Fisikan, beroa (Q ikurraren bidez adierazten dena), gorputz edo sistema batetik beste batera tenperatura-diferentzia baten ondorioz transferitzen den energia da. Termodinamikan, beroaren neurri adierazgarri gisa TdS kantitatea erabiltzen da, alegia, objektu baten tenperatura absolutua bider sistema baten entropiaren kantitate diferentziala, objektuaren mugan neurtua. Objektu batetik besterako bero-transferentzia, bigarrena tenperatura berean edo altuagoan dagoenean, bero-ponpa baten bidez egin behar da. Tenperatura altuko gorputzak, bero-transferentzia altuagoak eduki dezaketenak, erreakzio kimikoen bidez sor daitezke (esaterako errekuntza erabiliz), erreakzio nuklearren bidez (esaterako, Eguzkian gertatzen den fusio nuklearra), erradiazio elektromagnetikoaren disipazioaren bidez (berogailu elektrikoetan bezala), edo modu mekanikoan (esaterako, marruskaduraz). Bero-transferentzia, berriz, erradiazio termiko bidez, kondukzio bidez edo konbekzio bidez gerta daiteke.
Tenperatura barne-energiaren (entalpiaren) neurri gisa erabiltzen da. Beroa tenperatura ezberdina daukaten bi objekturen (edo objektu beraren bi arearen) artean transferituko da soilik, termodinamikaren zero legeak dioen bezala. Bero-transferentziaren pean dagoen objektu baten tenperatura eta fasea bero sorraren eta bero-ahalmenaren araberakoa da. Badago beroaren inguruko beste kontzeptu bat ere, energia termikoa, hau da, gorputz baten tenperatura igotzean gorputz horrek irabazten duen energia.
Beroaren teoriaren historia
Suaren garrantziari buruzko lehen erreferentzia formala Heraklito-n aurkitzen da (K.a. 540.- K.a. 475), zeinak sua materiaren jatorriaren jatorria zela esan zuen.
Anaximenes-entzat, beroa eta hotza materiaren egoera arruntak dira. Konprimitu eta kondentsatzen zena hotza zela zioen, eta arraroa eta soltea zena beroa zela; horregatik, haren ustez, errarefakzioak (Gorputz gaseoso bat gutxiago trinkotu) gauzak berotzen ziren prozesuaren berri ematen zuen, lurrun bihurtu arte.
Aristoteles (K.a 384.- K.a 322), oinarrizko bi ezaugarri pare gehitu zituen: beroa eta hotza, lehorra eta hezea. Gorputz batek tenperatura jakin bat edukitzearen funtsezko arrazoia bi ezaugarri horiek bertan aurkitzen ziren kantitateek ematen zuten.
Galenok (129-199) lau bero eta lau hotzez osatutako eskala kualitatibo bat proposatu zuen; irakiten den lau zati ur eta lau izotz zati gehituz puntu neutroa lortzen zuena[1].
Ideia horiek 23 mende baino gehiago iraun zuten. Bitxia da aipatzea, aldi horretan, jada aintzat hartu zirela fenomeno fisiko batzuk, hala nola solidoen eta likidoen hedapena eta airearen eta lurrunaren dilatazio termikoa beroaren mendekoak zirela, baina tenperaturei ez zitzaien erreparatzen ez zirelako fisika aristotelikoak aipatzen zituen nolakotasunen parte.
XVI. mendearen erdialdean hasi ziren Aristotelesen ideiak zalantzan jartzen, materiaren kintaesentzia baten existentzia proposatu zenean, hau da, erreakzio kimiko guztien ardura duen agente unibertsal baten existentzia. Robert Boyle-k (1627-1691) suari edozein gorputz-izaera ukatu, eta materiaren nolabaiteko batasun bat egon behar zuela uste zuen, eta horrek korpuskuluez osatuta egon behar zuela inplikatzen zuen.
Bien bitartean, XVII. mendean eta XVIII. mendearen lehen urteetan, materiaren egiturari buruzko eztabaidak hasi ziren, eta, beroaren historian, beste gertaera garrantzitsu bat gertatu zen: Georg Stahl-ek (1660-1734) flogistoren teoria enuntziatu zuen. Hori ez da su materialarekin nahasi behar, errekuntza gertatzen denean sutan eta beroan ageri dena; baizik eta gorputz erregai guztiek duten elementu eskuraezin bat da.
XVII. mendean zehar, beroari buruzko bi teoria kontrajartzen dira: flogistorena eta atomista greziarren jarraitzaileek defendatutakoa, zeinak suaren gorpuztasuna onartzen zuten, kontuan hartuz partikula txiki, arin eta sotilez osatuta zegoela eta, aldi berean, izugarrizko mugikortasuna zuen materian (bere egoera ezberdinetan) barneratzeko bere presentziarekin, besterik gabe, funtzionatzeko gai den fluido ezin neurtuzko baten moduan: kalorikoa. 1775 eta 1787 artean, Lavoiserrek gasen teoria bat garatu zuen, eta, bertan, printzipio kalorikoa sartu zuen. Garai horretan, tenperaturaren kontzeptua sortu zen, eta, gauzen hoztasuna neurtzeko, termometroak egiten hasi ziren. Joseph Black-ek (1728-1799) termometro horiek beroa aztertzeko erabili zituen, eta ikusi zuen nola tenperatura desberdinetan zeuden substantzia ezberdinek oreka batera iristeko joera zuten haiekin kontaktuan jartzean[2].
1798an, Benjamin Thompson-ek, Rumfordeko kondeak, (Bavaria) ikusi zuen, kanoiak zulatzean lortutako bero kantitatea zulagailuaren egoeraren araberakoa zela, eta ondorioztatu zuen beroa ez zela fluido bat, mugimendu modu bat baizik. Marruskaduraz, bero kopuru mugagabea sortzeko aukera ondorioztatu zuen, sortutako beroa, gutxi gorabehera, egindako lanarekiko proportzionala baitzen, teoria kalorikoarekin erraz eztabaida ezin zen gertaera. 1812an, Humphry Davy-k aurreko suposizioa berretsi zuen. Ideia hori Julio R. von Mayer mediku eta fisikariaren lanekin, 1842an, bukatu zen, eta, geroago eta behin betiko, 1850ean, James Prescott Joule-rekin batera, beroa eta lana energia termikoaren agerpenak baino ez direla ezarri zuten, hau da, ehuneko bat lan bihurtu daitekeena, lana guztiz bero bihur daitekeen bitartean[3].
Azkenik egiaztatu zen beroa ezin zela substantzia material gisa ulertu, baizik eta energia forma bat dela. Beroaren baliokide mekanikoaren neurketek teoria kalorikoaren amaiera markatu zuten. Guzti horretatik sortzen da termodinamika, eta, horretatik, bero motorra. Termodinamika hasi zen aldi berean, materiaren teoria molekularra garatzen ari zen, beroaren eta inplikatutako fenomenoen ideia koherente bat eratzeko aukera ematen zuena. Gasen teoria zinetikoak teoria kalorikoaren bidez azaldu ezin ziren fenomeno asko azaldu zituen.
Gorputzen tenperatura neurtzeko termometroa erabiltzen dugu. Gizakiok, azalean sentitzen dugu beroa.
Termometroa: Gorputzen tenperatura neurtzeko tresna da. Gorputzen artean gertatzen den beroaren transmisioan eta beroak sortzen duen dilatazio-efektuetan oinarrituta dago.
Termometroak honako osagai hauek ditu:
Xurgaturiko beroaren eraginez dilatatuko den substantzia.Gehienetan, merkurioa izaten da
Dilatatzen den substantzia pilatzeko biltegia.
Zilindroa, mutur batetik biltegiarekin elkartuta eta bestetik itxita. Biltegiko substantzia dilatatzean, zilindroa gora egiten du.
Eskala graduatuan, dilataturiko substantziak zilindroan gora lortzen duen altuera irakurri ahal izateko.
Termometroaren funtzionamendua: Gorputzen tenperatura neurtzeko, termometroaren biltegia gorputza ukitzen jarri behar da. Une horretatik aurrera hasten da beroaren transferentzia, gorputzaren eta merkurioaren tenperatura berdindu arte.
Merkurioa dilatatu egiten da, zilindroa gora edo behera, eta azkenean gorputzaren tenperatura adieraziko digu eskala graduatuan. Orduantxe lortzen da oreka termikoa.
Azala: Azalari esker, hainbat eta hainbat sentsazio jaso ditzakegu, zenbait estimulu hautematen dituzten errezeptore sentikorrak ditugulako. Azalean bi geruza desberdintzen dira: epidermisa eta dermisa.
Epidermisean minaren errezeptoreak daude, eta, dermisean, beroarenak, presioarenak eta ukipenarenak. Errezeptoreak suspertu egiten dira ukipenaren edo bero-iturri baten hurbiltasunaren ondorioz, eta jasotako informazio burmuinera igortzen dute bizkarrezur muinaren bitartez.
Azalean, gainera, barne-tenperatura konstante iraunarazten duten beste elementu batzuk ere baditugu: ileak, gorputzaren beroa gordetzen dutenak; bilgor guruinak; ileari eta azalari elastikotasuna emateko gantz bereziak dutenak; eta izerdi guruinak, gorputzaren tenperatura erregulatzeko izerdia sortu eta jariatzen dutenak.
Beroaren transmisioa
Gorputzek xurgaturiko edo emaniko beroa hiru faktoreren menpe dago: substantziaren izaera, masa kantitatea eta tenperatura-aldaketa.
Substantziaren izaera: Kilogramo bat urek bero handia behar du 1 °C tenperatura igotzeko. Kilogramo bat merkuriok, aldiz, bero gutxiago behar du tenperatura neurri berean igotzeko.
Masa-kantitatea: Substantzia kantitatea gero eta handiagoa izan, gero eta bero gehiago izan beharko dugu tenperatura 1 °C igotzeko.
Tenperatura aldaketa: Tenperatura aldaketa gero eta handiagoa izateko, bero kantitate handiagoa eman behar diogu substantziari.
Beroa puntu batetik bestera lekualdatzen den energia termikoa da, eta materialek hainbat modutan transmititzen dute bero hori: kondukzio, konbekzio eta erradiazio bidez.
Solidoetan gertatzen da. Berotu egiten den objektu zatian, handitu egiten da partikulen energia zinetikoa, eta beren higiduraren zati bat transmititzen diete aldameneko partikulei. Horrela, beroa objektu osora hedatzen da.
Tenperatura desberdina duten bi substantzia berdin elkar ukituz jartzean, beroa igaro egiten da substantzia berotik substantzia hotzera, bi substantziek tenperatura berdina lortu arte. Orduan lortuko dugu oreka termikoa. Beroaren trukea orduantxe amaitzen da, eta tenperatura egonkortu egingo da.
Fluidoetan gertatzen da. Tenperatura igotzean, txikitu egiten da fluidoen dentsitatea, eta gorantz egiten dute; partikulak hozten direnean, aldiz, jaisteko joera dute. Horren ondorioz, higidura zirkularrak sortzen dira, eta higidura horiek fluido guztia berotzen dute. Higidura horiei konbekzio korronte deritze.
Materiarik behar ez duen energia transmititzeko modu bakarra da. Gorputz guztiek igortzen dute beroa erradiazio bidez beren tenperaturaren arabera: zenbat eta handiagoa tenperatura, orduan eta handiagoa erradiazioa. Eguzkiak beroa hedatzen du espazio hutsean barrena. Hain zuzen, gorputz guztiek igortzen dute erradiazio termikoa, eta erradiazio hori proportzionala da tenperaturarekiko: zenbat eta handiagoa izan tenperatua, orduan eta handiagoa izango da irradiatutako beroa.
Gorputz beroek infragorria deritzon erradiazioa sortzen dute.
Dilatazioa tenperaturaren igoeraren kausaz gorputzen bolumena handitzean datza. Tenperatura igotzean, gorputzen partikulak agitazio termiko handiago izaten dute. Ondorioz, haien arteko talkak handiagoak eta bortitzagoak dira, eta gehiago urruntzen dira bata bestetik. Orduan, gorputzaren tamaina handitu egiten da hiru norabideetan.
Dilatazioa materiaren hiru egoeratan gertatzen da: solidoetan, likidoetan eta gasetan. Material batzuk besteak baino gehiago dilatatzen dira, eta substantzia bakoitzak tenperatura aldaketaren aurrean duen dilatatzeko joera dilatazio koefizienteak adierazten du.
