נוסח השאלה המלא: מהו קיבול חום והאם חול ים יבש יכול לאגור חום? מה הערך הקלורי שלו בטמפרטורות שונות?
קיבול חום זוהי תכונה פיזיקאלית מדידה של חומרים, המלמדת כמה אנרגיית-חום יש להשקיע על מנת להעלות את הטמפרטורה של החומר או כמה אנרגיית חום משתחררת מהחומר כאשר הטמפרטורה שלו יורדת (והוא מתקרר). מכיוון שכמות האנרגיה הדרושה להעלות טמפ' של חומר תלוייה במסה שלו (ככל שהמסה של החומר יותר גבוהה, דרושה, כמובן, יותר אנרגיה על מנת לחמם אותו), נהוג להשתמש בגודל 'מנורמל' – כלומר לא תלוי במסה, הנקרא: "קיבול חום סגולי' (specific heat capacity) , ומשמעו – כמה אנרגיה יש להשקיע על מנת להעלות 1 גרם (או 1 קילוגרם) של חומר ב 1oC. קיבול החום הסגולי מסומן לרוב באות האנגלית C. ככל שלחומר קיבול חום סגולי יותר גדול המשמעות היא שצריך להשקיע יותר אנרגיה על מנת לחמם אותו מצד אחד, ושהוא 'אוגר בתוכו' יותר אנרגיית-חום בהשוואה לחומרים עם קיבול חום קטן יותר הנמצאים באותה טמפ', מהצד השני. כלומר קיבול החום הסגולי מהווה מדד אובייקטיבי להשוואה בין יכולת אגירת החום של חומרים שונים.
הנוסחא לחישוב שינויי אנרגיה בעקבות שינויי טמפ' של חומרים היא:
E=mCΔT.
כאשר E – היא האנרגיה (ביחידות של קלוריות או ג'אולים, תלוי ביחידות בהם C נמצא).
m זו המסה של החומר, C – זהו קיבול החום הסגולי של החומר
ו ΔT זהו שינוי הטמפ' של החומר.
מדחום (למעשה מודד טמפרטורה בלבד, אנרגיית החום נמדדת באמצעות הנוסחא למעלה), התמונה באדיבות ויקיפדיה
לגבי השאלה בדבר אגירת חום: לכל החומרים בעולם קיבול חום חיובי, ולכן – כל החומרים בעולם יכולים 'לאגור חום' בתוכם, ולכן גם חול ים יכול לאגור חום – תעיד על כך הליכה יחפים על חוף הים מיד אחרי השקיעה: החול שהתחמם כל היום בשמש הקופחת פולט חזרה את החום שאגור בתוכו – ואפשר להרגיש זאת בכפות הרגליים אשר מרגישות את חום החול.
החול בשפת-הים, צילום: Clive Power, באדיבות ויקיפדיה
חול ים בנוי בעיקר מהחומר תחמוצת-הצורן או 'סיליקה' (SiO2). לסיליקה קיבול חום של 0.7 ג'אול לגר'*מעלת-צלזיוס. (זה אומר שבכדי להעלות את הטמפ' של אחד גרם חול במעלה אחת דרוש להשקיע 0.7 ג'אול בלבד, וההפך – כאשר גרם אחד של חול מתקרר במעלת צלזיוס הוא משחרר 0.7 ג'אולים של אנרגיה לסביבה). 0.7 נחשב לקיבול חום בינוני נמוך: אומנם הוא יותר גבוה מקיבול החום של הזהב 0.13 והברזל 0.45, אבל נמוך מזה של האלומיניום: 0.84 והמגנזיום: 1. מעניין לציין שהחומר (שהוא לא גז) שתופס את המקום הראשון מבחינת קיבול החום שלו הוא... מים – עם קיבול חום אדיר של כ 4.2 ג'אול*מעלת-צלזיוס (כמו בהרבה מקרים אחרים, מים מגלים תכונות השונות באופן קיצוני בהשוואה לחומרים אחרים בטבע, כמו למשל האנומליה של המים בזמן קפיאה, ראו קישור לתשובה בנושא למטה). לשאלה 'מהוא הערך הקלורי של חול בטמפ' שנות' – אין משמעות מבחינה פיזיקלית, כי את הערך הקלורי (או האנרגטי, באופן כללי) של החום יש למדוד בהפרש של טמפ', ולא רק בטמפ' אחת, תוך שימוש בנוסחא למעלה. בהקשר הזה מעניין להדגים את משמעות קיבול החום האדיר של המים: בכדי להביא ליטר (1000 גרם) מים מטמפ' החדר (25oC) לרתיחה (100oC) יש להשקיע, על פי הנוסחא:
E=mCΔT=1000*4.2*(100-25)=315,000J
315,000 ג'אול זה ערך אדיר, ששווה-ערך לאנרגיה שמשקיעים בעת חימום יותר מ 2.2 קילו של זהב ל 1064oC – שזו טמפ' ההתכה של זהב. אני חוזר: הרתחה של ליטר מים דורשת אנרגיה זהה לחימום יותר משני קילו של זהב ליותר מאלף מעלות (שאז הזהב ניתך)!
מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
