מעבר חום

בערך זה נעשה שימוש בסימנים מוסכמים מתחום המתמטיקה. להבהרת הסימנים ראו סימון מתמטי.

מעבר חום הוא מעבר של אנרגיית חום מגוף בטמפרטורה גבוהה לגוף בטמפרטורה נמוכה או להיפך. מעבר החום מתבצע בשלוש דרכים: הולכה, הסעה וקרינה.

הולכת חום

הולכת חום היא העברה של חום בעזרת מגע בין שני גופים, או בתוך גוף מוליך. הפיזיקאי הצרפתי ז'וזף פורייה קבע בחוק פורייה כי הולכת חום בין שני גופים פרופורציונית להפרש הטמפרטורות ביניהם ביחס ישר, ולמרחק ביניהם ביחס הפוך, או מתמטית:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ J = \lambda \Delta T}

כאשר הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ J} זרם החום שעובר, $\ \Delta T$ הפרש הטמפרטורות בין שני הגופים, ו-הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \lambda} הוא מקדם הולכת החום במעבר.

להולכה בתוך גוף מחלקים את הגוף לחלקים קטנים, וביניהם יעבור חום לפי מקדם הולכת החום של החומר. מתוך שימור אנרגיה בבעיה מגיעים למשוואת הולכת החום:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle {\partial u\over \partial t} = k \left({\partial^2 u\over \partial x^2 } + {\partial^2 u\over \partial y^2 } + {\partial^2 u\over \partial z^2 }\right) = k \nabla^2 u \quad }

כאשר הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ u=u(x,y,z,t)} היא פונקציית הטמפרטורה בזמן ובמרחב, והמקדם הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ k} (לפעמים הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \kappa} ) הוא מקדם הולכת החום של הגוף, למשל במוט מוליך מקדם ההולכה הוא

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle k = \frac{\lambda}{\rho c A}}

כאשר $\ \lambda$ מקדם הולכת החום של החומר, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \rho} צפיפות המסה של החומר, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ c} קיבול החום הסגולי של החומר, ו-הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ A} שטח החתך של המוט.

לפתרונות המשוואה והמחשה ראו הערך משוואת הולכת החום.

הסעת חום

ערך מורחב – מעבר חום בהסעה

הסעת חום היא העברה פיזית של חום, כלומר תנועה של גוף כלשהו שמכיל חום, ממקום אחד למקום אחר. לרוב מתבטאת הסעה בזורמים, כאשר זרם כלשהו של חומר מחליף חומר קר בחומר חם. פעמים רבות אפשר לתאר את תנועת החומר, ואי לכך גם את תנועת החום, באמצעות פעפוע.

גוף שספח חום- נפחו גדל. הדבר זניח במוצק אך ניכר בנוזל ובעיקר בגז; עם העלייה בנפח צפיפותו קטנה (מסה ליחידת נפח). כאשר הנוזל או הגז מצויים בהשפעת כוח משיכה האזור הצפוף יותר ישאף לשקוע (יש בו יותר מסה ליחידת נפח) ואילו הפחות צפוף יעלה כלפי מעלה; תנועה זו יוצרת זרמים המסיעים את הנוזל או הגז החם.

הסעת חום נפוצה מאוד בטבע. הסעת חום באטמוספירה משפיעה על מטאורולוגיה והיווצרות סופות; וזרימה באוקיינוסים מושפעת גם היא רבות.

משוואת ההסעה הכללית :

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \, Q = hA \Delta T}

כאשר Q הוא שטף החום "הנלקח" בהסעה. h - מייצג את מקדם ההסעה אשר מתחלקת ל-2 מקרים : הסעה חופשית והסעה מאולצת, A - מייצג את שטח המעטפת החשוף להסעה ו-T∆ מייצג את הפרש הטמפרטורה בין הסביבה לגוף.

קרינת חום

ערך מורחב – קרינת חום

גופים חמים פולטים קרינה, שגורמת לקירורם. חוק סטפן-בולצמן קובע כי זרם האנרגיה הנפלט מגוף פרופורציוני לטמפרטורה שלו ברביעית. מתמטית:

הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle j^{\star} = \epsilon\sigma T^{4}}

כאשר $\ j^{\star }$ הוא זרם האנרגיה, ביחידות של ואט למטר רבוע, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \epsilon} היא אמיסיביות הגוף - 1 לגוף שחור לחלוטין או פחות מזה לגופים אחרים, הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ \sigma} הוא קבוע סטפן-בולצמן ו-הפענוח נכשל (SVG (אפשר להפעיל MathML בעזרת הרחבת דפדפן): תשובה בלתי־תקינה ("Math extension cannot connect to Restbase.") מהשרת "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ T} היא טמפרטורת הגוף.

ראו גם

• משוואה דיפרנציאלית
• מחליף חום
• קרינת גוף שחור
• חוק הקירור של ניוטון
• אפקט מפמבה
• מוליכות חום

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מעבר חום בוויקישיתוף

• מאיר ברק, מה בין הולכת חום, הסעת חום והקרנת חום?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 1 ספטמבר 2009