הקיזיפ - moran-books.com · ר"מס 10.000 = ר"מ 1 ( N ) ןוטוינ 10 = חוכ ג"ק 1 12 רפסהמ םלצל וא קיתעהל ןיא רואל האצוה ןרומ ל תורומש

1 העתיק או לצלם מהספר אין למורן הוצאה לאורכל הזכויות שמורות ל

יקהזפי

תורת הזורמים

תורת החום

של משרד החינוךה" פעיממותאם לתוכנית הלימודים


תוכן עניינים

תורת הזורמים 3 הידרוסטטיקה

' פרק א' פרק ב' פרק ג' פרק ד' פרק ה ' פרק ו

.................................................. מבוא –תורת הזורמים

.............................................................לחץ אטמוספרי

...............................................................כוחות ולחצים

.........................................................הלחץ בנוזל סטטי

............................................................לחץ הידרוסטטי

...............................................................חוק ארכימדס

4 7 9

12 17 22

25 הידרודינמיקה ' פרק ז' פרק ח 'פרק ט 'פרק י

............................................................זורמים בתנועה

......................................................תופעת המערבולת

....................................................קצב ספיקה של זורם

..................................................................חוק ברנולי

................................נספח נוסחאות והמרת יחידות מידה

26 29 32 36 41

43 תורת החום 'פרק א' פרק ב' פרק ג' פרק ד 'הפרק 'ופרק ' פרק ז ' פרק ח 'פרק ט

....................................................מקורות אנרגית חום

................................הטמפרטורה וסולמות למדידת חום

...............................השפעת החום ותופעות ההתפשטות

........................................... האנומליה של מים תופעות

......................................................התפשטות של גזים

...................................................................כמות חום

.....................................מעבר בין מצבי צבירה של חומר

.................................................................חוקי הגזים

................................................................העברת חום

.............................................................סיכום ושאלות

45 48 55 63 66 69 77 87 95

100


תורת

הזורמים

"הידרוסטטיקה"


תורת הזורמיםמבוא ל -' פרק א

זורמים בטבע

כידוע הכוכב שלנו כדור

י שכבת "הארץ מוקף ומוגן ע

."וספירהאטמ"גז הנקראת

שכבה זו מגינה עלינו מקרינת

השמש ואף מספקת לנו את

האוויר הדרוש לנו לקיום

. החיים על פני האדמה

, אוקיינוסים: כמו כן ידוע כי שני שלישים מכדור הארץ הם מים הנמצאים בתוך

. נחלים ועוד, נהרות, אגמים, ימים

ביב השמש וסביב צירו גורמת לשינויים והשפעות על תנועת כדור הארץ ס

רוחות וגשמים עם , האוויר והמים הבאים לידי ביטוי בשינויי מזג אוויר כמו חום

. התחלפות עונות השנה

".זורמים": אשר זורמים בטבע ולכן הם נקראיםנוזל והמים הם גזהאוויר הוא

. מבנה האנטומי שלהם את הזורמיםגם היצורים החיים על פני האדמה כוללים ב

החמצן הוא "גז"ואילו הזורם . הדם שהוא "נוזל"בכל יצור חי קיים הזורם שני הזורמים האלו נמצאים בתנועה מתמדת בתוך הגוף . המשמש לנשימה

.שהיא הכרחית לקיום החיים

ם של נוזלים וגזיםתורת הזורמים עוסקת בהתנהגות די דומותקליות לגזים ונוזלים תכונות פיסי

"זורמים"נקראים "נוזל"ו" גז "


.יכולתם לנוע ממקום למקום ולשנות את צורתם - :המשותף להם

:ההבדל ביניהם

משנים את הנפח שלהם בהתאם ללחץ אז ניתנים לדחיסה ו- גזים •

.המופעל עליהם

. אינם ניתנים לדחיסה- נוזלים •

ר נע האווי. יר שנוצרת משינוי בלחץ האטמוספרי זו תנועה של או- "רוח"

. ממקום של לחץ אטמוספרי גבוה למקום של לחץ אטמוספרי נמוך

. האוויר שמעל הקרקע חם יותר מהאוויר שמעל פני הים- ביום •

. האוויר שמעל פני הים חם יותר מהאוויר שמעל פני הקרקע- בלילה •

". הרוח"הפרש הטמפרטורות גורם להפרשי לחץ אויר וליצירת

הרים - ים אדמה

הרים - ים אדמה


לחץ אטמוספרי -' פרק ב

נחנו יורדים ממקום גבוה למקום כולנו מרגישים את הלחץ באוזניים כאשר א

.זהו הלחץ האטמוספרי של האוויר הפועל עלינו בזמן הירידה. נמוך

ככל שנצלול עמוק יותר כך . אותו הדבר קורה לנו כאשר אנו צוללים בתוך המים

. י המים"נרגיש את הלחץ באוזניים ובגוף המופעל עלינו ע

.ם לחץמפעילי) גז ונוזל(זורמים . א: המסקנה היא . הלחץ נובע מהמשקל שלהם. ב

.תנועה ועוד, טמפרטורה: אך ישנם גורמים נוספים כמו

לחץ נמוך- מקום גבוה ה לחץ גבו-מקום נמוך

אטמוספירה1 ) = 0גובה ( לחץ האוויר בגובה פני הים

תופעות הלחץ האטמוספרילחץ גבוה למקום של לחץ נמוך גורמת לתופעה תנועה של האוויר ממקום של .א

".רוח: "הנקראת .הפרשי לחצים גדולים המתרחשים בגובה רב גורמים לתופעות של סערות .ב ". לחץ אטמוספרי: "משקל האוויר מפעיל על כל הסובב אותו לחץ הנקרא .גשגם המציא את מכשיר מדידת " לי'טוריצ"את הלחץ האטמוספרי חקר הפיסיקאי .ד

". ברומטר: "טמוספרי הנקראהלחץ הא " .מ כספית"ס "- או -" אטמוספרות: "לחץ אטמוספרי נמדד ב .ה .מ כספית" ס76= אטמוספירה 1 .ו

".לחץ אטמוספרי"האוויר מפעיל • ."לחץ הידראולי"הנוזל מפעיל • ] ATM[ "מוספירהאט: "לחץ מודדים ביחידות •


כוחות ולחצים -' פרק ג

P -לחץ . S" שטח" הפועל על יחידת F" הכוח" הוא גודל P" ץלח"

:והנוסחה לחישוב הלחץ היא

] .ר "מ/ניוטון [ 100.000 או] ר "סמ/ניוטון [ 10 = אטמוספירה1

F - כוח

. אנו נתייחס לכוח שמפעיל משקלם של הזורמים. כוח ניתן להפעיל בצורות שונות

: תהיהוההגדרה

השטחשטח הוא משקל החומר הנמצא על הכוח שלוחץ על

] G[ משקל החומר ] = F[ כוח : כלומר

)Kgf ( ג כוח"ק ) N( ניוטון : יחידות מדידה

: המשקל תלוי בשני גורמים והם

. והיא קבועה בכל מקוםכמות החומר בלבד = )m( מסה של חומר •

" כוח הכובד" או כמו שהוא נקרא גם - ) g( כוח המשיכה של כדור הארץ •

. m/sec2 ] [ 10אשר שווה בקרוב ל " תאוצה חופשית"או

:באיםבשני הגורמים הם לחשב את משקל החומר יש להתחשב כאשר באי

FP = S לחץ

כוח הכובד •מסה = משקל החומר ) m ) ( g(

שטח

כוח


:לדוגמה

: גרם יהיה100 של מסהמשקלו של חומר בעל

. ג כוח"ק 1 = גרם כוח 1000) = כוח הכובד (10 • גרם 100מסה של = משקל

.ניוטון 10 של כוחמפעיל , ג כוח" ק1 שלו המשקל גרם ו100 שלו המסהחומר ש

. לכל כוכב ביקום יש כוח משיכה משלו המשפיע על מיקומו במערכת הכוכבים

מכוח המשיכה הקיים על 6ן פי כוח המשיכה על פני הירח קטידוע למשל כי ממשקלו על 6משקל של גוף על פני הירח יהיה קטן פי לכן . כדור הארץ פני

. נשארת זהה) כמות החומר(וזאת למרות שהמסה שלו . הארץ פני כדור

S -שטח

.אם הכוח שמופעל הוא קבוע הלחץ יהיה תלוי בגודל השטח

קבוע Fכוח

] .....cm2[ ר "סמ, ] m2[ ר "מ: יחידות מדידה של שטח הן

.ר" סמ10.000= ר " מ1

)N( ניוטון 10= ג כוח " ק1


טי אהלחץ בנוזל סט -' פרק ד

במצב סטטי לבין נוזלים ) בתוך כלי(קיים הבדלים בין נוזלים הנמצאים במנוחה

. הנמצאים בתנועה הזורמים כל הזמן

וחה הם חוקים פיסיקליים החוקים הפיסיקליים על פיהם פועלים נוזלים במנ

). מנוחה -סטטי , מים -הידרו . ("חוקים הידרוסטטיים: "בסיסיים הנקראים

כלומר ככל שמשקל הנוזל . נובע ממשקל הנוזל) במנוחה(הלחץ בנוזל סטטי

כמות גדולה של נוזל מפעילה לחץ . גדול יותר כך הלחץ שהוא מפעיל גדול יותר

: נסתכל על שני מצבים.גדול

. השפעת כוח חיצוני על נוזל סטטי הנמצא בתוך כלי .א .השפעת הכוחות הפועלים בתוך הנוזל הסטטי ללא כוח חיצוני .ב

חוק פסקל

: עוסק בהשפעתו של כוח חיצוני על נוזל סטטי קובע כי

לחץ חיצוני הפועל על נוזל בכלי סגור מתפשט לכל במידה שווה הכיוונים

. "הבוכנה": חוק זה אפשר לבנות את המכונה ההידראולית המבוססת והיא

:עיקרון הפעולה שלה התבסס על

F2 על בוכנה קטנה יגרום לקבלת כוח גדול F1הפעלת כוח קטן .מבוכנה גדולה בצד שני


: טי נראה זאת כךכביטוי מתמ

P1 = P 2 -לפי חוק פסקל הלחצים שווים

1 -אם הלחץ בבוכנה הקטנה 1

1

Fp = S

2 -ואם הלחץ בבוכנה הגדולה 2

2

Fp = S

1: נקבל 2

1 2

F FS S=

: והנוסחה תהיה

.ללא יחידות מדידה "ניאיתרון מכ": הזה קוראים לשוויון היחסים

היתרון המכני הוא . ני נובע מהפעלת כוח בלבד ולא מלחץאהיתרון המכ

. תיאורטי מכיוון שבתוך הבוכנות קיים כוח חיכוך שלא התחשבנו בו כעת

למרחק התזוזה h1' תזוזה של בוכנה אמה הקשר בין מרחק ה: השאלה היא

? h2' של בוכנה ב

.על פי חוק פסקל זה קשור לנפחים

2 2

1 1

F SF S=

יחס השטחים יחס הכוחות


טיאלחץ הידרוסט -' פרק הככל . כאשר אנחנו צוללים בתוך מים אנו מרגישים לחץ באוזניים ולחץ על הגוף

המסקנה היא כי בעומק גדול הלחץ . שאנחנו צוללים עמוק יותר ככה הלחץ גדל

. נובע מכך שכמות המים שמעלינו גדולה יותר ומשקלה הגדול גורם ללחץ הגדול

". טיאלחץ הידרוסט ":זה קוראיםללחץ

נובע ממשקלו העצמי ו הוא הלחץ הקיים בתוך הנוזל-" טיאלחץ הידרוסט" .קשור להפעלת כוח מבחוץ אינו "לחץ ההידרוסטאטי"ה. של הנוזל

. גדולה יותר כך הלחץ גדול יותרעל הגוףככל שעובי השכבה הלוחצת לחץ

' אטמ0.2

' אטמ3.5

' אטמ20

' אטמ315

!חשוב לזכור .לחץ הידרוסטטי קיים בתוך הנוזל ונובע ממשקלו של הנוזל • ).פסקל(באותו עומק הלחץ ההידרוסטטי שווה בכל הנקודות • . עומק גדול לחץ גדול • ] . ATM" [ אטמוספירות " -לחץ הידרוסטטי מודדים ביחידות • . אטמוספירה1לחץ של = עומק במים ' מ10 כל • ". מנומטר: "מכשיר המדידה ללחץ הידרוסטטי נקרא •

לחץ קטן = עומק קטן

לחץ גדול= עומק גדול

ככל שיורדיםלקרקעית הים הלחץ

גדל


חוק ארכימדס -' פרק ונו תמיד מתפלאים כיצד יכולות אוניות כל כאשר אנו רואים אניות שטות בים א

?כך כבדות לשוט על פני המים ואינן טובעות

? מה גורם לגופים לצוף על פני המים ולא לשקוע ".ארכימדס"את התגלית הזו גילה פיסיקאי יווני מהתקופה הקדומה בשם

. כאשר מילא את האמבטיה שלו מים עד סופה ונכנס פנימה נשפכו החוצה מים

ען היווני אשר שם לב לתופעה הזאת החליט לבדוק את הנושא בצורה המד

כמות של נוזל הצידה דוחףארכימדס גילה כי גוף השקוע בנוזל .מעמיקה יותר

: הוא קבע את החוק הנקרא על שמו הקובע כי . ממשקלו"מפסיד" כךו

: ובנוסחה מתמטית

G′ = V′ • d משקל " הפסד" משקל סגולי נפח הנוזל

של הנוזל שנדחה הגוף

ההסבר הוא שגוף מאבד ממשקלו את משקל הנוזל שהוא דחף הצידה כדי

:כלומר. להיכנס לנוזל ולהיות בתוכו

.שקלו מחוץ לנוזלגוף שוקל פחות בתוך נוזל מאשר מארכימדס גילה גם כי כאשר מפעילים כוח על גוף השקוע בנוזל מפעיל הנוזל על

". כוח העילוי: "לכוח הנגדי הזה קרא. הגוף כוח נגדי כלפי מעלה

כוח העילוי

. הוא הכוח שגורם לגוף השקוע בנוזל לצוף על פני הנוזל

" כאילו"גוף כוח העילוי גורם ל. והוא פועל אנכית כלפי מעלה

.להפסיד ממשקלו ולכן הגוף עולה למעלה

דחהלמשקל כמות הנוזל שהגוף = במשקל הגוף " הפסד"

כוח העילוי כוח העילוי= המשקל של הגוף " הפסד"


מאפייני כוח העילוי

ככל שנפח הגוף הנמצא - תלוי בנפח של הגוף הנמצא בתוך הנוזל •

בנוזל גדול יותר כוח

. העילוי גדול יותר

תלוי בסוג הנוזל בו •

ולא סוג החומר -נמצא הגוף

. ממנו עשוי הגוף

.כלפי מעלה - כוח העילוי פועל אנכית •

הפרש בין - טיאי לחץ הידרוסטפרשהמנגרם כתוצאה כוח העילוי •

הפועל על חלקו הלחץהפועל על חלקו העליון של הגוף לבין הלחץ

. התחתון של הגוף

. משקל הגוף"הפסד"גורם לכוח העילוי •

חוק ארכימדס מאפשר לנו להבין את תופעת הציפה

פשר לנו להבין כיצד הוא מא. של גופים על פני נוזל

אוניות מסוגלות לשוט על פני המים עם מטען גדול

כלומר האוניות צריכות להיות . שהן לוקחות איתן

אם נוצר חוסר איזון . בנויות כך מראש שידחו כמות של מים השווה למשקל שלהן

למשקלו של הגוף הלוחץ על המים ודוחה אותם ) המשקל" הפסד("בין כוח העילוי

.ע הגוף יטב

!חשוב לזכור .וא הפרש בין משקל באוויר למשקל בנוזלמשקל של גוף ה" הפסד" • .כוח העילוי= משקל " הפסד" • .משקל הנוזל שהגוף דחה= משקל הגוף " הפסד" • .כוח העילוי תלוי במשקל הסגולי של הנוזל •.משקל סגולי גדול כוח עילוי גדול •

מים מתוקים מים מלוחים


תורת

הזורמים

"הידרודינמיקה"


זורמים בתנועה -' פרק זזורמים וההתרחשות בתוך זורמים את ההשפעות על ההידרודינמיקה מסבירה

הזורמים אוויר ומים הקיימים בטבע נמצאים בתנועה . הנמצאים בתנועה

ממקום של לחץ גבוה למקום של לחץ נמוך ותנועה זו נעהאוויר . מתמדת

. גורמת לתופעת הרוח

רוח יכולה להגיע לפעמים למהירויות גבוהות מאד ואז אנו עדים לתופעות כמו ה

מגיעה למאות קילומטרים םשמהירות הרוחות שלה" טורנדו"או " יקניםהור"

בגבהים גבוהים יותר יכולות הרוחות להגיע למהירויות אפילו גבוהות . בשעה

. יותר של אלפי קילומטרים בשעה

בגלל הפרשי זרימה של נהרות לים קיימת ו מדתגם המים נמצאים בתנועה מת

. אך גם תופעת הגאות והשפל גורמת לתנועת המים.הים בין הנהרות ליםהגב

גורמים המשפיעים על זורם נע

על בתוך הזורמים עצמם יש כוחות ולחצים הנובעים מכמות החומר ומסוג החומר

. המבנה הכימי שלו הקובע את תכונות החומרפי

אשר כוחות המשיכה הפועלים ביניהן ותנועתן ) פרודות(ר בנוי ממולקולות כל חומ

. הבלתי פוסקת מהווים את המבנה הכימי של החומר וקובעים את תכונותיו

נוזליםב

נוזלים יותר ואילו סמיכים קיימים נוזלים אשר על פי המבנה הכימי שלהם הם

של הנוזל כות והדלילות לסמי. יותרדליליםאחרים על פי המבנה הכימי שלהם

על ההתפשטות שלו ועל הכוחות ,השפעה רבה על יכולת התנועה שלו

נוזל המתנגדת לתנועתו של לתכונה . הפנימיים בתוך הנוזל המתנגדים לתנועתו

."צמיגות" :קוראים

!חשוב לזכור .תנועת האוויר בטבע נגרמת בגלל הפרשי לחצים • . תנועת המים בטבע נגרמת בגלל הפרשי גבהים •


: הצמיגות משפיעה על

נוזלתוך התנועת הנוזל או תנועת גופים ב

".פואז ":נמדד ביחידותה צמיגות משלויש מקדם לכל חומר

: מקדם הצמיגות של נוזל היאההגדרה של

היחס בין הלחץ הגורם לתנועת הנוזל למהירות הנוזל .ליחידת אורך הצינור בו הוא זורם

צינור משפיע על מהירות התנועה במילים אחרות הלחץ הפועל על נוזל לאורך

.של הנוזל

: המשפיעים על מקדם הצמיגות של נוזל הםשלושת הגורמים

. הנוזלתמהירות תנוע, דרכו זורם הנוזל אורך הצינור, לחץ

תנועה איטית צמיגות גבוהה סמיכות גבוהה

תנועה מהירה צמיגות נמוכה סמיכות נמוכה

בעל סמיכות גבוהה התנועה – שמן איטית

שהם חומר דליל הסמיכות – מים נמוכה התנועה מהירה


תופעת המערבולת -' פרק חתופעה זו ". מערבולת"בתוך הזורמים מתפתחת לפעמים תופעה הנקראת

. טי אין מערבולותאבזורם סט. ה של הזורמיםנגרמת כתוצאה מהתנוע

השפעה רבה וחשיבות רבהשר להא בתוך גז או נוזל גורם למערבולתגוף הנע

. גופים הנעים בתוך המערבולתהעל

תופעת מערבולת האוויר בטבע

מתרחשות "טורנדו"וה" הוריקן"הסופות

בגלל תנועות האוויר המהירות בשכבות

ירה אשר גורמות הגבוהות של האטמוספ

להפרש לחצים וכתוצאה מזה למערבולת

את ניתן לראות. של אוויר עם תופעת יניקה

משפך האוויר הענק היורד אל הקרקע

אשר סביבו רוחות חזקות והוא יונק כל גוף

. הנמצא בסביבתו

אפילו . מערבולות מתרחשות גם בים

המים והפרשי במעמקי הים קיימות מערבולות המתרחשות כתוצאה של תנועת

. גם הן יונקות כל גוף הנמצא בסביבתןמערבולות אלו. הלחץ שנוצרים

תופעת גבוהה יותרככל שהזורם סמיך יותר וצמיגותו .המערבולת בו קטנה יותר

מערבולות אלו מעכבות את ו או נוזל גורם למערבולות סביבונע בתוך גז הגוף

".כוח גרר ":עת הגוף ונקראהמערבולת יוצרת כוח אשר מתנגד לתנו. תנועתו

כוח הגרר

עת פועל בכוון הפוך לתנו, וזלנוצר על ידי מערבולת בתוך גז או נכוח הגרר

.תוהגוף ויוצר את ההתנגדות לתנוע

צורתו ההנדסית ": אחת הדרכים להקטין את המערבולת ואת כוח הגרר היא ".של הגוף


קצב ספיקה של זורם -' פרק ט : כ של זורם מוגדר קצב ספיקה

." הצינור במשך יחידת זמןיוצא מפיכמות הזורם ה" מציינת אתספיקה המשמעות ההגדרה היא כי

למתקן שניתן לספקגז הנוזל או הכמות

מכיוון שהזורם . ביחידת זמןבאמצעות צינורות

היא ההתייחסותאז ורות אל המתקן עובר בצינ

לכמות הנוזל היוצאת מפתח הצינור אל

. המתקן האמור

] דקה/ליטר[ כמות ליחידת זמן נמדד ביחידות של ב הספיקהקצ : שלו אזהנפח גם הזורם היאכמותמכיוון ש

:יהיה קצב הספיקה

"נפח של זורם היוצא מפי צינור ביחידת זמן" ]שניה/ק"סמ [: והוא נמדד ביחידות של

. באמצעות שתי דוגמאותקצב הספיקהנסביר את משמעות

'דוגמה א

הדלק ברכב היא זו המספקת את הדלק לרכב המאפשר לו לנסוע משאבת

ככל שיגביר הרכב את מהירותו כך תצטרך משאבת הדלק . במהירות הרצויה לו

כלומר קצב הספיקה של משאבת הדלק צריך להתאים עצמו . לספק יותר דלק

אם קצב הספיקה של המשאבה לא יתאים לצורכי . למהירות שמפתחת המכונית

. כב לא יפעל בצורה יעילה ותקינההר, הרכב

'דוגמה ב

אם קצב הספיקה של . כידוע הלב שלנו הוא משאבה אשר מספקת דם לכל הגוף

אז כמות הדם אשר תגיע לחלקי הגוף השונים לא תספיק והגוף , הלב אינו תקין

כאשר אנו מתאמצים זרימת הדם מתגברת והלב אמור לעמוד . לא יתפקד כראוי

אם . ספק את כמות הדם הנדרשת לפעולת הגוף בזמן מאמץבקצב הנדרש ול


חוק ברנולי -' פרק י עקרון הפעולה של צינור ונטורי

צוואר ונטורי צינור ונטורי

כמות נכנסת Q1 Q2 Q1 כמות יוצאת

נכנסתכמות = יוצאתכמות

לחלק הצר של . הצינור הונטורי בנוי מצינור אשר קוטרו בחלק ממנו צר יותר

".צוואר ונטורי": נור אנו קוראיםהצי

: לצינור כזה יש תכונות משלו

. מהירות הזרימה גדולה יותר בצוואר הונטורי •

.אין גידול בספיקה בצוואר הונטורי למרות השנוי בקוטר הצינור •

.קיימת רציפות בזרימה בתנאי שאין מערבולות •

וויון הספיקות הזרימה נובעת משרציפות :הואמתמטי הביטוי הו

ספיקה צינור רחב Q1 = Q2ספיקה צינור צר

V1 • S1 = V2 • S2 שטח חתך מהירות זרימה שטח חתך מהירות זרימה

צינור צר צינור צר צינור רחב צינור רחב

לחץ נמוך מהלחץ (תת לחץהזרימה המהירה בצינור הונטורי יוצרת בו

ם לכלים שונים תופעה זו משמשת אותנו כיו". יניקה"ואפקט של ) האטמוספרי

. לרכב ועוד) מאייד(קרבורטור , כלי ריסוס: כגון

. עות האלו גם זיהה תופעות נוספותהפיסיקאי ברנולי אשר זיהה את התופ

קשר הדוק בין הלחץ הסטטי והלחץ הדינמי בנוזל בתוך שקיים י גילהברנול


תורת

החום


ת חוםימקורות לאנרגי - 'פרק א

ית החום הטבעיי מקור אנרג-השמש

מאז בריאת העולם השמש הייתה מקור האנרגיה

. אנרגיה זו מספקת לנו אור וחום. והטבעית שלנ

אנרגית השמש מגיעה אלינו בצורת קרינה אינפרה

הבנת . אדומה והיא בעלת עוצמה בלתי רגילה-

ים הביאו את החוקרים יתהליכים וחוקים פיסיקל

:לדוגמה. להבנה כיצד לנצל אנרגיה זו באמצעות קולטים הקולטים את -דוד שמש

. ם בדודאנרגית השמש מחממים את המיקולטים את אנרגית השמש -תאים סולריים

אנרגיה בשיטה . והופכים אותה לאנרגיה חשמלית

ובמכשירים פשוטים , טילים, זו קיימת בלווינים

.מחשבונים ועוד, טלפונים: כמו

אנרגית חום מחומרים מתכלים

, פחם: אנרגית החום באופן הזה מתקבלת משריפתם של חומרים מתכלים כגוןחומרים אלו נמצאים בטבע ויש . ואחריםנפט

יש לבנות . אך לא רק זאת. להוציאם מהאדמה

מתקנים מיוחדים אשר יאפשרו את שריפתם

החסרונות . וקבלת אנרגית חום כתוצאה מזה

נותרים שאריות של חומרי : בשיטה זו הם

.לוואי ונפלטים גזים רעילים תוך כדי השריפה

ת והשימושית למרות זאת זו השיטה הקיימ

.ובמיוחד מנוצלת אנרגית החום להפקת אנרגיה חשמלית. ביותר כיום


הטמפרטורה וסולמות - 'בפרק

למדידת חוםלחום של הסביבה אנו אומרים ". טמפרטורה": מידת החום אנו נוהגים לקרואל

את הטמפרטורה ניתן לחוש באמצעות . הטמפרטורה של הסביבה וכדומה

.החושים שלנו אך איננו יודעים את מידתה

.ם הפועלים עלינויידועה לנו השפעתה של הטמפרטורה על החוקים הפיסיקלי

ה יש לבדוק את השינוי שמתחולל בהתאם אך כדי להבין את אופן השפעת

.לצורך כך יש למדוד שינויים אלו. טמפרטורהמידות הלשינוי שחל ב

ידה ויחידות המ "מדחום": את הטמפרטורה מודדים באמצעות מכשיר הנקרא

) .0( מעלות : הןטמפרטורהה של

ישנם מדחומים שונים המודדים את הטמפרטורה בתנאים שונים ולצרכים

.תייםיקיים הבדל בין מדחום לצרכים רפואיים לבין מדחום לצרכים תעשי. שונים

נתאר כאן . המדחום פועל על פי סולם מדידת טמפרטורה ידוע ומקובל בעולם

. את שלושת סולמות המדידה המקובלים עד היום למדידת חום

) C0( סולם צלסיוס

בין מחקריו הבולטים . 18-אנדרס צלסיוס היה פיסיקאי שוודי אשר חי במאה ה

הוא בדק את השפעת הטמפרטורה על חומרים וגופים ובנה סולם מדידה של

. סולם זה שימושי עד היום".סולם צלסיוס ":טמפרטורה הקרוי על שמו והוא

:השפעת הטמפרטורה על המיםצלסיוס בדק את

וקרא )c00( - הוא סימן ב הקרח למיםךפוה בהאת מידת הטמפרטורה •

". פרטורת היתוך הקרחטמ": לה

(1000c) - הוא סימן בהופכים המים לגז בה את מידת הטמפרטורה •

". טמפרטורת רתיחה": להקראו

כל קו . 100 - ל 0בין ) שנתות(את הסולם שבנה צלסיוס הוא חילק למאה קוים

. מעלה אחת צלסיוס )c10 (: בסולם הוא


החום ותופעת ההתפשטות - 'פרק גביחס לטמפרטורה הטבעית שלו הוא גוף או חומר עולה החום של כאשר

. מהשניההאחתהסיבה לכך היא התרחקות המולקולות . ומתרחבמתפשט

:מסקנה. קרבות חזרה והוא מתכווץהגוף מתקרר המולקולות כאשר

החום גורם להתפשטות או התכווצות של חומרים

התפשטות קווית

מידת ההתארכות שחלה בגוף עקב ההתחממות "התפשטות קווית היא השאלה היא כיצד ניתן . גוף מתארך עקב ההתחממות שלוכלומר ה". שלו

? ההתארכות לחשב את מידת

: הדרך לחשב את מידת ההתארכות של הגוף t0 התחלתית ' טמפ, L0 אורך התחלתי

. מצב התחלתי לפני חימום- ' מצב א

L ∆ . מצב לאחר החימום- ' מצב ב

t1 חימום ' טמפ , L1 אורך אחרי החימום

L = L1 - L0 ∆ בעקבות החימום) ההתארכות( ות הקוויתמידת ההתפשט .

. וכדומהמ"מ, מ"ס,מטר: נמדדת ב

= t1 - t0 t ∆ - נמדד ב. הפרש הטמפרטורות : )C0 ( מעלות צלסיוס .

α ) 0 /1( : נמדד ב . מקדם התפשטות קווית של חומר -) אלפאC . (

: והנוסחה לחישוב מידת ההתפשטות הקווית היא

= α • L0 • ∆ t L ∆ הפרש אורך התחלתי מקדם ההתפשטות מידת ההתארכות

הקווית הקוויתהטמפרטורות


תופעת האנומליה של המים - 'דפרק

התופעה הראשונה

התופעה בחורף כאשר הטמפרטורות יורדות והשכבה העליונה של מוכרת

וניתן להלך על הקרח שנוצר כאשר מתחת ממשיכים יםהנהרות קופאוהאגמים

. המים לזרום והסכנה היא שהקרח ישבר וניפול לתוך המים הקרים

קופאים מלמעלה והופכים למוצק אך נשארים השאלה היא כיצד יתכן שהמים

? נוזל מלמטה מתחת למוצק

ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר הצפיפות גבוהה יותר ש התשובה לכך היא

החומרים ,אם נכניס מספר חומרים בעלי צפיפות שונה לתוך כלי. בחומר

למטה בתחתית . יסתדרו בשכבות אחד על השני על פי סדר הצפיפות שלהם

החומר בעל הצפיפות הגבוהה ומעליו האחרים כאשר למעלה יהיה החומר יהיה

. בעל הצפיפות הקטנה ביותר

סדר שכבות של חומרים שונים שהושפעו מהטמפרטורה

קטנה ρ3 צפיפות Cחומר t3 טמפרטורה גבוהה

בינונית ρ2 צפיפות B חומר t2טמפרטורה בינונית

גדולה ρ1 צפיפות A חומר t1 טמפרטורה נמוכה

ρ1 > ρ2 > ρ3 - צפיפות t3 > t2 > t1 - טמפרטורה

: אבל מתברר כי למים יש תכונה מיוחדת

ככל שהצפיפות שלהם קטנה

. מפרטורה יורדת כך הנפח שלהם גדלכשהט

התכונה הזו בולטת במיוחד בין

. מעלות צלסיוסc 00 - ל c40הטמפרטורות

צפיפות המים היא הגבוהה 40c בטמפרטור

מטה וכל ביותר ולכן המים יורדים כלפי


התפשטות של גזים - 'הפרק

גם הגזים כמו הנוזלים מתפשטים עם השפעת החום

ומשנים את הנפח שלהם בתנאי שהלחץ הפועל עליהם

ההתחממות של הגזים . לחץ האטמוספרי הקבועהוא ה

מטמפרטורה אחת לטמפרטורה אחרת גורמת גם

תנועה זו . למולקולות שלהם להתרחק האחת מהשניה

גורמת לגזים לשנות את הנפח שלהם בתנאי שפועל

. עליהם הלחץ האטמוספרי הקבוע

" לוסק–גי "חוק

מצא במחקריו בתחום 19 - לוסק שהיה פיסיקאי במאה ה -החוקר הצרפתי גי

הוא גודל ) במעלות קלווין(היחס בין נפח הגז לטמפרטורה שלו ": הגזים כי ". לוסק-חוק גי "ל שמו ע חוק זה קרוי ".קבוע

: הוא קבע את הביטוי המתמטי

הנפח של הגז גדל באותו ,הנוסחה מראה כי ככל שגדלה הטמפרטורה של הגז

. יחס שהוא מספר קבוע

:והנוסחה היא

V1 / T1 = V2 / T2 = .

= K מספר קבוע VT

) 0K( טמפרטורה של הגז

= . . .2

2

VT = 1

1

VT

0 K ) T = t ( 0 c ) + 273 ( קלווין צלסיוס

נפח הגז


חום כמות - 'ופרק

חום ואנרגיה

ראינו כי החום הוא

חלק בלתי נפרד

מחיינו אשר יש לקחת

אותו בחשבון לגבי כל

. התרחשות ותופעה

הטמפרטורה שהיא

מידת החום משפיעה

על התנהגות חומרים

. וגופים במצבים שונים

מקורות גם בחנו

אשר יוצרים את

אנרגיה אותה אנו מקורות החום האלו הופכים את האנרגיה שלהם ל. החום

. מנצלים ליצירת אנרגיה אחרת

תחנה זו שורפת פחם או דלק . תחנת כוח להפקת אנרגיה חשמלית: לדוגמהכדי לייצר אנרגית חום המנוצלת לחימום מים המשמשים לסיבוב הטורבינה

. את האנרגיה החשמלית הקשורה לגנרטור המייצר

וכל אנרגיה . גיה אחרתאם כך החום הוא אנרגיה הניתנת להמרה לכל אנר

. אחרת ניתנת להמרה לאנרגית חום

אנרגית חום כל אנרגיה אחרת

כדי לחמם גוף . מייצר את אנרגיית החום המשמשת אותנו לחימוםמקור החום

כזו שתוכל לחמם את הגוף כמות חוםכלשהו לטמפרטורה גבוהה יותר צריך

. לטמפרטורה הרצויה


מצבי צבירה של חומר - 'זפרק

היתוך וקיפאון

התקרבות של השפעת החום על החומר היא זו שגורמת להתרחקות או

ככל שחומר מתחמם המולקולות הולכות ומתרחקות . המולקולות האחת לשניה

ואילו כאשר חומר מתקרר המולקולות הולכות ומתקרבות . האחת מהשניה

. האחת לשניה

ישנם . החום הוא הגורם למעבר של החומר בין שלושת מצבי הצבירה שלו

כלומר המבנה . או גזחומרים אשר המצב הטבעי שלהם הוא מוצק או נוזל

הכימי שלהם הוא כזה שהם נמצאים באחד ממצבי הצבירה באופן הטבעי

. המים נמצאים באופן טבעי בטבע במצב של נוזל: לדוגמה. שלהם בטבעדרוש שינוי חיצוני כדי שהם יהפכו לקרח במצב מוצק או לאדים במצב של

שניהם יכולים . ברזל נמצא בטבע במצב מוצק וחמצן נמצא בטבע במצב גז. גז

לשנות את מצב הצבירה שלהם על ידי השפעה חיצונית של כמות חום

. וטמפרטורה

החוקרים . כדי לשנות את מצב החומר ממוצק לנוזל יש להשקיע כמות חום

צלסיוס ופרנהייט אשר חקרו את התהליכים של מעבר הקרח ממוצק לנוזל קראו

לנוזל הפךה הפך המוצקולטמפרטורה ב". נקודת ההיתוך"לנקודת המעבר

".ההיתוך טמפרטורת": קראו

כאשר בדקו החוקרים את מעבר המים ממצב נוזל למצב מוצק הם קראו לנקודת

: ולטמפרטורה בה הפך הנוזל למוצק קראו". נקודת הקיפאון"המעבר

" .טמפרטורת הקיפאון " :התברר להם כי

טמפרטורת הקיפאון=טמפרטורת ההיתוך )נוזל הופך למוצק ) ( מוצק הופך לנוזל (

טמפרטורת הקיפאון של המים = 00c = טמפרטורת ההיתוך של קרח


חוקי הגזים - 'חפרק . ב של גזהגזים הם חומרים אשר במצב הצבירה הרגיל שלהם הם במצ

המולקולות שלהם רחוקות האחת מהשניה והמהירות שלהן גדולה לכן איננו

לכל גז וגז תכונות משלו על פי המבנה שלו יש כאלו . יכולים לראות את הגז

שנזהה אותם לפי הריח שלהם אך את רובם לא נוכל לזהות או לדעת אם הם

: ולקולות שלו נקראגז אשר לא פועלים כוחות משיכה בין המ. בסביבתנו או לא

".אלייגז איד"

לכל אחד התכונות שלו . אלי וכל הגזים הם גזים ממשייםיבמציאות אין גז איד

. על פי המבנה הכימי שלו ויחד עם זאת כל הגזים מושפעים מאותם גורמים

לכן את . שלושת הגורמים קשורים יחד וכל שינוי באחד גורר שינוי באחרים

: האלה נוכל לבטא במשוואה הבאההקשר בין הגורמים

: והנוסחה היא

: הגורמים המשפיעים על הגזים הם

] . 0K[ הנמדדת במעלות קלווין - Tטמפרטורת הגז •

] . l[ או ליטר ] cm3[ ק " בסמ הנמדד- Vנפח הגז •

] . ATM[ הנמדד באטמוספרות - Pלחץ הגז •

משוואת המצב של הגזים

K = V מספר קבוע T• P הלחץ של הגז

הטמפרטורה של הגז

= . . . 22

2

VP T• = 111

VP T•

נפח הגז


קבועה Tכאשר הטמפרטורה -ג

מריוט -חוק בויל חקרו את התנהגות 17 -שני החוקרים בויל האנגלי ומריוט הצרפתי מהמאה ה

הגזים כל אחד בנפרד בארצו והגיעו לאותה מסקנה שלאחר מכן החוק שקבעו

בתנאים של טמפרטורה קבועה של הגז " : החוק קובע כי. נקרא על שמם: או במילים אחרות".ספר קבועהלחץ והנפח של הגז היא מ המכפלה של

". טמפרטורה קבועה יחס הלחצים הפוך ליחס הנפחים בתנאים של"

P • V = K : ובאופן מתמטי מספר קבוע נפח הגז לחץ הגז

: והנוסחה תהיה

: תרגיל דוגמה

. ליטר1 ליטר גז הנמצא בלחץ אטמוספרי לתוך מיכל של 10רוצים לדחוס

? מה יהיה הלחץ במיכל בעל הנפח הקטן . הדחיסה נעשית בטמפרטורת החדר

: פתרון

: נתונים

P1 = 1 ATM אטמוספרות

V1 = 10 ליטר

V2 = 1 ליטר

? = P2: צריך למצוא

P1 • V1 = P2 • V2: נרשום את הנוסחה

1 : נבצע את השינוי 12

2

P VP V•

=

2: נציב10 1

1P •=

P2 = 10 ATMאטמוספרות: נקבל

P1 • V1 = P2 • V2 = . . .


העברת חום - 'טפרק עד עתה עסקנו בתופעת החום והשפעותיה על התנהגות החומרים השונים

).מוסרים חום(או מתקררים ) מקבלים חום(כאשר הם מתחממים

ידוע לנו כי החום ניתן להעברה ממקום למקום ומחומר לחומר בשיטות שונות

". הסעת חום " , "הולכת חום " ," קרינת חום " : והן

.נסביר שיטות אלו בצורה מפורטת יותר

קרינת חום

. מוכרת לכולנותופעת קרינת החום של השמש

קרינה זו מחממת את כדור הארץ ומאפשרת את

. קיום החיים על פני הכוכב שלנו

? זומהי קרינת חום אדומות אשר -קרינת חום הם קרניים אינפרא

ר הטמפרטורה שלו עוברות בחלל מגוף חם אש

כלשהו קרינה זו איננה זקוקה לגורם. גבוהה יותר מהטמפרטורה של הסביבה

היא פשוט נמצאת בחלל וכל מה שצריך לעשות זה לקלוט אותה . שיעביר אותה

קולטי השמש של דוד : לדוגמה. ולנצל את האנרגיה הטמונה בה לצרכי חימום

השמש . דולים שונים ועודהמחממים את המים או החממה שמאפשרת לגדל גי

אול על כל ' ג8מקרינה חום של

ברור לכולנו . ר של האטמוספירה"סמ

מה היה קורה לכדור הארץ אם לא

אטמוספירה שמגינה היה לה את ה

.עליו

המוקרנת ) אולים'בג(כמות החום

כל גוף או חומר אשר חם יותר ". קצב קרינה: "נקראת יה אחתימגוף בשנ

. חום לסביבה קצב הקרינה שלו שונה בהתאם לצבע גוףמהסביבה שלו מקרין

ואילו צבע כהה . בקצב איטי וגם קולט חום בקצב איטי צבע בהיר מקרין חום

. מקרין חום בקצב גבוה ואף קולט חום בקצב מהיר


סיכום ושאלות

תורת הזורמים

היתרון . לית בלי חיכוך בין הבוכנות לצינורות המכונהואנתונה מכונה הידר .1

.5 -אורטי של מכונה זו הוא יהמכני הת

?שב את שטח הבוכנה הגדולה ח. ר" סמ8שטח הבוכנה הקטנה הוא . א_____________________________________________________

_____________________________________________________

?חשב את משקל הגוף .ג" ק4על הבוכנה הגדולה מונח גוף שהמסה שלו . ב________________________ _____________________________

_____________________________________________________

חשב את הכוח שיש להפעיל על הבוכנה הקטנה של המכונה ההידראולית .ג

.הזנח את משקל הבוכנות. כדי שהמכונה תימצא באיזון________________________________________ _____________

_____________________________________________________

נפח הנוזל ) סמן את המשפט הנכון .( אם דוחפים את הבוכנה הקטנה .ד

נפח )-קטן יותר מ/ -שווה ל/-גדול יותר מ(י הבוכנה הקטנה "שנדחה ע

. הנוזל שעלה מתחת לבוכנה הגדולה

וך המיםה המרחפת בתילפניך קובי .2

:השלם את המשפטים שלפניך .א

.B מהלחץ בנקודה )קטן/ גדול ( Aהלחץ ההידרוסטטי של המים בנקודה .1

.FA - מ)שווה/ גדול/קטן ( FB שווים לכן הכוח B - וAשטח הפאות .2

.FB -ו FA )הפרש/ סכום (כוח העילוי הפועל על הקוביה שווה ל .3

)שווה/ קטן/ גדול( פני המים כוח העילוי כאשר הקוביה מרחפת על .4 יהילמשקל הקוב

A B

FA

FB

Documents

הקיזיפ - moran-books.com · ר"מס 10.000 = ר"מ 1 ( N ) ןוטוינ 10 = חוכ ג"ק 1 12 רפסהמ םלצל וא קיתעהל ןיא רואל האצוה ןרומ ל תורומש