mekanisk formulering av teorien besto kalorikk av små partikler med innbyrdes, frastøtende krefter, men også med en tiltrekning mot partikler av vanlig materie slik at de dermed kan trenge inn i dens minste porer..

De første indikasjoner på at denne kaloriske teorien ikke kunne være rriktig, kom fra observasjonene til Benjamin Thompson helt på begynnelsen av 1800-tallet. Ved ufboring av kanonløp oppstår det varme ved mekanisk friksjon. Det vil fortsette med sålenge arbeidet pågår. Varme kunne dermed skapes kontinuerlig ut av kaldt metall så mye man måtte ønske. Antagelsen at kalorikken var en bevart subtans, var derfor ikke holdbar. Likevel tok det flere tiår før denne varmeteorien ble oppgitt. Det skjedde først rundt 1850 etter at undersøkelsene til James Prescott Joule og William Thomson viste at varme i virkeligheten skyldes bevegelsen til partiklene som materien består av.

Eksterne lenker

• Youtube, History of Thermodynamics, video (2017).