אנרגיה תרמית היא המונח שבו אנו משתמשים כדי לתאר את רמת הפעילות של מולקולות באובייקט. עירור מוגברת קשורה, כך או אחרת, לעלייה בטמפרטורה, בעוד שבעצמים קרים, אטומים נעים הרבה יותר לאט.
דוגמאות להעברת חום ניתן למצוא בכל מקום - בטבע, בטכנולוגיה ובחיי היומיום.
דוגמאות להעברת חום
הדוגמה הגדולה ביותר להעברת חום היא השמש, שמחממת את כדור הארץ וכל מה שעליו. בחיי היומיום, אתה יכול למצוא הרבה אפשרויות דומות, רק במובן הרבה פחות גלובלי. אז מהן כמה דוגמאות להעברת חום בחיי היומיום?
הנה כמה מהם:
- כיריים גז או חשמליות ולמשל מחבת לטיגון ביצים.
- דלקים לרכב כגון בנזין מספקים אנרגיה תרמית למנוע.
- הטוסטר הכלול הופך חתיכת לחם לטוסט. זה קשור לקורןהאנרגיה התרמית של הטוסט, השואבת לחות מהלחם והופכת אותו לפריך.
- כוס חמה של קקאו מהביל מחממת ידיים.
- כל להבה, מלהבות גפרורים ועד שריפות יער ענקיות.
- כאשר שמים קרח בכוס מים, האנרגיה התרמית מהמים ממיסה אותו, כלומר המים עצמם הם מקור אנרגיה.
- הרדיאטור או מערכת החימום בביתכם מספקים חמימות במהלך חודשי החורף הארוכים והקרים.
- תנורים קונבנציונליים הם מקורות הסעה, כתוצאה מכך המזון המונח בהם מתחמם ומתחיל תהליך הבישול.
- ניתן לראות דוגמאות להעברת חום בגופך שלך, לוקחים חתיכת קרח ביד.
- אנרגיה תרמית נמצאת אפילו בתוך החתול, שיכולה לחמם את הברכיים של הבעלים.
חום הוא תנועה
זרימות החום נמצאות בתנועה מתמדת. הדרכים העיקריות להעברתן יכולות להיקרא קונבנציה, קרינה והולכה. בואו נסתכל על המושגים האלה ביתר פירוט.
מהי מוליכות?
אולי, רבים שמו לב יותר מפעם אחת שבאותו חדר התחושות מהמגע ברצפה יכולות להיות שונות לחלוטין. נעים וחמים ללכת על השטיח, אבל אם נכנסים לשירותים ברגליים יחפות, קרירות ניכרת מיד מעניקה תחושת עליזות. לא במקום שבו יש חימום תת רצפתי.
אז למה משטח האריחים קופא? הכל בגללמוליכות תרמית. זהו אחד משלושה סוגים של העברת חום. בכל פעם שני עצמים בטמפרטורות שונות נמצאים במגע זה עם זה, אנרגיה תרמית תעבור ביניהם. דוגמאות להעברת חום במקרה זה כוללות את הדברים הבאים: החזקה בפלטת מתכת, שקצהו השני מונח מעל להבת הנר, לאורך זמן ניתן לחוש צריבה וכאב, וברגע נוגעים בברזל. ידית של סיר מים רותחים, אתה יכול להישרף.
גורמי מוליכות
מוליכות טובה או גרועה תלויה במספר גורמים:
- סוג ואיכות החומר ממנו עשויים החפצים.
- שטח הפנים של שני עצמים במגע.
- הפרש טמפרטורה בין שני אובייקטים.
- עובי וגודל של פריטים.
בצורת משוואה, זה נראה כך: קצב העברת החום לעצם שווה למוליכות התרמית של החומר ממנו עשוי העצם, כפול שטח הפנים במגע, כפול הפרש הטמפרטורה. בין שני העצמים, ומחולק בעובי החומר. זה פשוט.
דוגמאות של מוליכות
העברה ישירה של חום מעצם אחד למשנהו נקראת הולכה, וחומרים המוליכים חום היטב נקראים מוליכים. חומרים וחומרים מסוימים אינם מתמודדים היטב עם משימה זו, הם נקראים מבודדים. אלה כוללים עץ, פלסטיק, פיברגלס ואפילו אוויר. כידוע, מבודדים לא ממש עוצרים את הזרימה.חום, אבל פשוט האטו אותו לדרגה כזו או אחרת.
הסעה
סוג זה של העברת חום, כמו הסעה, מתרחש בכל הנוזלים והגזים. אתה יכול למצוא דוגמאות כאלה של העברת חום בטבע ובחיי היומיום. כשהנוזל מתחמם, המולקולות בתחתית צוברות אנרגיה ונעות מהר יותר, וכתוצאה מכך ירידה בצפיפות. מולקולות הנוזל החם מתחילות לנוע כלפי מעלה בעוד שנוזל הקירור (הנוזל הצפוף יותר) מתחיל לשקוע. לאחר שהמולקולות הקרירות מגיעות לתחתית, הן שוב מקבלים את חלקן באנרגיה ושוב נוטות למעלה. המחזור נמשך כל עוד יש מקור חום בתחתית.
דוגמאות להעברת חום בטבע ניתן לתת באופן הבא: בעזרת מבער מאובזר במיוחד, אוויר חם, ממלא חלל בלון, יכול להעלות את כל המבנה לגובה מספיק גבוה, העניין הוא שהאוויר החם קל יותר מאוויר קר.
Radiation
כשאתה יושב מול מדורה, אתה מתחמם מהחום הנובע ממנה. אותו דבר קורה אם אתה מביא את כף היד שלך אל נורה בוערת מבלי לגעת בה. אתה גם תרגיש חם. הדוגמאות הגדולות ביותר להעברת חום בחיי היומיום ובטבע מובלות על ידי אנרגיה סולארית. מדי יום, חום השמש עובר דרך 146 מיליון ק מ של חלל ריק עד לכדור הארץ עצמו. זהו הכוח המניע מאחורי כל צורות ומערכות החיים הקיימות על הפלנטה שלנו כיום. ללא אופן השידור הזה, היינו בצרות גדולות, והעולם לא היה כמונו.אנחנו מכירים אותו.
קרינה היא העברת חום באמצעות גלים אלקטרומגנטיים, בין אם גלי רדיו, אינפרא אדום, קרני רנטגן או אפילו אור נראה. כל העצמים פולטים וסופגים אנרגיה קורנת, כולל האדם עצמו, אך לא כל העצמים והחומרים מתמודדים עם משימה זו באותה מידה. ניתן לשקול דוגמאות להעברת חום בחיי היומיום באמצעות אנטנה קונבנציונלית. ככלל, מה שמקרין טוב טוב גם בספיגה. באשר לכדור הארץ, הוא מקבל אנרגיה מהשמש, ואז מחזיר אותה לחלל. אנרגיית הקרינה הזו נקראת קרינה יבשתית, והיא מה שמאפשר את החיים על הפלנטה.
דוגמאות להעברת חום בטבע, חיי היומיום, טכנולוגיה
העברת אנרגיה, במיוחד תרמית, היא תחום לימוד בסיסי לכל המהנדסים. קרינה הופכת את כדור הארץ למגורים ומספקת אנרגיה סולארית מתחדשת. הסעה היא הבסיס למכניקה, אחראית על זרימת האוויר בבניינים וחילופי האוויר בבתים. מוליכות מאפשרת לך לחמם סיר פשוט על ידי הצתתו.
דוגמאות רבות להעברת חום בטכנולוגיה ובטבע ברורות ונמצאות בכל העולם שלנו. כמעט כולם ממלאים תפקיד חשוב, במיוחד בתחום הנדסת המכונות. לדוגמה, בעת תכנון מערכת אוורור של בניין, מהנדסים מחשבים את העברת החום מהמבנה סביבו, וכן את העברת החום הפנימית. בנוסף, הם בוחרים חומרים הממזערים או ממקסמים את העברת החום.באמצעות רכיבים בודדים כדי לייעל את היעילות.
האידוי
כאשר האטומים או המולקולות של נוזל (כגון מים) נחשפים לנפח משמעותי של גז, הם נוטים באופן ספונטני להיכנס למצב גז או להתאדות. הסיבה לכך היא שהמולקולות נעות כל הזמן בכיוונים שונים במהירויות אקראיות ומתנגשות זו בזו. במהלך תהליכים אלה, חלקם מקבלים אנרגיה קינטית מספיקה כדי להדוף את עצמם ממקור החום.
עם זאת, לא לכל המולקולות יש זמן להתאדות ולהפוך לאדי מים. הכל תלוי בטמפרטורה. אז מים בכוס יתאדו לאט יותר מאשר במחבת מחוממת על הכיריים. מים רותחים מגבירים מאוד את האנרגיה של המולקולות, מה שבתורו מזרז את תהליך האידוי.
מושגים בסיסיים
- מוליכות היא העברת חום דרך חומר במגע ישיר של אטומים או מולקולות.
- הסעה היא העברת חום דרך מחזור של גז (כגון אוויר) או נוזל (כגון מים).
- קרינה היא ההבדל בין כמות החום הנספגת לבין כמות החום המוחזרת. יכולת זו תלויה מאוד בצבע, עצמים שחורים סופגים יותר חום מחפצים קלים.
- האידוי הוא התהליך שבו אטומים או מולקולות במצב נוזלי צוברים מספיק אנרגיה כדי להפוך לגז או לאדים.
- גזי חממה הם גזים הלוכדים את חום השמש באטמוספירה של כדור הארץ, ומייצרים גז חממה.השפעה. ישנן שתי קטגוריות עיקריות - אדי מים ופחמן דו חמצני.
- מקורות אנרגיה מתחדשים הם משאבים בלתי מוגבלים שמתחדשים במהירות ובאופן טבעי. אלה כוללים את הדוגמאות הבאות להעברת חום בטבע ובטכנולוגיה: רוחות ואנרגיה סולארית.
- מוליכות תרמית היא הקצב שבו חומר מעביר אנרגיה תרמית דרך עצמו.
- שיווי משקל תרמי הוא מצב שבו כל חלקי המערכת נמצאים באותו משטר טמפרטורה.
יישום מעשי
דוגמאות רבות להעברת חום בטבע ובטכנולוגיה (תמונות למעלה) מצביעות על כך שיש ללמוד היטב תהליכים אלה ולשרת אותם לתמיד. מהנדסים מיישמים את הידע שלהם על עקרונות העברת החום, חוקרים טכנולוגיות חדשות הקשורות לשימוש במשאבים מתחדשים והן פחות הרסניות לסביבה. המפתח הוא ההבנה שהעברת אנרגיה פותחת אינסוף אפשרויות לפתרונות הנדסיים ועוד.
