מעבר חום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Nuvola apps edu mathematics blue-p.svg

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[עריכת קוד מקור | עריכה]

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:

\ J = \lambda \Delta T

כאשר \ J זרם החום שעובר, \ \Delta T הפרש הטמפרטורות בין שני הגופים, ו-\ \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:

{\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 \ u=u(x,y,z,t) היא פונקציית הטמפרטורה בזמן ובמרחב, והמקדם \ k (לפעמים \ \kappa) הוא מקדם הולכת החום של הגוף, למשל במוט מוליך מקדם ההולכה הוא

k = \frac{\lambda}{\rho c A}

כאשר \ \lambda מקדם הולכת החום של החומר, \ \rho צפיפות המסה של החומר, \ c קיבול החום הסגולי של החומר, ו-\ A שטח החתך של המוט.

לפתרונות המשוואה והמחשה ראו הערך משוואת הולכת החום.

הסעת חום[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png 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 :

\, 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[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – קרינת חום

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

 j^{\star} = \epsilon\sigma T^{4}

כאשר \ j^{\star} הוא זרם האנרגיה, ביחידות של ואט למטר רבוע, \ \epsilon היא אמיסיביות הגוף - 1 לגוף שחור לחלוטין או פחות מזה לגופים אחרים, \ \sigma הוא קבוע סטפן-בולצמן ו-\ T היא טמפרטורת הגוף.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]