מאמר הגדרת חום שווה ערך מכני של חום משוואת חום
1. הגדרת חום
אם חפצים בעלי הפרשי טמפרטורה נוגעים זה בזה, יתרחש מעבר חום מחפצים בטמפרטורה גבוהה לחפצים בטמפרטורה נמוכה. העברת החום נעצרת לאחר שנגיעה בחפצים שמגיעה לאותה טמפרטורה. לדוגמה, אם אנו מערבבים מים חמים עם מים קרים, חום בדרך כלל עובר ממים חמים למים קרים. כאשר אנו מכניסים ברזל חם למים קרים, חום עובר מברזל למים. חום יפסיק לזרום לאחר שהברזל והמים מגיעים לאותה טמפרטורה. כאשר אחות מחברת מדחום לגוף שלך, חום עובר מ
גופך מגיע למדחום. העברת החום נעצרת לאחר שגופך והמדחום מגיעים לאותה טמפרטורה. אם המדחום בו נעשה שימוש הוא מדחום כספית, כאשר גופך והמדחום מגיעים לאותה טמפרטורה, פני השטח של הכספית מפסיקים לנוע. המספר המוצג על פני השטח של הכספית הוא טמפרטורת הגוף שלך באותו זמן.
באופן טבעי, חום עובר באופן אוטומטי מחפצים בטמפרטורה גבוהה אל
עצמים בטמפרטורה נמוכה. מעבר חום נוטה להשוות את הטמפרטורה של עצמים הנוגעים זה בזה. במאה ה-18, פיזיקאים חשדו שזרימת חום היא תנועה של נוזל, סוג של נוזל שאינו נראה לעין (נוזל הוא חומר שיכול לזרום. נוזל כולל חומרים נוזליים וגזיים. מים (נוזל) כוללים נוזל מכיוון שהם יכולים לזרום. אוויר כולל גם נוזל מכיוון שהוא יכול לזרום). הנוזל נקרא קלורי. תורת הקלוריות אינה בשימוש עוד מכיוון שעל סמך תוצאות הניסוי, לא ניתן להוכיח את קיומן של קלוריות אלה. במאה ה-19, פיזיקאי אנגלי בשם ג'יימס פרסקוט ג'ול (1818-1889) למד כיצד לחמם מים במיכל באמצעות גלגל ערבוב.
בהתבסס על תוצאות הניסוי, ג'ול ערך השוואה עם מים מחוממים באמצעות אש. כאשר להבה ומיכל המכיל מים באים במגע, חום עובר מאש (טמפרטורה גבוהה) למים (טמפרטורה נמוכה). לאחר עריכת השוואה בין עליית טמפרטורת המים עקב מגע עם אש לעליית טמפרטורת המים עקב עבודה שנעשית על ידי המערבב, ג'ול הסיק שחום הוא האנרגיה שעוברת מעצם בטמפרטורה גבוהה לעצם בטמפרטורה נמוכה. חום אינו אנרגיה (חום אינו סוג מסוים של אנרגיה, כגון אנרגיה קינטית, אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיה כימית וכו'). חום הוא אנרגיה שעוברת עקב הפרשי טמפרטורה. לכן, כאשר חום זורם מעצמים בטמפרטורה גבוהה לעצמים בטמפרטורה נמוכה, אנרגיה עוברת מעצמים בטמפרטורה גבוהה לעצמים בטמפרטורה נמוכה. העברת האנרגיה נעצרת לאחר שנגיעה של עצמים מגיעה לאותה טמפרטורה.
2. יחידת חום ומקבילה מכנית של חום
יחידות חום הן קלוריות (בקיצור קלוריות). קלוריות הן כמות החום הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה של גרם אחד של מים ב-1 מעלות צלזיוס.o (בדיוק, החל מ-14.5 oC כדי 15.5 oג). כמות החום הנדרשת משתנה לטמפרטורות מים שונות. עבור אותה כמות חום, עלייה של 1 ג'. טמפרטורת המיםo מתרחש רק בין טמפרטורות של 14.5 oC כדי 15.5 oג. יחידות חום משמשות לעתים קרובות, במיוחד כדי לציין את ערך האנרגיה של מזון כקילוקלוריות (קק"ל). קק"ל אחד = 1000 קלוריות. שמות אחרים מ-1 קק"ל = קלוריה אחת (אות K גדולה). יחידת החימום עבור המערכת הבריטית היא Btu (יחידה תרמית בריטית). 1 Btu = כמות החום הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה של פאונד אחד (0.45 ק"ג) מים ב-1 Fo (בדיוק מ-63 oF כדי 64 oF).
חום קשור לאנרגיה, לכן עלינו לדעת את הקשר בין יחידות חום ליחידות אנרגיה. בהתבסס על ניסויים שערכו ג'אול ומדענים אחרים, ידוע שעבודה של 4.186 ג'אול שקולה לקלוריה אחת של חום.
קלוריה אחת = 4.186 ג'אול
קק"ל אחד = 1000 קלוריות = 4186 ג'אול
1 Btu = 778 רגל (0.24 ק"מ). ליברות = 252 קלוריות = 1055 ג'אול
(קלוריה אחת = 4.186 ג'אול וקק"ל אחד = 4186, המכונים המקבילה המכנית של חום)
3. משוואת החום
אם עצמים בעלי הפרשי טמפרטורה נוגעים זה בזה, באופן טבעי, חום עובר מעצמים בעלי טמפרטורה גבוהה לעצמים בעלי טמפרטורה נמוכה. העברת החום נעצרת לאחר ששני העצמים נמצאים בשיווי משקל תרמי. העברת החום גורמת לשינויים בטמפרטורה של עצמים הנוגעים זה בזה. בהתבסס על הסבר קצר זה, ניתן להסיק כי לחום (Q) יש קשר עם עצם ושינויים בטמפרטורה (ΔT) של העצם, מסת העצם (m) וסוג העצם.
הקשר בין חום (Q) לשינוי טמפרטורה (ΔT)
ככל שיש יותר חום, כך שינוי הטמפרטורה גדול יותר. ניתן להסיק שכמות החום (Q) פרופורציונלית לשינוי הטמפרטורה של האובייקט.
Q α ΔT —– השוואה 1
הקשר בין חום (Q) למסה של עצמים (m)
כמות החום (Q) פרופורציונלית לשינוי הטמפרטורה של האובייקט. ככל שיש יותר מים, כך נדרש יותר חום כדי להעלות את טמפרטורת המים.
Q α m —– השוואה 2
הקשר בין חום (Q) לסוג האובייקט (c)
החום הנדרש להעלאת הטמפרטורה של עצם הוא פרופורציונלי לסוג העצם.
Q α c —– השוואה 3
שלוש ההשוואות לעיל מחוברות יחד למשוואה:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
זוהי משוואת החום.
תיאור: Q = חום (ג'אול), m = מסת הגוף (ק"ג), c = חום סגולי (ג'אול / ק"ג C או K)
