1. הגדרת העברת חום באמצעות הולכה
אם יושבים על כיסא עץ, פני השטח של כיסא העץ מתחממים. לעומת זאת, אם יושבים על כיסא עשוי פלסטיק או מתכת, פני השטח של כיסא מתכת או פלסטיק לא מרגישים חמים לאחר הישיבה. מדוע פני השטח של כיסא העץ מתחממים, בעוד שמשטח כיסא המתכת לא? מדוע שינה על רצפה קרה ללא מזרן יכולה לגרום לכאב? האם אי פעם לבשת מעיל נגד קור? מדוע רוב מעילי נגד קור עשויים צמר? עדיין ישנם דברים רבים שניתן לשקול ולהטיל ספק בהם הקשורים לנושא העברת חום באמצעות הולכה.
כאשר חלק אחד של גוף בטמפרטורה גבוהה נמצא במגע עם גוף בטמפרטורה נמוכה, אנרגיה עוברת מגוף בטמפרטורה גבוהה לחלק בטמפרטורה נמוכה של הגוף. תוספת האנרגיה גורמת לאטומים ולמולקולות לגרום לדברים לנוע מהר יותר. בזמן תנועה, למולקולה יש אנרגיה קינטית (KE = 1/2 mv 2 ). המולקולות שנעות מהר יותר (אנרגיה קינטית גדולה יותר) מכות במולקולות שלידן. המולקולה פוגעת במולקולה אחרת שלידה. וכך הלאה. לכן, מולקולות מתנגשות זו בזו תוך כדי העברת אנרגיה. העברת החום המתרחשת באמצעות התנגשויות בין מולקולות הגוף נקראת העברת חום באמצעות הולכה.
2. משוואת העברת החום באמצעות הולכה
לעצם הממוקם משמאל יש טמפרטורה גבוהה יותר (T1) בעוד שהאובייקט הממוקם מימין בעל טמפרטורה נמוכה יותר (T2). בגלל הפרש הטמפרטורה (T1 - T2), חום נע מעצם בטמפרטורה גבוהה לעצם בטמפרטורה נמוכה (כיוון זרימת החום ימינה). לעצם שעובר החום יש שטח חתך (A) ואורך (l).
בהתבסס על תוצאות הניסוי, חום שנע במהלך פרק זמן מסוים (Q/t) הוא ביחס ישר להבדל הטמפרטורות (T1 – T2 ) ,
שטח חתך (A), אופיו של עצם (k = מוליכות תרמית) וביחס הפוך לאורך העצם. הנוסחה להעברת חום באמצעות הולכה:
תיאור: Q/t = קצב העברת חום, k = מוליכות תרמית, A = שטח חתך, T1 = טמפרטורה גבוהה, T2 = טמפרטורה נמוכה, l = אורך האובייקט.
3. מוליכות תרמית (k)
מדוע רוב כלי הבישול עשויים מאלומיניום? אם יד שמאל אוחזת במגהץ, יד ימין אוחזת בכוס, אזי הברזל והזכוכית נוגעים באש. האם יד שמאל או יד ימין מרגישה מהר יותר? שאלות אלו ואולי שאלות נוספות שתשאלו קשורות למוליכות תרמית של עצמים. מוליכות תרמית של עצמים היא היכולת של עצמים להעביר חום דרכו. עצמים בעלי מוליכות תרמית גבוהה (k) הם מוליכי חום טובים (מוליכי תרמית טובים). לעומת זאת, עצמים בעלי מוליכות תרמית קטנה הם מוליכי חום גרועים (מוליכי תרמית גרועים).
4. יישום של העברת חום באמצעות הולכה
מדוע האריח מרגיש קריר יותר מהשטיח? לאריחים יש מוליכות תרמית גבוהה יותר מאשר לשטיחים. לכן, האריח הוא מוליך חום טוב, בעוד שהשטיח הוא מוליך חום גרוע. כשאנחנו הולכים על השטיח, חום זורם מהרגליים לכיוון השטיח. זה קורה מכיוון שטמפרטורת הגוף שלנו גבוהה מטמפרטורת השטיח. השטיח הוא מוליך חום גרוע, ולכן החום הזורם מכפות הרגליים שלנו מצטבר על פני השטיח, כך שהשטיח מתחמם. כשאנחנו הולכים על אריח או קרמיקה, חום זורם מהרגל לאריח או לקרמיקה. מכיוון שאריחים הם מוליכי חום טובים, החום לא נדבק על פני האריח. החום זורם בצורה חלקה כך שכפות הרגליים שלנו מרגישות קרות.
שינה על רצפת הבית ללא כן יכולה לגרום לכאב. למה? זה נובע מכמות החום שעוברת מהגוף לרצפה. חום הוא האנרגיה שזזה. כאשר הגוף שלך מאבד הרבה חום, האנרגיה בגוף שלך פוחתת. אם חסרה לך אנרגיה, אתה יכול לחלות!
מהם תפקידי החלונות והדלתות? מדוע דלתות וחלונות צריכים להיות עשויים מעץ? בלילה, הטמפרטורה מחוץ לבית נמוכה מטמפרטורת האוויר בתוך הבית. הפרש זה בטמפרטורת האוויר גורם לחום לנוע מתוך הבית אל מחוץ לבית. לכן, בדרך כלל בלילה, אנו סוגרים דלתות או חלונות. האוויר הכלוא בחלק הפנימי של החלון או הדלת משמש כמבודד טוב. ככל שמוליכות החום של עצם קטנה יותר, כך קשה יותר להעביר חום באמצעות הולכה דרכו.
בנוסף לשמירה על מעמדנו כבני אדם מתורבתים ונורמליים, לבוש מתפקד גם לשמירה על טמפרטורת הגוף שלנו יציבה. הבגדים שאנו משתמשים בהם מותאמים בדרך כלל לטמפרטורת האוויר. כאשר טמפרטורת האוויר נמוכה מספיק, הבגדים שאנו משתמשים בהם עבים יותר. שמיכות או בגדים עבים (מעילים וכו') גורמים לאוויר לא להיות מסוגל לנוע. האוויר לכוד בין העור למעיל או לשמיכה. מכיוון שיש הפרש טמפרטורות בין גופנו לאוויר הלכוד, חום נע מהגוף לאוויר. תוספת החום מהגוף גורמת לעלייה בטמפרטורת האוויר הלכוד (האוויר מתחמם). ערך המוליכות התרמית של האוויר הוא מינימלי. לכן, חום לא יכול לצאת מהגוף. גם טמפרטורת הגוף שלנו נשמרת. אם לא נשתמש במעיל כאשר האוויר קר מספיק, חום יוצא מגופנו. ככל שיותר חום יוצא מהגוף, הגוף מאבד הרבה אנרגיה!
