|
|
עמוד:25
3 . 1 חום הוא צורה של אנרגיה המצב שבו פועלים על גוף נע רק כוחות משמרים הוא מצב אידיאלי , שבדרך כלל אינו מתקיים במציאות . על פי רוב , פועלים על הגוף הנע גם כוחות לא משמרים , והאנרגיה המכנית שלו אינה נשמרת אלא פוחתת . לדוגמא , כאשר גוף נע על מישור , בלא שפועל עליו כוח דוחף , מהירותו תלך ותקטן בשל החיכוך עם המישור . במקביל תקטן , כמובן , האנרגיה הקינטית שלו . לבסוף , הגוף ייעצר ואז האנרגיה הקינטית שלו תהיה אפס . כאשר גוף נופל נפילה חופשית , האנרגיה הפוטנציאלית שלו הופכת לאנרגיה קינטית באופן שהאנרגיה המכנית הכוללת נשמרת . אולם , אם בסוף הנפילה הגוף פוגע בקרקע ונבלם , כל האנרגיה המכנית שלו נעלמת . כשמבצעים ניסויים מעין אלה בתנאי מעבדה , מתברר כי במקרה הראשון החיכוך גורם לא רק להאטת הגוף הנע , אלא גם להתחממותו ולהתחממות המישור . גם במקרה השני , הבלימה של הגוף גורמת להתחממותו ולהתחממות הקרקע . במאה ה 18 התפשטה ההכרה כי החום הוא צורה של אנרגיה , שכונתה אנרגיה תרמית . הכרה זו אפשרה להרחיב את חוק שימור האנרגיה ולנסחו בצורה כללית יותר : הירידה באנרגיה המכנית של מערכת שווה לעליה באנרגיה התרמית של המערכת וסביבתה , כן שהאנרגיה הכוללת ( מכנית + תרמית ) של המערכת והסביבה נשמרת קבועה . שני המדענים שתרמו יותר מאחרים לניסוח חוק שימור האנרגיה המורחב היו האנגלי ג'יימס פרסקוט ג'אול , ( J . P . Joule ) שהיה בעל מבשלת בירה ופיסיקאי חובב , והגרמני הרמן פון הלמהולץ ( Helmholtz ) שהיה פיסיולוג ורופא . בין השנים 1837 1847 ערך ג'אול ניסויים , שבהם הוכיח כי בכל פעם שאנרגיה מכנית הופכת לחום , יש יחס קבוע בין כמות האנרגיה שנעלמה לבין כמות החום שנוצרה . לדוגמא , הוא בנה מנגנון שבו משקולת הקשורה לחוט יורדת ומאבדת אנרגיה פוטנציאלית , ותוך כדי כך גורמת לבחישה של מים בכלי . כתוצאה מכך , הטמפרטורה של המים עלתה מעט . מדידת הטמפרטורה של המים גילתה כי קיים יחס ישר בין עליית הטמפרטורה לבין מסת המשקולת , והגובה שהניחו לה לרדת . את החום מדדו אז כיחידה בשם קלוריה . בלשון מודרנית אפשר לסכם את תוצאות ניסוייו של ג'אול כך : אנרגיה מכנית הופכת לחום לפי "שער חליפין" קבוע , שהוא : 4 . 184 ג'אול 1 = קלוריה ( ליחידת האנרגיה המכנית לא קראו ג'אול , בזמן ניסוייו של ג'אול . שם זה נקבע מאוחר פרק : 3 מושגי יסוד בתורת החום
|
|