תרמודינמיקה
תֶּרְמוֹדִינָמִיקָה היא חקר החום, העבודה והטמפרטורה. טמפרטורה מדברת על כמה משהו חם או קר. חום הוא אנרגיה בתנועה. אנרגיה היא היכולת לעשות עבודה. אנטרופיה (מילה שקשה) פירושה כמה משהו מבולגן או כמה מידע חסר. התחום התחיל כי אנשים רצו לשפר מנועים, כמו מנועי הקיטור. המדען סאדי קרנו עבד על זה ב־1824. בביר...
חוק האפס של התרמודינמיקה
חוק האפס של התרמודינמיקה אומר שאם שני גופים באותה טמפרטורה, אין חום עובר ביניהם. טמפרטורה היא מדד לחום. לדוגמה: כוס תה חם תתקרר עד שתהיה בטמפרטורת החדר. גם אז עדיין יכולות לחמוק ממנה מולקולות מים באוויר. השם "חוק האפס" הוצע בשנות ה‑30 כי החוק נראה ברור לאחר שהוגדרו חוקי התרמודינמיקה האחרים. בתו...
החוק השני של התרמודינמיקה
החוק השני של התרמודינמיקה אומר שבמערכת סגורה אי־הסדר גדל עם הזמן. אי־הסדר נותן שם רשמי: אנטרופיה. אנטרופיה = כמה האנרגיה מפוזרת ולא זמינה לעבודה. זה אומר שאנרגיה שמשתחררת לרוב מתפזרת כחום ולא ניתנת להשבה בקלות. חום זורם תמיד מהחם לקר, ולא באופן ספונטני מהקר לחם. מדענים כמו סאדי קרנו והאחרים חשבו ...
החוק הראשון של התרמודינמיקה
החוק הראשון של התרמודינמיקה אומר שאנרגיה לא נעלמת. היא עוברת לצורת חום או לעבודה. השינוי באנרגיה הפנימית של מערכת הוא החום שנכנס פחות העבודה שהמערכת עשתה. אנרגיה פנימית זה הכל מהאנרגיה שבתוך החומר. כאשר המערכת מתרחבת, היא דוחפת החוצה. זה דורש עבודה. אם נפח המערכת גדל, העבודה שהמערכת מקבלת היא שליל...
פוטנציאלים תרמודינמיים
פוטנציאלים תרמודינמיים הם מספרים שמזכירים אנרגיה. הם עוזרים לדעת כמה עבודה אפשר להוציא ממערכת. דוגמאות נפוצות הן האנרגיה הפנימית, אנרגיה חופשית של למהולץ ואנרגיה חופשית של גיבס. מערכת מתוארת על ידי דברים כמו טמפרטורה (חום), לחץ (דחיפה לאחור), נפח (כמה מקום) ואנטרופיה (רמת אי־סדר). יש גם מספר החלקיק...
קונסטנטין קרתיאודורי
קונסטנטין קרתיאודורי (1873, 1950) היה מתמטיקאי יווני־גרמני. הוא עבד על פונקציות, מדידות ודרכים למצוא פתרונות טובים לבעיות מתמטיות. =חייו= הוא נולד בברלין וגדל בבריסל. למד בבארלין ובגטינגן. המנחה שלו היה הרמן מינקובסקי. בשנת 1920 עבד באוניברסיטה בסמירנה (איזמיר). ב־1922 העיר ניזוקה. קרתיאודורי נמלט...
אנטרופיה
אֶנטרופיה היא דרך למדוד כמה "אי־סדר" יש במערכת. זו מילה בפיזיקה שנמצאת בשימוש רחב. מומחים גילו את הרעיון כשהם חקרו מכונות חום. קלאוזיוס נתן שם לאנטרופיה במאה ה־19. מאוחר יותר בולצמן ואחרים הקשרו את זה למספר הדרכים שמערכת יכולה להיות בסדרים שונים. במילים פשוטות, אם מערכת מקבלת חום, האנטרופיה שלה בד...
יוהנס דידריק ואן דר ואלס
יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837, 1923) היה מדען הולנדי. הוא מצא דרך טובה יותר להסביר איך גזים ומתנזלים לנוזלים. הוא הראה שמולקולות, חלקיקים קטנים, מושכות אחת את השנייה ומכסות מקום. בגלל זה נוסחה מיוחדת קיבלה את שמו. ואן דר ואלס גדל בעיר ליידן במשפחה ענייה. הוא היה מורה לפני שלמד באוניברסיטה. הוא ה...
קירור
קירור אומר להוציא חום ממקום בלי לשחרר אותו שם. חום (אנרגיה חמה) זורם מטמפרטורה גבוהה לנמוכה. כדי להעביר חום בכיוון ההפוך צריך עבודה. עתיקים השתמשו בקרח ובשלג לשמור אוכל קר. הם אחסנו קרח במערות ובבורות עם בידוד. במאה ה-19 היו חברות שסיפקו קרח למקום תמיד. אנשים כמו פרדריק טיודור פיתחו שיטות לשנע...
תהליך איזותרמי
תהליך איזותרמי הוא תהליך שבו הטמפרטורה נשארת קבועה. התהליך נע לאט. המערכת מחליפה חום עם מאגר חם כדי לשמור על הטמפרטורה. בתרשים לחץ, נפח, השטח מתחת לעקומה מייצג את העבודה. בגז אידיאלי, כשהנפח גדל, הלחץ קטן. אנרגיה פנימית היא האנרגיה שבתוך הגז. אם הטמפרטורה קבועה, האנרגיה הפנימית לא משתנה. החום שנכ...
גדלים אקסטנסיביים ואינטנסיביים
גודל אקסטנסיבי (או גודל פשיט) הוא מספר שגדל כשמוסיפים עוד חומר למערכת. "מערכת" זה קבוצת חלקים שעובדת יחד. אם מכפילים את הכמות, הגודל האקסטנסיבי גם מכפיל. גודל אינטנסיבי (או גודל עצים) לא משתנה כשמוסיפים חומר. למשל אם מחברים שתי מערכות זהות, הערך האינטנסיבי נשאר אותו דבר. דוגמאות פשוטות: נפח הוא כמ...
אנרגיה פנימית
אנרגיה פנימית היא כל האנרגיה שנמצאת בתוך מערכת. מסמנים אותה בדרך כלל באות U. היא כוללת שני דברים חשובים: תנועת החלקיקים הקטנים, שזה חום (אנרגיה תרמית), והכוחות בין החלקיקים, כמו קשרים כימיים. היא לא כוללת את תנועת הגוף כולו או את האנרגיה של מיקום כללי שלו. לא תמיד אפשר לדעת את כל ערך האנרגיה הפנימי...
פורטל:פיזיקה/ערכים מבוקשים
זו רשימה של נושאים חשובים בפיזיקה. אנשים מנוסים עוקבים אחריה. מכניקה ניוטונית זה חוקי התנועה של דברים שסביבנו. חשמל ומגנטיות משפיעים על חפצים וחשמל זורם. אור, עדשות ומכשירים כמו לייזר. לייזר מקלעת אור חזק. חום ואנרגיה. איך חום נע והופך לעבודה. עקרונות של עולם קטן מאוד, כמו אטומים. חקר היקום, כ...
פיזיקה קלאסית
פיזיקה קלאסית היא הדרך הישנה לתאר איך דברים גדולים עובדים. היא לא כוללת את תורת הקוונטים. תורת הקוונטים היא תיאוריה על חלקיקים מאוד קטנים. היא התחילה עם ניוטון, שמצא חוקי תנועה. מאוחר יותר נוספו משוואות מקסוול על אור וחשמל. גם חוקי החום, שנקראים תרמודינמיקה, חלק מהפיזיקה הקלאסית. הכללים האלו עובד...
כימיה פיזיקלית
יש משפט על שכבת אירוג'ל דקה שמפרידה ומבודדת. אירוג'ל הוא חומר מאוד קל. כימיה פיזיקלית חוקרת איך חומרים מתנהגים כשמשנים אותם. זה כולל חום, מסיסות וערבוב. התחום בוחן אטומים. אטום הוא חלקיק קטן מאוד שמרכיב חומרים. חוקרים רוצים לדעת איך אטומים מתחברים לקשרים כימיים. כימיה קוואנטית משתמשת בכללים של ע...
השאלה האחרונה
'''השאלה האחרונה''' הוא סיפור קצר של הסופר אייזק אסימוב משנת 1956. הסיפור מדבר על מחשב ענק שקוראים לו מולטיוואק. הסיפור מתרחש בשבע סצנות. בכל סצנה אנשים שונים שואלים את אותו שאלה: איך מונעים את "קץ היקום"? "קץ היקום" כאן הוא מצב שבו כל החום מתפזר והדברים מתקררים ולא יכולים לעבוד יותר. המחשב עונה בכ...
חום (פיזיקה)
חום זה אנרגיה שעוברת כשיש הבדל בטמפרטורה. הבדל טמפרטורה זו אומר שמקום אחד חם יותר מאחר. יש שלוש דרכים להעברת חום: הולכה (העברה דרך מגע), הסעה (תנועה של חומר, כמו אוויר שזורם), וקרינה (אנרגיה שעוברת בגלים, לדוגמה בלייזר). חום וזה לא אותו דבר כמו טמפרטורה. טמפרטורה מודדת כמה חם משהו. חום הוא מה שעוב...
ולטר נרנסט
ולטר נרנסט (1864, 1941) היה כימאי גרמני חשוב. הוא זכה בפרס נובל בכימיה ב‑1920. נרנסט עזר לפתח כימיה פיזיקלית. זאת כימיה שמבינה איך חום ואנרגיה קשורים לתגובות. נרנסט נולד בפרוסיה. למד פיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטאות. הוא הקים מוסד של כימיה בגטינגן. בשנת 1898 המציא נורת נרנסט. זו נורה עם חוט להט מקרמי...
תנועה נצחית
זוהי מכונה שאמורה לעבוד בלי להפסיק. "נצחית" פירושו לעד. זהו רעיון היפותטי. היפותטי אומר שזה לא דבר שמוכח שקיים. מכונה כזו רוצה לתת עבודה בלי לקבל אנרגיה מבחוץ. המדענים אומרים שזה לא יכול לקרות. יש חוקים של אנרגיה שמונעים זאת. אחד מהם אומר שאי אפשר ליצור אנרגיה חדשה. חוק אחר אומר שדברים נהיים מבולגני...
קבוע בולצמן
קבוע בולצמן מחבר טמפרטורה לאנרגיה. שמו הוא k_B. הערך שלו הוא 1.380649 × 10^{-23} J K^{-1}. J הוא ג'אול, יחידת אנרגיה. K הוא קלווין, יחידת טמפרטורה. אנרגיה תרמית היא התנועה של חלקיקים קטנים. טמפרטורה מודדת את האנרגיה הממוצעת שלהם. דרגת חופש היא דרך בה חלקיק יכול לזוז. הקשר הפשוט הוא: Q = (1/2) N_...
היסטוריה של הפיזיקה עד המאה ה-20
פיזיקה חוקרת את הטבע ואת התופעות שניתן למדוד, כמו תנועה, אור וחום. בארצות רבות הסבירו את העולם באמצעות סיפורי בריאה. אנשים גם התבוננו בכוכבים ולעזרו בכך בחקלאות וניווט. היוונים חשבו ורצו להסביר את הטבע בעזרת היגיון. הם דיברו על "אטומים" (חלקיקים קטנים שמרכיבים חומרים). אריסטו הסביר תנועה ברעיונות ...
פיזיקה סטטיסטית
פיזיקה סטטיסטית חוקרת מערכות עם המון חלקיקים. החלקיקים הם אטומים או מולקולות. במקום לעקוב אחרי כל חלקיק, בוחנים מה קורה בדרך כלל. ככה מוצאים טמפרטורה, לחץ ואנטרופיה. אנטרופיה היא מידה של חוסר סדר. מדענים כמו ברנולי, מקסוול, בולצמן ופלאנק פיתחו רעיונות חשובים. הם הראו שאפשר להסביר חום ואור על ידי ...
אנרגיה
אנרגיה היא היכולת לעשות עבודה או לגרום לתנועה. היא לא נעלמת. היא יכולה לשנות צורה. כשמשהו גבוה ויש לו גובה, יש לו אנרגיה פוטנציאלית. כשזה זז, יש לו אנרגיה קינטית. בזמן שנופלים, האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לאנרגיה של תנועה. המילה באה מיוונית: energeia, שפירושה "עשייה". יש אנרגיה של חום (תנועת חלקיקי...
תגובה כימית
תגובה כימית היא שינוי שבו מולקולות משתנות. מולקולות שמתחילות נקראות ''מגיבים''. מה שנוצר בסוף נקרא ''תוצרים''. במהלך התגובה לא נעלמים אטומים. זה לפי חוק שימור המסה. לפעמים יש גם ''חומרי ביניים'', צורות קצרות טווח. שינוי רק של צורה או מצב, כמו הרתחת מים לאדים, אינו תגובה כימית. זאת כי המולקולות נש...
השד של מקסוול
מקסוול דמיין יצור קטן שמפתח דלת בין שני חלקים של מכל עם גז. היצור פותח את הדלת רק למולקולות מהירות מצד אחד. כך אחד הצדדים מתחמם והשני מתקרר. זה נראה כמו שבור את החוק שאומר שחום הולך מטמפרטורה גבוהה לנמוכה. המפתח הוא שהשדון צריך לבדוק את המולקולות. בדיקה זו יוצרת "בלאגן" נוסף. המילה אנטרופיה היא מ...
חוק שימור האנרגיה
חוק שימור האנרגיה אומר: בכמות סגורה של דברים, הכמות הכוללת של האנרגיה לא משתנה. גוף שנופל: במקום גבוה יש לו אנרגיה בגלל הגובה (אנרגיה פוטנציאלית). כשהוא נופל, האנרגיה הזאת הופכת לאנרגיה של תנועה (אנרגיה קינטית). אם נזרוק את הגוף למעלה, התהליך יסתובב הפוך. איינשטיין גילה שמסה יכולה להפוך לאנרגיה ...
האפס המוחלט
האפס המוחלט הוא הטמפרטורה הכי נמוכה שאפשר לדמיין. זה 0 קלווין או −273.15 מעלות צלזיוס. קלווין זה מד של חום. המדען לורד קלווין אמר ב‑1848 שלא ניתן להגיע לאפס המוחלט. החוק השלישי של התרמודינמיקה (חוק חשוב בפיזיקה) גם אומר כך. אם נגיע קרוב לאפס המוחלט, החלקיקים יעמדו במצב הכי רגוע שלהם. אנטרופיה, מילה...
ויליאם תומסון
ויליאם תומסון נקרא גם לורד קלווין. הוא נולד בבלפסט בשנת 1824. הוא היה מדען ומתמטיקאי חשוב. הוא התחיל ללמוד באוניברסיטה בגיל 10. כשהיה צעיר כתב עבודה על צורת כדור הארץ. הוא המציא סולם טמפרטורה חדש. הסולם הזה מתחיל ב\'אפס מוחלט\' (הטמפרטורה הכי נמוכה שאפשרית). היחידה בסולם היא "קלווין". גודל המידה כ...
חץ הזמן
חץ הזמן אומר שלמרות שחוקי הפיזיקה נראים דומים קדימה ואחורה, אנחנו חווים את הזמן בצד אחד. אנטרופיה, מידה לכמה משהו מבולגן, גדלה בדרך כלל עם הזמן. דוגמה: צלחת נשברת והדברים נעשים מבולגנים יותר. זהו הכיוון שבו הבלגן במערכת גדל. תנועה מסודרת הופכת לחום מפוזר, שזה מבולגן יותר. צנצנת עם צבע ומים מר...