Kalorikum

Kalorikum je (hypotetické) fluidum pozostávajúce z navzájom sa odpudzujúcich častíc, ktoré sa viažu na molekuly obyčajných látok. Kalorikum vniká do všetkých predmetov a vypĺňa priestor medzi molekulami. Molekuly obklopuje "plyn" kalorika, pričom jeho hustota rastie s jeho teplotou. Oblaky tepelného fluida spôsobujú odpudzovanie blízkych molekúl. S rastom vzdialenosti odpudivá sila klesá, v rovnovážnom stave je nulová a s ďalším zväčšovaním vzdialenosti je záporná, čiže molekuly sa priťahujú. S rastom teploty rastie stredná rovnovážna vzdialenosť medzi molekulami a teleso tým zväčšuje svoj objem. Pri kompresii sa kalorikum vytláča z telesa na jeho povrch, čo sa prejaví rastom teploty.

Pierre-Simon Laplace

Kalorikum

Predchádzajúce definície sú vedeckým opisom tepla, ako bolo opisované v šestnástom a sedemnástom storočí.

V traktáte markíza P. S. de Laplacea v Nebeskej mechanike (Paríž 1825) je Newtonova odpudivá sila medzi molekulami úmerná druhej mocnine množstva kalorika, viazaného na molekulu. Z tejto teórie vychádzal aj pri tvorbe doteraz platnej stavovej rovnice ideálneho plynu, ktorá je jedným zo základných pilierov termodynamiky.

Podobne v Carnotovom cykle Carnot vychádzal z existencie kalorika ako mechanizmu šírenia tepla.

Teória kalorika ukazuje, že aj keď teória nejaký problém čiastočne vysvetľuje, ešte stále nemusí byť pravdivá.

Dôkaz o neexistencii kalorika

Na prelome 18. a 19. storočia boli uskutočnené experimenty, ktoré narušili teórie kalorika.

• Porovnanie hmotnosti chladného a teplého telesa. Ak by bolo teplé teleso ťažšie ako studené, rozdiel v hmotnosti by bol ekvivalentný množstvu kalorika v teplejšom telese. Hmotnosti sú však rovnaké.
• Rumfordov experiment (1798). Experiment vznikol pri praktickej činnosti vyvŕtavania otvoru do hlavne dela, ktoré produkovalo značné množstvo tepla. Pri vŕtaní sa zohrievala hlaveň, aj vznikajúce triesky. Podľa teórie kalorika aby stúpla teplota látky (ak nedodávame teplo), musí sa zmenšiť jej objem. Experimentálne sa zistilo, že sa objem nezmenil. Aby sa presvedčili, či teplo nepochádza z okolia, umiestnili obrábanú hlaveň do nádoby vyplnenej ľadom. Vznikalo však toľko tepla, že ľad sa roztopil a voda začala vrieť. Zároveň pozorovali, že aj pri tupom nástroji, keď triesky nevznikali, neprestalo kalorikum tiecť z kovu a hlaveň sa ešte viac zahrievala. Rumfordov záver bol, že mechanický pohyb pri obrábaní sa zmenil na teplo a teplo preto vzniklo z pohybu.
• Hmotnosť vody a ľadu Porovnaním hmotnosti vody v jej dvoch skupenstvách - kvapalnom a pevnom (ľad) sa zistilo, že hmotnosť sa nemení, aj keď voda pri zamŕzaní stratila kalorikum a naopak pri ohrievaní - keď voda kalorikum získala - sa jej hmotnosť oproti ľadu nezmenila. Kalorikum teda musí mať nulovú hmotnosť.
• Davyho experiment. Davy trel dva kusy ľadu pri udržaní stálej teploty pod bodom mrazu. Podľa teórie by nemalo byť dostatok kalorika na roztopenie ľadu, ale ľad sa napriek tomu roztopil. Davy z toho vyvodil, že mechanický pohyb sa premenil na teplo.

Idea, že teplo je pohyb častíc, pochádzala už od gréckych čias. Podobný názor zastávali Boyle a Newton. Tieto predstavy sa však zmenili na teóriu, v ktorej je teplo ako tepelné fluidum alebo kalorikum. Výraz kalorikum použili po prvýkrát francúzski vedci (Lavoisier a ďalší). Teória kalorika prežívala dlho. Počet vedcov odmietajúcich teplo ako pohyb častíc postupne klesal až do polovice 19. storočia. Ešte v diele Encyclopedia Britannica v roku 1860 bola teória tepla ako pohybu častíc odmietnutá ako nepresvedčivá.

Literatúra

Pottenger III. F. M. a kol.: Prírodoveda FAST III. : Zmeny a čas