אם עצמים בעלי טמפרטורות שונות באים במגע זה עם זה, חום עובר באופן טבעי מהעצם בעל הטמפרטורה הגבוהה יותר לעצם בעל הטמפרטורה הנמוכה יותר. העברת החום נעצרת ברגע ששני העצמים מגיעים לשיווי משקל תרמי . ניתן לומר שהעברת חום גורמת לשינוי בטמפרטורת העצמים הנמצאים במגע. בהתבסס על הסבר קצר זה, מסיקים שחום (Q) קשור לעצם ולשינוי בטמפרטורה (דלתא T) של אותו עצם. לכל עצם יש מסה (m) וגם סוג העצם שונה.
גזירת נוסחת החום במאמר זה נעשית באמצעות הנמקה. ניתן להוכיח את תקפותה של הנמקה זו על סמך חוויותיכם היומיומיות או על ידי עריכת ניסוי.
הקשר בין חום (Q) לשינוי טמפרטורה (דלתא T)
ישנם שני מיכלים מלאים במים בעלי אותה מסה. המים מחוממים באמצעות שני מבערים שונים. הלהבה על מבער אחד נמוכה יותר, בעוד שהלהבה על המבער השני גבוהה יותר. אם שניהם מחוממים במשך עשר דקות, איזה מיכל חם יותר? אם אי פעם חיממתם מים, תסכימו שהמים שחוממו באמצעות הכיריים עם הלהבה הגבוהה יותר חמים יותר (הטמפרטורה הסופית של המים גבוהה יותר או ששינוי הטמפרטורה גדול יותר).
הלהבה מייצגת את כמות החום (Q). להבה קטנה מכילה מעט חום, להבה גדולה מכילה יותר חום. כאשר יש מעט חום, שינוי הטמפרטורה קטן. כאשר יש הרבה חום, שינוי הטמפרטורה גדול. ככל שיש יותר חום, כך שינוי הטמפרטורה גדול יותר. ניתן להסיק שכמות החום (Q) פרופורציונלית לשינוי הטמפרטורה של האובייקט.
הקשר בין חום (Q) ומסה של העצם (מ')
ישנם שני מיכלים מלאים במים בעלי מסות שונות, מיכל אחד מלא ביותר מים, והמיכל השני מלא בפחות מים. המים מחוממים באמצעות שני כיריים בעלות אותה להבה. אם שניהם מחוממים במשך עשר דקות, איזה מים במיכל חמים יותר? אם אי פעם חיממתם מים, אז תסכימו שהמים בפחות מים חמים יותר (הטמפרטורה הסופית של המים גדולה יותר או ששינוי הטמפרטורה גדול יותר). על מנת שככל שיש יותר מים יחוו את אותו שינוי טמפרטורה כמו שיש פחות מים, יש להגדיל את הלהבה שמחממת את יותר המים.
כמות המים מייצגת את מסת המים (מ'). גודל הלהבה מייצג את כמות החום. ניתן להסיק שכמות החום (Q) פרופורציונלית לשינוי הטמפרטורה של האובייקט. ככל שיש יותר מים, כך נדרש יותר חום כדי להעלות את טמפרטורת המים.
הקשר בין חום (Q) לסוג האובייקט ( c )
אם מחממים מוט ברזל ומוט זכוכית באותו גודל בו זמנית באמצעות אותה להבה, איזה מהם יתחמם מהר יותר, הברזל או הזכוכית? כמובן, הברזל יתחמם מהר יותר. ניתן להסיק שהחום הנדרש להעלאת הטמפרטורה של חפץ הוא פרופורציונלי לסוג החפץ.
שלוש ההשוואות לעיל משולבות למשוואה:
זוהי הנוסחה או משוואת החום.
מידע: Q = חום (ג'אול), m = מסת הגוף (ק"ג), c = חום סגולי של הגוף (ג'אול/ק"ג Co), דלתא T = שינוי בטמפרטורה (Co או ק)
1. חמישה קילוגרמים של קרח בטמפרטורה של -22 מעלות צלזיוס מחוממים עד שכל הקרח נמס בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס. אם החום הסמוי של הקרח הוא 333 קילו-ג'אול/ק"ג והחום הסגולי של הקרח הוא 2100 ג'אול/ק"ג CO2 , אז כמות החום הנדרשת היא...
א. 1496 קילו-ג'אול
ב. 1596 קילו-ג'אול
כ-1696 קילו-ג'אול
ד. 1796 קילו-ג'אול
1896 קילו-ג'אול
דִיוּן
זה ידוע:
מסת הקרח (מ"ר) = 5 ק"ג
טמפרטורה התחלתית (T) = -22 מעלות צלזיוס
חום סמוי של קרח (L) = 333 קילו-ג'אול/ק"ג = 333.000 ג'אול/ק"ג
חום סגולי של קרח (c) = 2100 ג'ול/ק"ג C2
שאלה: כמות החום הנדרשת (Q)
ג'וואב:
תהליך 1: העלאת טמפרטורת הקרח מ-22- מעלות צלזיוס ל-0 מעלות צלזיוס
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 ג'אול
תהליך 2: להמיס את כל הקרח למים
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 ג'ול
חום כולל = 231.000 ג'ול + 1.665.000 ג'ול = 1.896.000 ג'ול = 1.896 קילו-ג'ול
התשובה הנכונה היא ה'.
מקור השאלה:
שאלות פיזיקה SBMPTN
