לכל החומרים אנרגיה פנימית.ערך זה מאופיין במספר תכונות פיזיקליות וכימיות, ביניהן יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לחום. ערך זה הוא ערך מתמטי מופשט המתאר את כוחות האינטראקציה של מולקולות של חומר. הבנת מנגנון חילופי החום יכולה לעזור לענות על השאלה כמה חום שוחרר במהלך קירור וחימום של חומרים, כמו גם בעייתם.
בתחילה תוארה תופעת העברת החוםפשוט מאוד ומובן: אם הטמפרטורה של חומר עולה, הוא מקבל חום, ובמקרה של קירור, הוא משחרר אותו לסביבה. עם זאת, חום אינו חלק בלתי נפרד מהנוזל או מהגוף המדובר, כפי שנחשבה לפני שלוש מאות שנים. אנשים האמינו בתמימות שהחומר מורכב משני חלקים: מולקולות משלו וחום. בימינו, אנשים מעטים זוכרים שהמונח "טמפרטורה" בלטינית פירושו "תערובת", ולדוגמא הם דיברו על ברונזה כ"טמפרטורה של פח ונחושת ".
В 17 веке появилось две гипотезы, которые могли יהיה ברור להסביר את תופעת החום והעברת החום. הראשון הוצע בשנת 1613 על ידי גלילאו. הנוסח שלו היה: "חום הוא חומר יוצא דופן שיכול לחדור לכל גוף ולעזוב אותו." גלילאו כינה חומר זה ערך קלורי. הוא טען כי הקלוריות אינן יכולות להיעלם או להתמוטט, אלא רק להיות מסוגלות לעבור מגוף לגוף. בהתאם, ככל שיש יותר חומר בחומר, כך הטמפרטורה שלו גבוהה יותר.
ההשערה השנייה הופיעה בשנת 1620, ו-הציע הפילוסוף שלה בייקון. הוא הבחין שתחת המכות החזקות של הפטיש, הברזל התחמם. עיקרון זה פעל גם במהלך הדלקת המדורות בחיכוך, מה שהביא את בייקון לחשוב על אופיו המולקולרי של החום. הוא טען שעם פעולה מכנית על הגוף, מולקולותיו מתחילות להכות זו מול זו, מגבירות את מהירות התנועה ובכך מעלות את הטמפרטורה.
התוצאה של ההשערה השנייה הייתה המסקנה כיהחום הוא תוצאה של פעולה מכנית של מולקולות של חומר זה עם זה. במשך תקופה ארוכה ניסה לומונוסוב להצדיק תיאוריה זו ולהוכיח אותה בניסוי.
מדענים מודרניים הגיעו למסקנה הבאה:אנרגיה תרמית היא תוצאה של אינטראקציה של מולקולות חומר, כלומר האנרגיה הפנימית של הגוף. מהירות החלקיקים תלויה בטמפרטורה, ועוצמת החום עומדת ביחס ישר למסת החומר. אז לדלי מים יש אנרגיה תרמית יותר מכוס מלאה. עם זאת, לתחתית עם נוזל חם עלול להיות פחות חום מאשר אגן עם קור.
תורת הקלוריות שהוצעה במאה ה -17גלילאו, שהוכחשה על ידי המדענים ג''ז'ול וב' רומפורד. הם הוכיחו כי לאנרגיה תרמית אין מסה והיא מאופיינת אך ורק בתנועה מכנית של מולקולות.
נכון להיום, אוניברסאלי ורחבמקורות אנרגיה המשמשים הם כבול, נפט, פחם, גז טבעי או עץ. כאשר נשרפים חומרים אלה משתחררת כמות מסוימת של חום המשמשת לחימום, מנגנוני התחלה וכו '. כיצד ניתן לחשב ערך זה בפועל?
לשם כך מוצג המושג חום ספציפי.בעירה. ערך זה תלוי בכמות החום שמשתחררת כאשר 1 ק"ג מחומר מסוים נשרף. זה מסומן על ידי האות q ונמדד ב- J / kg. להלן טבלה של ערכי q עבור כמה מהדלקים הנפוצים ביותר.
מהנדס בבניית וחישוב מנועיםאתה צריך לדעת כמה חום משתחרר כאשר כמות מסוימת של חומר נשרף. לשם כך ניתן להשתמש במדידות עקיפות על פי הנוסחה Q = qm, כאשר Q הוא חום הבעירה של החומר, q הוא חום הבעירה הספציפי (ערך טבלאי), ו- m הוא המסה הנתונה.
דור החום בעת הבעירה מבוסס עלתופעת שחרור האנרגיה במהלך היווצרות קשרים כימיים. הדוגמה הפשוטה ביותר היא בעירה של פחמן, הכלול בכל סוג של דלק מודרני. הפחמן נשרף בנוכחות אוויר אטמוספרי ומשתלב עם חמצן ליצירת פחמן דו חמצני. היווצרות קשר כימי מתרחשת עם שחרור האנרגיה התרמית לסביבה, והאדם מותאם להשתמש באנרגיה זו לצרכיו.
К сожалению, бездумное расходование таких ценных משאבים כמו נפט או כבול יכולים להוביל במהרה לדלדול מקורות המיצוי של דלקים אלה. כבר כיום ישנם מכשירי חשמל ואפילו דגמים חדשים של מכוניות, שעבודתם מבוססת על מקורות אנרגיה חלופיים כמו אור שמש, מים או אנרגיית קרום כדור הארץ.
היכולת להחליף אנרגיה תרמית בגוףאו מגוף לגוף נקרא העברת חום. תופעה זו אינה מתרחשת באופן ספונטני ומתרחשת רק בהבדל טמפרטורה. במקרה הפשוט ביותר, אנרגיה תרמית מועברת מגוף חם לגוף פחות מחומם עד לביסוס שיווי המשקל.
הגופות לא צריכות לגעת בכדי לעשות זאתתופעת העברת חום התרחשה. בכל מקרה, ביסוס שיווי המשקל יכול להתרחש במרחק קטן בין העצמים המדוברים, אך במהירות נמוכה יותר מאשר כאשר הם במגע.
ניתן לחלק את העברת החום לשלושה סוגים:
1. מוליכות תרמית.
2. הסעה.
3. חילופי קורן.
תופעה זו מבוססת על העברת אנרגיה תרמית.בין אטומים או מולקולות של חומר. הגורם להעברה הוא תנועה אקראית של מולקולות והתנגשות מתמדת שלהם. כתוצאה מכך, חום עובר ממולקולה אחת לאחרת לאורך השרשרת.
ניתן להבחין בתופעה של מוליכות תרמית בשעהסידן של כל חומר ברזל כאשר אדמומיות על פני השטח מתפשטת בהדרגה ודועכת (כמות מסוימת של חום משתחררת לסביבה).
ג'יי פורייה הוציא נוסחה לשטף חום, אשר אסף את כל הערכים המשפיעים על מידת המוליכות התרמית של חומר (ראה האיור למטה).
בנוסחה זו, Q / t הוא שטף החום, λ הואמקדם מוליכות חום, S הוא אזור החתך, T / X הוא היחס בין הפרש הטמפרטורה בין קצות הגוף הממוקם במרחק מסוים.
מוליכות תרמית היא ערך טבלאי. יש לו ערך מעשי בעת חימום בית או בידוד תרמי של ציוד.
שיטת העברת חום נוספת המבוססת עלתופעת הקרינה האלקטרומגנטית. ההבדל בין הסעה ומוליכות תרמית הוא שהעברת אנרגיה יכולה להתרחש בחלל ריק. עם זאת, כמו במקרה הראשון, יש צורך בהבדל טמפרטורה.
החלפת קורן היא דוגמא להעברת חוםאנרגיה של השמש אל פני כדור הארץ, שעליה אחראית בעיקר קרינה אינפרא אדום. כדי לקבוע כמה חום נופל על פני כדור הארץ, נבנו מספר רב של תחנות העוקבות אחר השינוי במדד זה.
זרימת אוויר הסעה ישירותבגלל תופעת העברת החום. בלי קשר לכמה חום דיווחנו לנוזל או לגז, מולקולות החומר מתחילות לנוע מהר יותר. בגלל זה הלחץ של המערכת כולה פוחת, והנפח, להפך, עולה. זו הסיבה לתנועת זרמי אוויר חמים או גזים אחרים מעלה.
הדוגמה הפשוטה ביותר לשימוש בתופעההסעה בחיי היומיום יכולה להיקרא חימום בחדר עם סוללות. הם ממוקמים בתחתית החדר מסיבה כלשהי, אך כך שלאוויר המחומם יש מקום לעלות, מה שמוביל למחזור זרימות החדר.
מחושב חום החימום או הקירורמתמטית באמצעות מכשיר מיוחד - קלורימטר. המתקן מיוצג על ידי כלי מבודד גדול, שמלא במים. מדחום מוריד לנוזל כדי למדוד את הטמפרטורה הראשונית של המדיום. לאחר מכן מורידים את הגוף המחומם למים על מנת לחשב את שינוי הטמפרטורה של הנוזל לאחר קביעת שיווי המשקל.
על ידי הגדלת או ירידה של t של המדיום קבעכמה חום צריך להשתמש כדי לחמם את הגוף. הקלורימטר הוא המכשיר הפשוט ביותר שיכול לזהות שינויי טמפרטורה.
Также с помощью калориметра можно посчитать, כמה חום משתחרר במהלך בעירה של חומרים. לשם כך מונחת "פצצה" בכלי מלא מים. "פצצה" זו היא כלי סגור בו נמצא חומר הבדיקה. אלקטרודות מיוחדות להצתה הובאו אליו והתא התמלא בחמצן. לאחר בעירה מוחלטת של החומר נרשם שינוי בטמפרטורת המים.
במהלך ניסויים כאלה נמצא כימקורות לאנרגיה תרמית הם תגובות כימיות וגרעיניים. תגובות גרעיניות מתרחשות בשכבות העמוקות של כדור הארץ ויוצרים את שמורת החום העיקרית של כדור הארץ כולו. הם משמשים גם על ידי בני אדם לייצור אנרגיה במהלך היתוך.
דוגמאות לתגובות כימיות הן בעירה.חומרים והתפלגות פולימרים למונומרים במערכת העיכול האנושית. איכות וכמות הקשרים הכימיים במולקולה קובעת כמה חום משתחרר בסופו של דבר.
יחידת חום בינלאומיתמערכת SI היא joule (J). גם בחיי היומיום משתמשים ביחידות מחוץ למערכת - קלוריות. קלוריה 1 שווה ל 4.1868 J על פי התקן הבינלאומי ו 4.184 J על בסיס תרמוכימיה. בעבר נתקלה היחידה התרמית הבריטית BTU, אשר לעתים נדירות משמשת מדענים. 1 BTU = 1,055 י.
