יום שישי, 3 בדצמבר 2010

כמה חם היה? פוסט לכבוד חורף מבולבל

רבות אנו משתמשים בביטויים כמו "החום בחוץ בלתי נסבל" בזמן שבתחזית מזג האויר מבטאים את אותה המשמעות במילים "הטמפרטורות היום הן מעל הממוצע". כשאנחנו מרגישים חולים ומשתמשים במדחום, התצוגה מדווחת לנו מהי טמפרטורת הגוף שלנו, ולא כמה חום אנחנו מכילים. מהו בדיוק ההבדל בין חום וטמפרטורה?
חום הוא צורה של אנרגיה שמוכלת בגוף או בחומר מסויים. אנרגיית חום היא למעשה אנרגיה קינטית, כלומר אנרגיה בצורת תנועה, אבל בקנה מידה קטן מאד; כשגוף סופג אנרגיית חום (איך? על כך בפעם אחרת), האטומים שלו ינועו במהירות רבה יותר, והמולקולות שלו תתנועענה במהירות גבוהה יותר. אם מספיק חום נספג בחומר, תנועת פרודותיו עשויה להביא אפילו לניתוק הקשרים בין המולקולות, ובכך להפוך מוצק לנוזל או נוזל לגז.

טמפרטורה היא מאפיין של מצב מסויים של חומר, כמו משקל או מהירות. גובה הטמפרטורה מראה את מידת התנועה של פרודות החומר עקב החום שספוג בהן ברגע מסויים. לכן זהו ביטוי גם למצב הצבירה של החומר (למשל מים שהטמפרטורה שלהם נמוכה מ- 100 מעלות צלזיוס יהיו במצב נוזלי ומעל 100 מעלות צלזיוס יהיו במצב גזי*). אם נקשר זאת לנושאים שבהם אני עוסק בדרך-כלל, אז טעות נפוצה היא שבחלל קר. החלל הוא הרי ריק ברובו, וטמפרטורה היא סממן של חומר, לכן לחלל עצמו אין כלל טמפרטורה, אלא רק לגופים הנמצאים בו.


כעת נחבר בין חום וטמפרטורה: כדי לחמם גוף כלשהו, כלומר להעלות את הטמפרטורה שלו, צריך להוסיף לו אנרגיית חום. השינוי בטמפרטורה של הגוף תלויה בשלושה גורמים: בכמות החום שהוספנו (מובן מאליו, לא?), במסה של הגוף (כי כדי להרתיח שתי כוסות מים צריך להשקיע יותר אנרגיה מאשר כדי להרתיח כוס מים אחת), ובתכונה של החומר שנקראת קיבול חום סגולי. 


קיבול החום הסגולי קובע מה יהיה השינוי בטמפרטורה של הגוף כתוצאה מכמות חום מסויימת שנספגה בו. כאשר קיבול החום הסגולי גבוה, נדרש יותר חום על מנת להעלות את הטמפרטורה. לדוגמה, כמות חום מסויימת מעלה ב- 10 מעלות צלזיוס קילוגרם אחד של ברזל, ואותה כמות חום בדיוק תחמם קילוגרם אחד של מים נוזלים בקצת יותר ממעלה אחת בלבד. ההבדל נובע מכך שקיבול החום הסגולי של מים גבוה כמעט פי- 10 מזה של ברזל, ובמילים אחרות, מים יכולים לספוג פי- 10 יותר חום מאשר ברזל ולהתחמם באותה מידה.


זהו זה. פשוט? מובן? או שממש לא? שתפו אותי כדי שאדע, ואל תהססו לשאול כדי לדעת יותר.


________________________________________

*בלחץ של אטמוספירה אחת. שוב, לצורך הפשטה, לא אתייחס לתלות החזקה בין טמפרטורת מעבר מצבי הצבירה לבין הלחץ.

6 תגובות:

  1. יואב, רציתי להעיר ולהוסיף לנושא מנקודת מבט של פיזיקאי.
    בפיזיקה משתמשים במילה חום רק כחלק מהצירוף "זרימת חום", כלומר חום מציין תמיד מעבר אנרגיה מעצם אחד לעצם אחר. על מנת לציין אנרגיה של עצם משתמשים במושג אנרגיה פנימית. האנרגיה הפנימית תלויה בטמפרטורה ובפרמטרים נוספים.
    הערה נוספת: ניתן להגדיר את הטמפרטורה של החלל באמצעות קרינת הרקע הקוסמית. ערכה עומד על 2.7 קלווין.

    השבמחק
  2. אריה שלום ותודה על התגובה.
    ראשית, אתה צודק לחלוטין.
    הסיבה שבעטיה בחרתי את המושגים שבהם השתמשתי היא כדי לא לסבך עם ביטויים שהם לטעמי אקדמיים מדי, ודורשים הסברים מקדימים שלא רציתי להרחיב בהם.
    לגבי קרינת הרקע, בכוונתי להזכירה בהמשך, כשאכתוב על מעבר חום.

    השבמחק
  3. "ועל תהססו לשאול כדי לדעת יותר"=ואל

    השבמחק
  4. הי יואב,
    קודם כל יופי של בלוג!
    הערה קטנה לגבי ריקנותו של החלל: איזורים רבים בחלל, במערכת השמש ומחוצה לה, אינם ריקים (למרות שהם נראים כך ממבט ראשון) אלא מכילים גז חם למדי (אלפי מעלות). ראה למשל רוח השמש ועננים בין כוכביים, שמכילים גם אבק. אבל אכן אי אפשר להגיד ש"חם שם" במונחים המוכרים שלנו, כי בשל דלילות החומר הנ"ל ספק אם אדם שימצא שם יחווה מספיק התנגשויות עם חלקיקי הגז בשביל מעבר חום יעיל (אם נתעלם לרגע מהעובדה שהוא ימות מיד מסיבות אחרות). הערה קטנה ממגיני רוח השמש ממישיגן :)

    השבמחק
  5. תודה למישיגן על ההערה ;)

    השבמחק