» «

התפשטות תרמית

התפשטות תרמית
למה חומרים מתרחבים בחום?



כולנו מכירים את תכונת המתכת להתרחב בחום? - זו תופעה שנקראת "התפשטות תרמית" (Thermal expansion). בטמפרטורות קיצוניות אפשר ממש לשמוע את המתכת חורקת כשהיא מתרחבת (בחום), או מתכווצת בקור.

מבחינת המולקולות, מה שקורה בזמן ההתחממות הוא הגדלה משמעותית בכמות האנרגיה הקינטית שבכל מולקולה. זה יגרום לכל המולקולות לנוע, להסתובב, להתעקם ולהימתח הרבה יותר מקודם, בקור. בצורה כזו המקום שתופס אותו מספר של מולקולות הוא גדול יותר. כלומר, החומר מתרחב. בקור מתרחש בדיוק ההיפך - המולקולות נוטות להיות פחות דינמיות ובממוצע, לתפוס פחות מקום.

התפשטות החומר בחום לא מתרחשת רק במתכת אלא בכל חומר. נוזל? - הכספית הנוזלית במדחום והברומטר, נוטה להתפשט ככל שחם יותר. כשהיא מתפשטת בצינורית הזכוכית הדקיקה, היא מגיעה לשנתות וכך מראה את הטמפרטורה הנוכחית. מוצק? - בבניינים שאבני החיפוי שלהם עשויות אבן גיר, אפשר לראות שהבנאים מניחים אותן במרווח של כמה מילימטרים זו מזו, כך שהלחץ לא יסדוק את האבנים, ברגע שהן מתרחבות, בטמפרטורות הגבוהות.

כשהנפח משתנה, כתגובה לשינוי טמפרטורה, זה עלול לגרום למבנים גדולים כמו רכבות או גשרים לנזקים. לכן המהנדסים יוצרים מנגנונים הידראוליים שיאפשרו גמישות למתכת וימנעו נזקים, כמו סדקים ושבירה שלה, כתוצאה מהתפשטות החומר בשמש.

פתרונות דומים הם, למשל, מפרידי הגומי למסגרת חלונות עשויים ממתכת. כך מתמודדים עם הבעיה שיכולה לגרום תכונת המתכות המתפשטות בחום. פתרון דומה הם מחברים שיכולים להתפשט ולהתכווץ ובכך למנוע נזקים תרמיים במערכות צנרת.


הנה סרטון על התפשטות תרמית במדחום:

https://youtu.be/9JuKqkZVgTU


התפשטות גז - כך מתרחב גז חם:

https://youtu.be/cq6d9RAcIAQ


התפשטות מוצק - כך נתקע כדור מחומם בטבעת, לאחר שהתרחב:

https://youtu.be/ne8oPFTM_AU


והתפשטות נוזל חם:

https://youtu.be/3K7zcfcUJ_E


ניסוי שמדגים את תופעת ההתפשטות התרמית:

https://youtu.be/TDnLbjd429M


ההסבר האטומי למה שקורה בחום וקור לאטומים:

https://youtu.be/UukRgqzk-KE


שיעור על התפשטות תרמית:

https://youtu.be/LmN8bybyQY8?long=yes
מדחום
מהו המדחום ואיך הוא פועל?



מַדְחוֹם, בלועזית "תֶרמוֹמטר" (Thermometer), או מד טמפרטורה, הם שמותיו של מכשיר מדידה שמשמש למדידת טמפרטורה.

המדחום הנפוץ בעבר היה מדחום מבוסס נוזל, שהוא מתכת בשם "כספית". החל מטמפרטורה של 39- ועד 357 מעלות צלזיוס, הכספית היא נוזלית. זה מאפשר למדוד איתה טווח רחב של טמפרטורות. איך זה קורה?

ובכן, הכספית מצביעה על הטמפרטורה בזכות תופעה שנקראת "התפשטות תרמית". כמו כל מתכת, כשהכספית מתחממת היא נוטה להתרחב. כשהיא דחוסה בתוך צינור זכוכית, שלידו ספרות המצביעות על הטמפרטורה, עם התחממותה מתרחבת והכספית בצינור ומורה על הספרות עם מידת החום.

בשל רעילות הכספית עלול מדחום הכספית להיות מסוכן לילדים. הסיבה היא שאם הוא נשבר, מתאגדת הכספית בכדוריות רעילות מאד. אלה עלולות להיראות כ"סוכריות כסף" והן מושכות לא פעם ילדים לאכול אותן.

כיום יש מדחומים דיגיטליים משוכללים מאד ובטוחים יותר ממד-החום המסורתי עם הכספית. בין המדחומים הדיגיטליים יש כאלה שמיועדים למדידה על המצח, באוזן, מדחומים בצורת מוצץ, מדחומי אינפרה-אדום, מדחום מדבקה ומדחום לייזר. הם נחשבים מדויקים פחות ממדחומי הכספית, הידועים בדייקנותם.

הממציא של מדחום הכספית הוא החוקר הגרמני דניאל פרנהייט, שבמאה ה-18 ביסס את מד-הטמפרטורה שהמציא על אלכוהול ורק בהמשך חייו גילה שהכספית מתאימה יותר למדחום שלו. ואגב, הראשון שפיתח מד טמפרטורה, עוד בסוף המאה ה-16, וביסס אותו דווקא על התפשטות והתכווצות של אוויר, היה החוקר והמדען הנודע גלילאו גליליי.

האחראי למונח "מדחום" הוא המדקדק העברי שמואל שבח קנטורוביץ בשנת תרס"ג. המילה שטבע לתרמומטר נקלטה וכיום זה שמו הנפוץ של המכשיר בעברית. עם זאת, ראוי לדעת שמילה "מדחום" אינה מדויקת מבחינה מדעית. זאת מפני שמד זה לא מודד חום, אלא טמפרטורה.


כך פועל המדחום:

https://youtu.be/rRDyioqL8AI


הנה הסבר לילדים:

https://youtu.be/0E46TN0rK_Y?t=10s


המדחומים האלקטרוניים החליפו עם הזמן את המדחום המבוסס על כספית:

https://youtu.be/V8BkszjwwAM


כך תהפכו בקבוק למדחום:

https://youtu.be/EbrVwQpgEmc
מדחום
מי המציא את המדחום?



הממציא של מדחום הכספית הוא החוקר הפולני דניאל פרנהייט (Daniel Fahrenheit), שבמאה ה-18 ביסס את מד-הטמפרטורה שהמציא על אלכוהול ורק בהמשך חייו גילה שהכספית מתאימה יותר למדחום שלו. ואגב, הראשון שפיתח מד טמפרטורה, עוד בסוף המאה ה-16, וביסס אותו דווקא על התפשטות והתכווצות של אוויר, היה החוקר והמדען הנודע גלילאו גליליי.

האחראי למונח "מדחום" הוא המדקדק העברי שמואל שבח קנטורוביץ בשנת תרס"ג. המילה שטבע לתרמומטר נקלטה וכיום זה שמו הנפוץ של המכשיר בעברית. עם זאת, ראוי לדעת שמילה "מדחום" אינה מדויקת מבחינה מדעית. זאת מפני שמד זה לא מודד חום, אלא טמפרטורה.


הנה סיפור המצאת המדחום:

https://youtu.be/h2hGZllpStc


עוד מסיפור ההמצאה של פרנהייט:

https://youtu.be/ep0ed_IvzRQ


אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.