פיזיקה תרמית: סקירה כללית

סביר להניח שאתה מכיר מדחומים ולקחת טמפרטורות, מרגיש חם וקור, ומה נדרש כדי להרתיח מים. עכשיו הגיע הזמן להרחיב את ההבנה האינטואיטיבית שלך לגבי חום וטמפרטורה וללמוד כיצד הפיזיקאים עושים זאת.

במבוא זה לפיזיקה תרמית תלמד מה הם חום וטמפרטורה וכן על אילו תופעות ענף זה של הפיסיקה מתייחס אליהן.

פיזיקה תרמית היא המחקר של חום וטמפרטורה. חום מוגדר כאנרגיה המעבירה בין שני עצמים בטמפרטורות שונות - עוברים מהאובייקט החם יותר לאובייקט הקריר יותר.

חוֹם הוא סוג של אנרגיה תרמית. אנרגיה תרמית היא האנרגיה הקשורה לתנועה המולקולרית בתוך אובייקט. בתוך אובייקט כלשהו, ​​המולקולות אינן פשוט עומדות במקום. למרות שאתה לא יכול לראות את התנועה באופן גלוי, כולם מצטחקים וקופצים זה לזה.

טֶמפֶּרָטוּרָה הוא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת למולקולה. אולי אתה מכיר את מדידתו במעלות פרנהייט או אפילו צלזיוס, אך יחידת ה- SI שמדענים מעדיפים היא קלווין.

סך הכל אנרגיה פנימית לאובייקט תלוי במסה, בטמפרטורה וב- קיבולת חום ספציפית. קיבולת חום ספציפית היא מדד כמה אנרגיית חום נדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של מסת יחידה במעלה אחת. לחומרים שונים יכולות חום ספציפיות שונות, ובדרך כלל ניתן לחפש את קיבולת החום של כל חומר מסוים בטבלה.

חום יכול להעביר מאובייקט אחד למשנהו בשלוש דרכים ראשוניות. אלו הם:

• הוֹלָכָה חַשְׁמַלִית
• הולכת חום
• קְרִינָה

בהולכה שני האובייקטים נמצאים במגע פיזי, ואנרגיית החום עוברת מהאובייקט החם לאובייקט הקריר יותר על ידי התנגשויות ישירות בין מולקולות באובייקטים.

בהסעה, החום מועבר על ידי זרמי הסעה. זה קורה כשאתה מרתיח מים על הכיריים. המים בתחתית המחבת מתחממים תחילה, וכשהם מתחממים הם מתרחבים והופכים פחות צפופים. בהיותו פחות צפוף, הוא עולה לראש התבנית כאשר המים הקרירים שוקעים ואז מתחממים.

בקרינה, אנרגית החום מועברת באמצעות קרינה אלקטרומגנטית. כך אתה מקבל אנרגיה מהשמש. אנרגיה זו עוברת דרך הוואקום של החלל כקרינה, ואז מחממת את כדור הארץ כשהיא מגיעה אלינו.

כאשר אנרגית חום מתווספת לחומרים, הם עולים בטמפרטורה. בנקודות מסוימות, נקרא מעברי פאזה, שלב השינויים המהותיים. חומרים יכולים לעבור ממוצק לנוזל ומנוזל לגז, ואפילו מגז לפלזמה.

הטמפרטורות בהן מתרחש שינוי פאזה תלויות בחומר עצמו ובתנאי הלחץ. זה נחקר באמצעות דיאגרמת פאזה.

כמות האנרגיה הדרושה לשינוי שלב החומר תלויה בחום הסמוי של אותו חומר. חום ההתמזגות הסמוי של חומר הוא כמות אנרגיית החום הנדרשת כדי לשנות מסת יחידת חומר זה ממוצק לנוזל. חום האידוי הסמוי של חומר הוא כמות אנרגיית החום הדרושה להחלפתו מנוזל לגז.

בסופו של דבר פיזיקה תרמית מובילה לחקר התרמודינמיקה, שהוא הענף של הפיזיקה החוקר מערכות תרמיות משתנות באמצעות תיאוריה קינטית ומכניקה סטטיסטית.

ישנם שלושה חוקים של תרמודינמיקה השולטים בתהליכים תרמודינמיים. אלה נקראים בפשטות החוק הראשון של התרמודינמיקה, החוק השני של התרמודינמיקה והחוק השלישי של התרמודינמיקה. כשתלמד לראשונה על חוקים אלה, בדרך כלל תלמד כיצד הם חלים על גז אידיאלי ותשתמש בחוק הגז האידיאלי.

תרמודינמיקה יכולה לעזור לך להבין כיצד פועלים מנועי קיטור, מקררים, משאבות חום ופריטים דומים אחרים.