לעיתים מושג החום ומושג הטמפרטורה נחשבים כאותו דבר, אך למעשה הם שני מושגים שונים.
אולי הסיבה לכך ששני המושגים נחשבים בטעות כאותו מושג הינה משום שכבני אדם החיים בכדור הארץ, הנסיון היום יומי שלנו מוביל אותנו להבחנה שכאשר אנו מחממים משהו, קנקן מים לדוגמא, אז הטמפרטורה שלו עולה; יותר חום, יותר טמפרטורה-ועל כן אנו נוטים לחשוב בטעות ששני המושגים זהים.
טמפרטורה היא מדד שקשור לממוצע האנרגיה הקינטית של המולקולות שבחומר. אם הטמפרטורה נמדדת במעלות קלווין, אזי מספר זה הינו ביחס ישיר לממוצע האנרגיה הקינטית של המולקולות (אם לדייק - של דרגות החופש של המולקולות -ראו פירוט בתגובות).
טמפרטורה היא למעשה גודל פיזיקלי, שמקשר לסוג מסויים של אנרגיה של המולקולות בחומר. טמפרטורה קשורה באופן ישיר לאנרגיה הקינטית של המולקולות. אולם, למולקולות יש סוגי אנרגיות נוספות, מלבד קינטיות, כמו אנרגיות פוטנציאליות. מדידת טמפרטורה אינה אומרת לנו באופן ישיר מאומה על אנרגיה פוטנציאלית. אנו לא אומרים שטמפרטורה זו האנרגיה הקינטית. אנו אומרים שזה מספר, אם היא נמדדת במעלות קלווין, אזי הטמפרטורה היא ביחס ישיר לממוצע האנרגיה הקינטית (אנרגיה של תנועה) של המולקולות; כלומר אם נכפיל את טמפרטורת הקלווין פי 2, אנו נכפיל את האנרגיה הקינטית של המולקולות.
חום זה סך כל האנרגיה של המולקולות בחומר, שעוברת מהגוף לגוף אחר. סך כל האנרגיה היא לא רק האנרגיה הקינטית של המולקולות של החומר, סך האנרגיה כולל גם את האנרגיות הפוטנציאליות של המולקולות. אך חשוב להדגיש שחום אינו מתייחס לאנרגיה שמצויה בתוך גוף כלשהו אלא רק לאנרגיה העוברת מגוף אחד לאחר.
כאשר חום (כלומר אנרגיה) עובר לחומר כלשהו אחד משני דברים יכול לקרות:
1. טמפרטורת החומר יכולה לעלות. כלומר, החומר יכול להגדיל את מהירות האנרגיה הקינטית של המולקולות בחומר. מכיוון שטמפרטורת קלווין נמצאת, באופן ישיר, ביחס ישר לממוצע של האנרגיה הקינטית של המולקולות, הגדלת הטמפרטורה בפקטור כלשהו גורמת להגדלת פקטור זהה באנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות. ואם האנרגיה הקינטית של המולקולות גדלה, מהירות המולקולות תגדל גם, אך חשוב להבהיר שהגדלת המהירות אינה ביחס ישר משום שהאנרגיה של גוף כלשהו פרופורצינאלית לריבוע המהירות של הגוף.
2. החומר יכול לשנות מצב צבירה. לדוגמא, אם החומר הוא קרח, הוא יכול להיות מותך למים. אולי, באופן מפתיע, שינוי זה אינו גורם לעלייה בטמפרטורה. ברגע שלפני ההתכה האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הקרח זהה לאנרגיה הקינטית הממוצעת של המים ברגע שאחרי ההתכה. למרות שחום נספג בשינוי המצב, האנרגיה שנספגה אינה משמשת להעלות את מהירות המולקולות. האנרגיה שימשה לשנות את הקשר שבין המולקולות. שינוי האופן שבו המולקולות קשורות אחת לשניה מהווה שינוי באנרגיה הפוטנציאלית. חום נכנס פנימה וישנו שינוי באנרגיה הפוטנציאלית של המולקולות. האנרגיה הקינטית שלהם נשארת ללא שינוי (להרחבה קראו המאמר על אידוי התכה וחום כמוס).
נסכם: כאשר חום מועבר לחומר כלשהו, אנרגיה נכנסת לתוך החומר. אנרגיה זו יכולה לשמש על מנת להגדיל את האנרגיה הקינטית של המולקולות, אשר תגרום להגדלת הטמפרטורה. או שחום יכול לשמש להגדלת האנרגיה הפוטנציאלית של המולקולות דבר היכול לגרום לשינוי הפאזה של החומר, דבר שאינו מלווה בגידול בטמפרטורה. אך נזכור שחום אינו מתייחס לאנרגיה שמצויה בתוך גוף כלשהו אלא רק לאנרגיה העוברת מגוף אחד לאחר.
כפי שציינו, הטמפרטורה היא למעשה מדד לכמה גוף הוא "קר" או "חם". ואילו החום הוא האנרגיה שעוברת מגוף חם לגוף קר ועקב כך משנה, אך לא תמיד, את הטמפרטורה שלו.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
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.
