איך מצליח מדחום למדוד את הטמפ' (למשל באוזן ) כל כך מהר, ולמה לילות בלי עננים כל כך קרים?

למה חקלאים פוחדים מלילות ללא עננים? וכיצד מצליח מדחום למדוד טמפ' של 39 מעלות בעשר שניות?

 משוואת ניוטון קובעת שכמות החום שעוברת בהסעה (אחת משלוש הדרכים להעברת חום) תלויה ביחס ישר להפרש הטמפרטורות.מכיוון שזהו הפרש אלגברי, ניתן להציב את הטמפ' במעלות צלסיוס או קלווין (סולם קלווין מציין את הטמפ' המוחלטת של הגוף). כאשר אנו עומדים בחוץ הגוף שלנו מאבד חום רק בהסעה. הרוח הקרה נושבת על העור ונושאת איתה את חום גופנו. ההולכה לא קיימת, מכיוון שאוויר הוא מוליך חום גרוע. אולם תיאור זה אינו משקף נכונה את המציאות. קיים מנגנון העברת חום שלישי והוא הקרינה. כאשר אנו נמצאים בעיר גדולה כמו תל אביב, אשר בנייניה מקיפים אותנו, אנו נחשפים פחות להסעה מכיוון שהמכשולים מקשים על הרוח לזרום בקיץ. בנוסף אנו סופגים כמות גדולה של חום בקרינה. מנגנון הקרינה לרוב אינו בולט, מכיוון שלרוב הגופים המקיפים אותנו נמצאים בטמפ' דומות. המשוואות של מעבר החום בקרינה משתמשות בטמפ' המוחלטת של הגוף ובמעלה רביעית! כלומר אם הגוף שלנו מקרין קרינה בטמפ' של 37 צלסיוס שהם 310 קלווין  (273+37) והבניין מולנו לוהט בטמפ' של 323 מעלות קלווין (50 צלסיוס) אזי במשוואת החלפת החום ביננו לבין הבניין תתבצע הפעולה של חיסור טמפ' במעלה רביעית . במקום הפרש של 13 עבור ההסעה התוצאה תהיה 1650. כלומר עבור אותו שטח הקרינה תהיה מאד משמעותית לעומת ההסעה. נחזור לשאלה המקורית עבור לילות קרים. כאמור אנו מחליפים קרינה עם כל דבר שאנו רואים. אם הוא חם מאיתנו הוא יקרין עלינו יותר מאשר אנו עליו, ולהפך. כאשר יש עננים אנו מחליפים איתם קרינה, כאשר הטמפ' בגובה זה היא בערך מינוס 10 מעלות עבור גבהים בינוניים. כאשר אין עננים אנו מחליפים קרינה עם היקום החיצוני, והוא כידוע בטמפ' האפס המוחלט (273- צלסיוס). כלומר בחישוב הקרינה שאנו מעניקים לשמיים לא יהיה איבר של טמפ' שמיים כי הוא יהיה אפס טמפ' קלווין. אם הוא אפס אין מה שיקזז את הפליטה שאנו מוסרים לשמיים, והאנרגיה האובדת תכלול רק את הטמפ' גוף שלנו במעלה הרביעית. חקלאים בלילות כאלו ייטיבו אם יכסו את הגידולים.

ההסבר לפעילות המהירה של מדחומים היא שהמדחום משתמש בקרינה שאנו פולטים לאבחן את הטמפרטורה שלנו. כל גוף, לא משנה מהו ומה הטמפ' שלו, פולט קרינה. אם הגוף חם יותר הקרינה שלו תהיה אנרגתית יותר ובתדר גבוה יותר. אנו כבני אדם פולטים קרינה בתחום האינפרא אדום, מה שמקל לדוגמא על זיהוי גופים אנושיים בלילה. מכשירים הקולטים קרינה מסוג זה רואים את הגופים לפי החום שלהם – צהוב ולבן עבור חם, וכחול עבור קר יותר. השמש שלנו צהובה מפני שהיא רותחת. כל כך רותחת שהיא פולטת קרינה בתחום הנגלה, ואף למעלה מזה (אולטרא סגול). דרך אגב, הטענה שלא ניתן להשתזף בתוך האוטו עם חלונות זכוכית מוגפים שגויה. ניתן, רק יותר לאט. תדרים בתחום 350 עד 400 ננומטר עדיין עוברים ללא הפרעה. בחזרה לשאלה, המדחום מבחין בתדירות הקרינה אותה אנו פולטים וקובע בדיוק ובמהירות את החום של גופנו.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

10 תגובות

  1. ראשית, אין לי ספק שאתה מבין במעבר חום, אבל תרשה לי להגיד שביטאת בלא מעט מילים מה שניתן לצמצם לשני משפטים. בגוף חם יותר מחברו יש מולקולות שנעות עם יותר תנע, ואלה מעבירות תנע לשכנותיהן הקרובות ביותר. זהו. אמרת דברים נכונים יותר ופחות. בהסעה הגוף מאבד חום בקצב קבוע רק אם הוא בשיווי משקל עם עצמו. כלומר ב 37 מעלות אתה מייצר כמות קבועה של חום ואם יש רוח מספיק חזקה אתה גם מאבד כמות זו בדיוק או יותר. אבל אם רצת אז בהסעה תאבד פחות ופחות וואטים, כי הפרש הטמפ' בינך לסביבה יורד. והסעה בחדר סגור היא חופשית, כלומר מונעת רק ע"י הפרש צפיפויות. האויר סביבך מתחמם ועולה או יורד בהתאם לצפיפות סביבתך. זה כל ההבדל. שנית אין למעבר חום קשר להפרש ריכוזים, אבל אני אנסח את דבריך הנכונים (אני יודע שאתה רק ניסחת לא נכון) באופן כזה: יש גורם בפיזיקה שנקרא מרחק תנועה בין חלקיקים. זהו גורם שנכנס, מסיבה לעיתים לא ברורה, לכל תחומי המדע. ככל שהמולקולות אנרגתיות יותר בגז סביבך הן מרוחקות אחת מהשניה ואז כל מולקולה מרובת תנע צריכה לעבור מרחק רב יותר עד שהיא פוגשת מול' דלת תנע. בעצם יצרנו בידוד חלקי, וניתן לדבר על "ריכוז" חום. ריכוז החום יורד בנפח נתון כי יש פחות מולקולות. ולסיום, ההבדל בין הסעה והולכה: הולכה משוייכת עבור מצב מולקולות עומד. אם הבנת שהגוף לא מאבד פחות וואטים בהסעה כי הוא מייצר אותה כמות – אותו רציונאל תפעיל על הולכה. שניהם יכולים להיות קבועים או משתנים, הכל בהתאם ליכולת של הסביבה לפנות את החום שאתה פולט.

  2. אחח, קצת קטנוני מצדך סבדרמיש לא?:) הצחקת אותי.
    לשנהב, אני מעריך מאוד את עבודתך כאן, ראוי להוקירה. שאלתי למאמר זה היא- מהו ההבדל בין הולכת חום להסעתו? הטבע, בכפוף לחוקיו השונים, שואף לאיזון והשוואת ריכוזים. למשל כאשר גוף חם מצוי מול גוף קר וסביבם ריק (ורק הם שם), הם מגיעים לאיזון טמפרטורה אחד עם השני באמצעות קרינה בלבד, כאשר הגוף החם מקרין על הגוף הקר. חומו של הגוף החם יורד בהדרגה בד בבד עם עליית הטמפרטורה של הגוף הקר.
    במקרה של מערכת דוגמת חדר סגור עם אויר קר בתוכו וגוף שחם מהאויר, מתבצעת גם הולכת חום שהיא תהליך שבו למולקולה ה"חמה" רטט מהיר יותר שגורם לה לפגוע בשכנתה הקרה שרטטה קודם לאט ועכשיו "קיבלה כמה דחיפות" וזזה מהר יותר עד שהן זהות בתכונתן זו. אבל בפועל הן לא מספיקות להשוות את תכונת הרטט, כיוון שהקרה שהפכה למעט יותר חמה, מעבירה גם היא חלק מהתנועה שקיבלה לשכנתה שעדיין קרה, וכך מתגלגל לו התהליך, והמערכת כולה מתחממת והולכת ומתקרבת לטמפרטורה של הגוף החם. מולקולות הגוף החם באות במגע עם מולקולות שגם להן תנודות משלהן ברמה שמתקרבת לזו של מולקולות הגוף החם, ומתבצע פחות מעבר של אנרגיה קינטית זו. כך למעשה הגוף מאבד פחות חום עם הזמן. אם החדר היה פתוח והיתה מנשבת רוח קרה, אזי היה מתבצע תהליך זהה בין מולקולות הגוף החם למולקולות האויר הקר, רק שבמקרה זה האויר שהתחמם מעט זה עתה המשיך בדרכו ובמקומו בא אויר חדש וקר שעובר אותו תהליך. יוצא שהגוף החם מאבד חום בקצב קבוע. הקצב אינו מאט כמו במקרה של החדר הסגור.
    כך אני רואה את הסיבה שהרוח הקרה המנשבת והאויר העומד במקום, שניהם מפחיתים את חומך ,כשאתה חם מהם, באופן שונה זו מזה, אך על פי שיטה אחת ויחידה, תקרא לה הסעה או הולכה, איני רואה את ההבדל.
    תשובתך?

  3. אחת הסיבות לבלאגן בכתבה היא שלא הצלחתי להעלות נוסחאות באופן ראוי, כנראה בגלל הבנה לקויה שלי את מערכת העלאת הקבצים.
    לשאלה: כשאתה בא לחשב כמות חום שפונתה מגוף בהסעה אתה מכפיל את מקדם ההסעה בשטח ובהפרש הטמפ' שלך מול הסביבה. בקרינה אתה מכפעל את השטח במקדם שטח (שאני לא אכנס עכשיו מה זה אומר כי גם ככה הנושא מסובך – נחשיב אותו כאחד) ומכפיל בביטוי : (הטמפ' שלך ברביעית פחות הטמפ' של הסביבה ברביעית), אבל במעלות קלווין! בהסעה לא משנה אילו מעלות אתה משתמש כי הפרש זה הוא במעלה ראשונה ומצטמצמים האיברים המיותרים, אבל ברביעית חייבים קלווין ואז ההפרש הוא עצום.

  4. ליונתן שלום רב!
    בדוגמה שהבאת התקבל המספר 1650. לא הבנתי מה העלת ברביעית שהתקבל המספר הזה. 13 ברביעית זה לא 1650.
    סבדרמיש יהודה

  5. לא הבנתי את התגובה שלך משני אופנים. קודם כל אם תהיה בתוך חדר אטום זה לא אומר שאין הסעה. אין הסעה מאולצת אבל יש הסעה חופשית, שמקורה בהפרש טמפ' בינך לסביבתך. ניתן לראות בהסעה זו אם מישהו רץ 5 ק"מ מהר ביום קר. כשהוא יעצור תהיה עמודה של אוויר חם שעולה ממנו.
    הדבר השני שלא הבנתי מהתגובה שלך הוא כיצד דבריך מתפרשים מהכתבה. הרי קרינה היא לא הסעה, ולהפך, היא הרבה יותר משמעותית מהסעה כשאין זרימה. אם תהיה בחדר קר אשר נמצא בו ריק (!) אז אין הסעה בכלל. למשל בחלל אין אוויר להסיע כלום וגם אין הולכה. אז איך מתקררים? בקרינה.

  6. עולה מהמאמר – שאם אתה נמצא בחדר קר אבל סגור ללא זרימת אויר, לא תחוש כ"כ בקור כי מצד אחד האויר לא מעביר חום טוב ומצד שני אין הסעה וזה לא מתיישב עם המציאות.
    נושא העננים הוא נכון מאוד אבל הדוגמא קצת רחוקה. כל מי שגר בצפון אירופה יגיד לך שהימים הקרים ביותר בחורף הם הימים עם שמיים כחולים – ללא עננים.

  7. אני אפתיע אותך: אני מסכים איתך לחלוטין. מנגנון הכוח הוא אינטואיטיבי. אני פוגע בקיר והוא בי. החלפת חום בקרינה בין 2 או n גופים לא מספיק שאינה ברורה להבנה, אלא בוודאי שלהסבר לאחרים. ומכיוון שאני לא ניחנתי בכישורים יוצאים דופן בכל הנוגע לבהירות אז קצת פישלתי. קורה, ותודה על ההבנה וההערה הבונה. מסכים איתך.

  8. כתוב לא כל כך חד וברור. במקרה עשיתי קורס שלם על קרינת גוף שחור (פרופ צבי דובינסקי) אז אני יכול להבין על מה מדובר. אבל ההסבר לא בהיר. והחלק הפיקנטי ביותר שמפליא סטודנטים הוא שאפילו קרח פולט חום. אפילו חנקן נוזלי. כל גוף ללא יוצא מהכלל פולט חום בסיגמה כפול הטמפרטורה שלו ברביעית.

    באשר למודד החום, שוב, לטעמי התשובה לא מלאה ולא מסבירה לקורא איך באמת מתרחשת המדידה המהירה הזו.

    סליחה על המשוב השלילי, כוונותי טובות ואני מאוד אוהב את המדור שלך, יונתן שנהב, אבל הפעם לדעתי נחפזת להוציא כתבה חלקית ומבולבלת קמעה.

    עמי

  9. שמיכה מונעת מאוויר לקחת את החום של הגוף שלנו. היא מונעת הסעה. עננים מונעים איבוד חום בקרינה. אבל בגדול אתה בהחלט צודק.

  10. אפשר לומר שהעננים משמשים שמיכה השומרת את חום האוויר?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן