אנרגיה תרמית
חום זה לא רק תחושה-זו אנרגיה של מולקולות רוקדות!
מהי אנרגיה תרמית?
חום וטמפרטורה-מה ההבדל?
קיימת סתירה לשונית בספרות בין המושג היומיומי 'חום' לבין ההגדרה הפיזיקלית המדויקת למד המכונה טמפרטורה, המייצגים שני וקטורי מדידה תרמודינמיים נפרדים:
טמפרטורה
• מודדת את מהירות המולקולות (בממוצע)
• נמדדת ב°C או K (קלווין)
• לא תלויה בכמות החומר
אנרגיה תרמית (חום)
• סך כל האנרגיה של המולקולות
• נמדדת בג'אול
• תלויה בכמות-ים חם מכיל יותר אנרגיה תרמית מכוס מים רותחים!
כוס מים ב-100°C חמה יותר מהים ב-25°C, אבל לים יש הרבה יותר אנרגיה תרמית!
הולכה
חום עובר דרך מגע ישיר בין חומרים.
דוגמה: כף מתכת בסיר חם-היד מרגישה חום!
הסעה
חום עובר עם תנועת נוזל או גז.
דוגמה: מים חמים עולים למעלה בסיר, קרים יורדים.
קרינה
חום עובר כגלים (אינפרא-אדום).
דוגמה: חום השמש מגיע אלינו דרך החלל!
טמפרטורות מעניינות
| מצב/תהליך | טמפרטורה |
|---|---|
| אפס מוחלט | -273°C (0K) |
| חנקן נוזלי | -196°C |
| מים קופאים | 0°C |
| טמפרטורת גוף | 37°C |
| מים רותחים | 100°C |
| להבה של נר | 1,000°C |
| פני השמש | 5,500°C |
| מרכז השמש | 15,000,000°C |
מוליכים טובים
מעבירים חום מהר:
• מתכות (ברזל, נחושת, אלומיניום)
• מים
למה סירים עשויים ממתכת? כי היא מעבירה חום מהאש לאוכל!
מבודדים (מוליכים רעים)
מעבירים חום לאט:
• עץ, פלסטיק, גומי
• אוויר, קלקר, צמר
למה ידיות סירים מפלסטיק? כדי שלא נישרף!
חום תמיד עובר מחם לקר!
זה כלל בסיסי בטבע-חום זורם לבד מחם לקר, לעולם לא להפך:
- קוביית קרח בכוס-הקרח נמס (חום עובר מהמים לקרח)
- קפה חם על השולחן-מתקרר (חום עובר לאוויר)
- יד קרה בכיס-מתחממת (חום עובר מהגוף ליד)
- לחמם דבר קר צריך להוסיף אנרגיה
- לקרר דבר חם צריך להוציא אנרגיה (למשל מזגן)
שאלה לחשיבה
למה כשנכנסים לבריכה ב-25°C מרגישים קר, אבל חדר ב-25°C מרגיש נוח?
תחושת הקור הפיזיולוגית אינה נגזרת ממדד הטמפרטורה המדויק שבחוץ, אלא מקצב הולכת ומשיכת החום העורי שלך. המים (בבריכה) מתפקדים כמוליך אנרגיה קיצוני ופראי שגונב קלוריות חום בברוטליות, זאת בניגוד לאוויר החדר השוהה סביבך כמבודד רכרוכי ועדין בהוליכו חום באטיות מוחלטת.
כשחומר מתחמם, המולקולות נעות מהר יותר ו"דוחפות" זו את זו-החומר מתפשט!
• מסילות רכבת בנויות עם רווחים-כי בקיץ הברזל מתארך!
• גשרים יש להם מפרקי התפשטות
• תרמומטר כספית-הנוזל מתפשט ועולה בצינור
• כדור פורח-אוויר חם מתפשט ופחות צפוף, לכן עולה
חריג מפורסם: מים מתפשטים דווקא כשהם קופאים! לכן קרח צף על מים.
שאלה לחשיבה
מה הקשר בין חום שמרגישים לבין תנועת חלקיקים ואנרגיה פנימית?
חום קשור לאנרגיה תרמית: תנועה אקראית של מולקולות ואטומים. ככל שהתנועה הממוצעת אינטנסיבית יותר, הטמפרטורה ולרוב האנרגיה הפנימית/התרמית גבוהות יותר.