חום (פיזיקה)

חום הוא מושג בפיזיקה המתאר מעבר של אנרגיה מגוף אחד למשנהו. מעבר זה יכול להיגרם כתוצאה ממגע ביניהם, כגון בתנור חימום; כתוצאה מערבוב, כגון במיזוג אוויר; או כתוצאה מקרינה, כגון בחימום בעזרת לייזר (הולכה, הסעה וקרינה.). ענף הפיזיקה העוסק בחום קרוי "תרמודינמיקה". החום קשור באופן הדוק לעובדה שהעולם בנוי ממספר אדיר של חלקיקים מיקרוסקופיים. כאשר אנרגיה עוברת בין מערכות בעזרת אינטראקציות רבות מאוד של מספר גדול של חלקיקים, מדובר במעבר חום.

בלשון הדיבור המילה "חם" מתייחסת לטמפרטורה של עצם, אולם מבחינה פיזיקלית חום הוא מושג שונה מטמפרטורה. טעות נפוצה נוספת קושרת את החום לאנרגיה הפנימית או לאנרגיה התרמית של גוף, אולם מדובר במושגים פיזיקליים שונים. חום אינו מתייחס לאנרגיה שמצויה בתוך גוף כלשהו אלא רק לאנרגיה העוברת מגוף אחד לאחר.

171879main LimbFlareJan12 lg
הטמפרטורה הגבוהה של השמש גורמת לקרינת חום ממנה. האנרגיה הנישאת על ידי קרינה זו היא הכוח המניע של החיים על כדור הארץ.

חום כמעבר אנרגיה

כאשר אנרגיה עוברת מגוף אחד לאחר, ישנם שני תרחישים אפשריים:

  1. ניתן לזהות את מעבר האנרגיה עם צורה של עבודה פיזיקלית כלשהי, למשל עבודה מכנית על ידי כוח שגוף אחד מפעיל על משנהו או עבודה חשמלית שעושה שדה חשמלי שפועל על הגוף.
  2. לא ניתן לזהות עבודה פיזיקלית כאמור לעיל. הסיבה היא שהאנרגיה עוברת על ידי אינטראקציה בין החלקיקים המיקרוסקופים מהם עשויים שני הגופים. במקרה זה מעבר האנרגיה נקרא "מעבר חום", והאנרגיה שעוברת נקראת "חום".

כאשר אנו מביטים בגופים מקרוסקופיים, איננו לוקחים בחשבון את העובדה שהם בנויים ממספר עצום של חלקיקים מיקרוסקופיים (אטומים). אנו מבחינים בתכונות המקרוסקופיות שלהם, כגון נפח, מסה וכדומה. נובע מכך שיש הרבה דרגות חופש "נסתרות" - דרגות חופש מיקרוסקופיות. כאשר אנרגיה עוברת בין גופים כתוצאה מאינטראקציות ברמה המיקרוסקופית, מדובר בתהליך של מעבר חום.

חום כצורת אנרגיה

ברגע שאנרגיה נמצאת במערכת מסוימת (למשל גז חלקיקים במכל), אין הבדל אם היא הגיעה לשם כתוצאה ממעבר חום או מעבודה פיזיקלית כלשהי. לדוגמה, ניתן להביא גז לטמפרטורה מסוימת על ידי דחיסתו עם בוכנה (עבודה מכנית), או לחלופין על ידי חימומו בעזרת מבער (מעבר חום). המצב הסופי של הגז זהה בשני המקרים. לפיכך אין אפשרות לחשוב על תהליך החימום כעל "אחסון" של כמות חום מסוימת בגז. במובן זה חום שונה מאנרגיות אחרות שניתנות לזיהוי, כגון אנרגיה אלקטרומגנטית או אנרגיה קינטית.

חום וטמפרטורה

חום וטמפרטורה אינם זהים: טמפרטורה היא מדד המדרג את הגופים על רצף הקובע את כיוון מעבר החום, בעוד שהחום הוא האנרגיה שעוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה לגוף בעל טמפרטורה נמוכה. (לא מוגדר מושג של קור בפיזיקה - כאשר גוף אחד מחמם גוף אחר, קרי, מעביר אליו אנרגיה, אזי הוא עצמו מתקרר, קרי, מאבד אנרגיה). יכול להיות שאותה כמות של חום תביא חומרים שונים לטמפרטורה שונה. לכן מים, למשל, יצרכו יותר אנרגיה משמן כדי לעלות לאותה טמפרטורה. התוצאה היא ששמן יתחמם מהר יותר ממים, על אש בעוצמה זהה. ההבדל בין החומרים הוא בגודל הקרוי קיבול חום.

חום ותרמודינמיקה

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי האנרגיה הפנימית () של מערכת נשארת קבועה, אלא אם היא משתנה כתוצאה מעבודה () או אנרגיית חום שנכנסת למערכת או יוצאת ממנה.

העבודה מסומנת במינוס מכיוון שאם המערכת היא זו שביצעה את העבודה, היא תאבד אנרגיה פנימית. לעומת זאת, אם נעשתה עבודה על המערכת, היא תרוויח אנרגיה פנימית. עבור המערכת שעושה את העבודה, העבודה עצמה חיובית, ועל כן נצרך להוסיף את המינוס.

חום () נמדד ביחידות מידה של אנרגיה (ג'אול, קלוריות, ארג וכדומה) ולא במעלות. מעלות צלזיוס, קלווין, ופרנהייט משמשות למדידת הטמפרטורה.

בלשון הדיבור מתייחסים לחום בתור מושג נרדף לאנרגיה תרמית, שהיא למעשה האנרגיה הפנימית של מערכת תרמודינמית.

המרה של עבודה מכנית לחום

פעמים רבות אומרים כי "אנרגיה מתבזבזת והופכת לחום" או כי "חיכוך יוצר חום". השימוש במילה "חום" במשפטים כגון אלה הוא שגוי חלקית. מדובר במעבר של אנרגיה מצורה ידועה (כגון אנרגיה מכנית) לתוך דרגות החופש המיקרוסקופיות. בהיעדר מושג טוב יותר (ייתכן ש"תרמליזציה" הוא המושג הנכון ביותר) אומרים כי "נוצר חום", או כי האנרגיה "הופכת לחום", אף על פי שהאנרגיה למעשה הפכה לסכום של אנרגיות מיקרוסקופיות רבות ממגוון סוגים (אנרגיה קינטית של החלקיקים, אנרגיה אלקטרומגנטית של האינטראקציות המיקרוסקופיות ביניהם וכדומה).

ראו גם

הסקה

האם התכוונתם ל...

חום

האם התכוונתם ל...

חומר

חומר הוא כל דבר בעל מסה התופס נפח במרחב.

בסביבתנו הקרובה מוצרים רבים - שולחנות, ספרים, עטים, חלונות - העשויים כולם מחומר. השולחנות עשויים עץ ופלסטיק, הספרים עשויים מנייר, החלונות עשויים מאלומיניום וזכוכית, גופם של בעלי החיים והצמחים מורכב ממים, משומנים, מחלבונים, מפחמימות וממינרלים. סלעים עשויים מחומרים שונים כמו: גיר, צור, בזלת וחול. אוויר הוא סוג של חומר, והוא מכיל חמצן, חנקן, אדי מים, פחמן דו-חמצני ועוד.

חומרים קיימים במגוון רב של תכונות: מצב צבירה, צבע, צפיפות, חוזק, קשיות, מוליכות חשמלית ועוד.

מעבר לכל התכונות הללו נמצא כי קיימים מאפיינים המשותפים לכל החומרים ביקום, וכי כל החומרים בנויים ממספר קטן של אבני יסוד (ראו גם מיון החלקיקים וכן חלקיק יסודי).

שאלת מבנה החומר, כלומר השאלה מהן אבני הבניין היסודיות של שפע החומרים הסובבים אותנו, העסיקה את האדם כבר מהעת העתיקה. כיום ידוע שהמבנה הבסיסי של החומר הוא המולקולה, שקובעת את תכונות החומר, אשר מורכבת מאטומים (שנקראים גם יסודות כימיים), ושהם בתורם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. שאלת המבנה הבסיסי ביותר של החומר עודנה פתוחה במדע.

החומר ביקום בו אנו חיים מורכב מאטומים (שלרוב מתחברים אחד לשני ליצירת מולקולות) ושני אלו אף יוצרים תערובות שונות.

קרינה תרמית

קרינת חום היא קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מגוף כתוצאה מהתנועה התרמית של החלקיקים הטעונים המרכיבים אותו. תנועה זו נובעת מכך שבגוף הנמצא בטמפרטורה שמעל האפס המוחלט, החלקיקים שמרכיבים אותו נעים באופן אקראי. מאחר שכל מטען הנמצא בתאוצה פולט קרינה אלקטרומגנטית, כל גוף פולט קרינת חום.

דוגמאות לקרינה תרמית כוללים את האור הנראה ואור אינפרא אדום הנפלטים מנורת להט, קרינת תת-אדומה הנפלטת מבעלי חיים שניתן לגלות בעזרת מצלמת תרמית וקרינת המיקרוגל של הרקע הקוסמית. קרינה תרמית שונה מהסעת חום והולכת חום - אדם ליד מדורה ירגיש חום מוקרן מהאש, גם במצב שבו הסביבה קרה.

אור שמש הוא חלק מהקרינה התרמית שנפלטת מהפלזמה של השמש. כדור הארץ גם פולט קרינה תרמית, אולם בעוצמה נמוכה בהרבה ובעלת התפלגות ספקטרלית שונה (יותר אינפרא אדום מאשר נראה) כיוון שהוא קר יותר. בליעת כדור הארץ של הקרינה הסולרית, בשילוב הפליטה התרמית העצמית שלו, הם שני גורמים חשובים בקביעת הטמפרטורה והאקלים על גבי כדור הארץ ברוב המודלים האקלימים.

כאשר לאובייקט תכונות פיזיקליות המאפיינות גוף שחור בשיווי משקל תרמודינמי, הקרינה נקראת קרינת גוף שחור. נוסחת פלאנק מתארת את ספקטרום הקרינה של גוף שחור, שתלוי בטמפרטורה בלבד. חוק ההסחה של ווין קובע את התדר בו תהיה הפליטה המקסימלית וחוק סטפן-בולצמן קובע את עוצמת הקרינה הכוללת.

תרמודינמיקה
חוקי יסוד חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי
קבועים קבוע הגזיםקבוע בולצמןקבוע אבוגדרוקבוע פלאנק
משתנים אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב
יחידות מידה טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה)
אפיון הפיכות • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי)
פוטנציאלים תרמודינמיים אנרגיה פנימיתאנתלפיההאנרגיה החופשית של הלמהולץהאנרגיה החופשית של גיבס
מצבי צבירה ומעברי פאזות מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכהנקודת רתיחהנקודה משולשתנקודה קריטיתדיאגרמת פאזותמשוואת קלאוזיוס-קלפרוןחוק הפאזות של גיבס
גזים גז אידיאליגז ואן דר ואלסהתאוריה הקינטית של הגזיםלחץ חלקיחוק ראולמודל דלטוןחוק בויל-מריוטחוק גה-ליסאקחוק שארל
חום וטמפרטורה האפס המוחלטיח' מידה לטמפרטורהשיווי משקל תרמודינמיקיבול חוםיחס קיבולי החוםחום כמוסחוק הסקלורימטראפקט ג'ול-תומסוןהסעת חוםמוליכות חוםמעבר חוםקרינה תרמית
מעגלי עבודה מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות
יישומים מכונות חום • מנועיםמשאבותמשאבת חוםמחליף חוםמיזוג אווירמקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח
מונחים נוספים תאוריית הקלוריקתנועה בראוניתפונקציית מצבתרמודינמיקה סטטיסטיתקשרי מקסוולתרמוכימיה
דמויות בולטות דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • הרוזן רמפורד (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסגר (1903–1976)

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.