מוליכות חום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-colors-edit-find-replace.svg יש לשכתב ערך זה. ייתכן שהערך מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.

מוליכות חום (באנגלית Thermal conductivity ) היא - אנרגיית חום המועברת מאזורים בעלי טמפרטורה גבוהה אל אזורים בעלי טמפרטורה נמוכה.

ישנן שלוש דרכים להעברת אנרגיית חום - קרינה, הסעה והולכה.

הגדרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הולכת חום הוא תהליך שבו אנרגיה של חום זורמת דרך חומרים מוצקים מחומר לחומר או מאזור אחד בחומר שחומם,

לאזור אחר בחומר שדרגת החום שלו נמוכה יותר.

לדוגמה - סיר המתחמם על להבה מוליך את אנרגיית החום מתחתית הסיר אל הסיר כולו .(פרט לחלקי הסיר העשויים

מחומרים מבודדים).

בזמן זרימת החום בחומר לא נראית כל תנועה שהיא. כושר ההולכה של החום אינו זהה בכל החומרים.

ישנם חומרים מוליכי חום טובים וישנם מוליכי חום גרועים - הנקראים מבודדים.

העברת אנרגיית חום בדרך של הולכה נעשית על ידי מתכות.

העברת אנרגיית חום בדרך של הסעה נעשית על ידי מים וגזים.

תהליך הולכת החום[עריכת קוד מקור | עריכה]

המבנה האטומי של המתכות גורם לכך שהמתכות יהיו מוליכי חום טובים.

לכל אטום ישנה ליבה יציבה של אלקטרונים המקיפים את גרעין האטום. האלקטרונים החיצוניים ביותר חופשיים

יותר מן האלקטרונים הפנימיים של האטום, ולכן הם יכולים לנוע במהירות רבה יותר בין כלל האטומים של אותה מתכת.

כאשר מחממים את המתכת - האלקטרונים החופשיים נעים מהר יותר ומתנגשים באטומים אחרים בתדירות ובעוצמה רבה

רבה, וכך מועברת אנרגיית החום לכל חלקי המתכת.

בדרך זו מתבצעת גם מוליכות החשמל וגם מולילכות החום, ולכן המתכות נחשבות מוליכות טובות -

הן של חשמל והן של חום.

לעומת זאת - מוצקים אחרים שהנם מוליכי חום גרועים - האלקטרונים שלהם קשורים לאטומים שלהם ואינם יכולים

לנוע בחומר כולו, וכך אנרגיית החום מתפשטת באיטיות.

הנוסחה לחישוב מוליכות החום היא:

\kappa=\frac{\Delta Q}{\Delta t}\times\frac{1}{A}\times\frac{x}{\Delta T}
מוליכות חום = קצב זרימת החום / (מכפלת המרחק בהפרש הטמפרטורות)

יחידת המידה התקנית של מוליכות החום היא ואט למטר קלווין \frac{W}{(m \cdot K )}

החום האגור בעצם הוא - סך כל ה אנרגיה הקינטית של האטומים והמולקולות שלו.

הטמפרטורה של עצם הינה - ממוצע האנרגיה הקינטית שלו.

מודדים חום על ידי יחידת מידה ג'אול או קלוריה .

מוליכים ומבודדים[עריכת קוד מקור | עריכה]

רוב המתכות הן מוליכות חום טובות. מוליכותן של המתכות גבוהה פי 1000 ממוליכותם של מוצקים אחרים כמו בד שעם ועץ ,

וגדולה פי 10,000 ממוליכותם של הגזים .

אם נחמם חפץ בקצה אחד - יווצר מפל טמפרטורות מהקצה החם אל קצהו הקר של החפץ .

-מוליכות החום של החומר משפיעה על השיעור המדויק של מפל הטמפרטורות .

-ככל שתגדל מוליכות החום כך יקטן מפל הטמפרטורות הנדרש להזרמת כמות החום מנקודת הטמפרטורה הגבוהה

אל נקודת הטמפרטורה הנמוכה .

-מוליכות החומר נקבעת על ידי כמות האוויר הנמצאת בתוך החומר. ככל שהאוויר בתוכו רב יותר כך יהיה מוליך גרוע (מבודד).

ולהיפך - חומר יהיה מוליך טוב ככל שכמות האוויר בתוכו פחותה .

נוכל לכתוב זאת כך -

<-------------------------

מבודד טוב

------------------------>

מוליך גרוע

- אויר הוא מוליך גרוע - לכן החומרים הנקבובבים והשעירים גם הם מוליכים גרועים, בגלל האוויר הרב הכלוא

בהם ומונע מן החום להתפשט בחומר . אם נפורר מתכת - תרד מוליכותה משום שהכנסנו אויר לתוך המתכת .

האל מתכות הם מוליכי חום גרועים או מבודדים. שעם , זכוכית, אסבסט , עץ, צמר , פוליאותירן מוקצף ,

נוצות, צמר סלעים וקש הם מוליכי חום גרועים ולכן משמשים כחומרי בידוד .

- נוזלים וגזים הם מוליכי חום גרועים .(יוצא דופן הוא גז המימן)

תכונות הולכת החום של מבודדים נמדדת על פי סולם ערכי U הנעים מ 0 ל 5 .ככל שערך ה U נמוך יותר

כך המבודד טוב יותר .(ראה שימושים).

..טבלת מוליכות חום ביחס ליהלום

חומר מוליכות חום
יהלום 1000
כסף 429
נחושת 390
זהב 317
אלומיניום 220
ברזל 80
קרח 2
זכוכית 1.1
עץ 0.04 - 0.4
אוויר 0.025

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

משתמשים במתכות כדי ליצור כלים שתפקידם להוליך חום. את גופי הרדיאטור ,המגהץ והסיר מייצרים ממתכות

משום שתפקיד הכלים הללו להוליך חום . את ידיות האחיזה מייצרים מחומרים מבודדים כדי שידינו האוחזות לא

יכוו מהחום .

מנגד - חומרים בעלי מוליכות חום נמוכה משמשים כמבודדים. קיימים תקנים בעולם לבידוד קירות חיצוניים במבנים.

בשבדיה התקן דורש שערך ה U (ראה להלן) המרבי לקירות חיצוניים יעמוד על 0.3 ואילו בארצות הברית התקן עומד על0.6.

אויר הוא מבודד חום מעולה ולכן משמש בתור מבודד במוצרים ובשימושים שונים, ביניהם -בבניה ובביגוד .

שכבת אויר הנלכדת בין שני לוחות זכוכית עוזרת להקטנת כמות החום הנפלטת דרך החלונות .

שימוש נוסף בבניה - כאשר בין שני דפנות בקיר פנימי של בנין מוכנס חומר מבודד כמו פוליאתירן מוקצף המונע אובדן חום.

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • אנציקלופדיה מדעית - הפיזיקה היום -ד"ר יכין אונא. הצאת כתר ירושלים
  • תצפית למדע - אנרגיה. הוצאת מט"ח
  • יסודות הפיזיקה - פרקים בתורת החום חלק א . ד"ר מאיר שפירא
  • אנציקלופדיה מדעית - הכימיה היום - פרופ' רפאל ויעל איקו הוצאת כתר
  • אנציקלופדיה כללית כרטא