Introduktion

Varför är det kallare på höga fjälltoppar än i lägre liggande områden? Vad är det egentligen som händer när doften från en nyskalad apelsin sprider sig i ett stilla rum? Dessa frågor tränger djupt in i termofysiken, den del av fysiken som handlar om temperatur, tryck och värme.

I termofysiken växlar vi ofta mellan två modeller, en makroskopisk och en mikroskopisk. Den makroskopiska modellen behandlar världen så som vi upplever den, medan den mikroskopiska modellen är knuten till atomer och molekyler.

Den makroskopiska modellen arbetar med några få storheter som temperatur, tryck och volym. Den utnyttjar inte Newtons mekanik. I stället tar den sin utgångspunkt i observationer av gaser och vätskor som gjorts från 1600-talet och framåt. Dessa tidiga observationer tydde på att materien var kontinuerlig (sammanhängande). Observationerna gjordes långt innan fysikerna upptäckte att det finns atomer och molekyler.

7.1 För hundra år sedan fanns det fysiker och kemister som ansåg att atomer inte existerade för ingen hade sett dem. Nu kan vi se dem. Bilden visar palla­diumatom­er foto­graf­erade genom ett svep tunnel­mikro­skop. Palla­dium­atom­erna är de vita bubblorna i bilden.

I den mikroskopiska modellen är ämnena sammansatta av mindre delar: ofattbart många atomer och molekyler. Den mikroskopiska modellen förklarar egenskaper som temperatur och tryck utifrån ett medelvärdestillstånd hos dessa partiklar. Tanken om att ämnen var sammansatta av partiklar slog inte igenom förrän på 1900-talet.

Hur kan två så olika modeller leda till samma observerbara resultat? Jo, i en liter luft finns det lika många molekyler som det finns sandkorn i Sahara. Sanddynerna ser kontinuerliga ut på avstånd. Det är först på nära håll vi ser de enskilda sandkornen. På samma sätt verkar materien kontinuerlig för oss. Bara i enorm förstoring ser vi att den är sammansatt av ofattbara mängder av mycket små molekyler.