אנרגיה מופיעה בטבע בצורות רבות ושונות. ביניהן ישנה האנרגיה הקינטית – הלא היא אנרגיה הנובעת מתנועה של גופים; האנרגיה התרמית – חום (שבגופים גדולים מייצגת למעשה את התנועה של הרכיבים האטומיים המרכיבים אותם); אנרגיית האור; האנרגיה הכימית האצורה בתוך חומרים; אנרגיה מכנית פוטנציאלית וכו'.

התהליכים שבמסגרתם אנרגיה מתגלגלת ומשתנה מסוג אחד לסוג אחר הם תהליכים משמעותיים מאוד עבורנו. באמצעותם אנו מסוגלים לנצל מקורות אנרגיה ולרתום את האנרגיה שלהם לצרכינו.

היישומון שלפניכם מסביר מעט על האנרגיה של חומרים, ומדגים איך אנו מסוגלים להמיר סוג אנרגיה אחד באחר כדי לנצל אותם לצרכינו. לדוגמה, כדי להאיר אנו יכולים להמיר אנרגיה חשמלית באנרגיית חום.

להפעלה הקליקו על התמונה.

היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והמשיכו בהתקנה על פי ההוראות.

היישומון מתחלק לשני חלקים, וכל אחד מהם מופיע בלשונית אחרת. נתחיל בלשונית המבוא, המתארת את האנרגיה התרמית של חומרים שונים. בחלק זה של היישומון נוכל לחמם או לקרר חומרים שונים ואז להביא אותם במגע זה עם זה ולראות מה מתרחש. נוח וכדאי לבחור באופציה "תצוגת אנרגיה".

בחרו את אחד החומרים (לבנה או ברזל), הניחו אותו על המבער וחממו אותו. כתוצאה מכך כמות האנרגיה התרמית שלו גדלה. המשמעות הפיסיקלית היא שיש יותר תנועה בתוך החומר. בחומרים מוצקים כמו ברזל או מתכת, הסריג המרכיב את החומר רועד למעשה. בחומרים נוזליים או גזיים, המולקולות/אטומים נעים יותר בחופשיות והמהירות הממוצעת שלהם וגברת ככל שהם מתחממים.

שימו לב, מדי פעם תראו ביישומון שחלק מהאנרגיה "נפלט" לאוויר. נסו לחשוב איך הדבר הזה קורה – יש כמה תהליכים אפשריים. אתם מוזמנים לרשום את דעתכם בפורום ואנו נגיב עליה.

אם תגררו את המדחום על החומר שבחרת לחמם, תוכלו לראות את הטמפרטורה שלו. הפסיקו את החימום ועקבו אחר הטמפרטורה. מה קורה? האם אתם מבינים מדוע?

כעת השליכו את החומר שחיממתם לתוך דלי המים. לאחר מכן חזרו על אותו הניסוי (חממו את החומר), אך הפעם במקום לזרוק אותו לדלי המים הניחו אותו על החומר השני. תגלו שאותה תופעה מתרחשת – החומר שחיממתם מתקרר וחלק מהאנרגיה התרמית שלו עוברת אל החומר שאיתו הוא בא במגע, אולם מעבר החום למים קורה הרבה יותר מהר. מים הם נוזל קירור מצוין, ולכן הרבה מערכות עושות בהן שימוש לקירור – למשל בתחנות כוח חשמליות.

בלשונית השנייה נעסוק בסוגים רבים של אנרגיה, שכל אחד מהם יסומן בצבע אחר.

בלשונית הזו יש לנו בחירה בין שלושה חלקים. בחלק הראשון נבחר במקור אנרגיה: ברז מים, שמש, קומקום או אופניים. בחלק האחרון (השמאלי) נבחר את השימוש הנחוץ לנו – יש אופציה של פלטת חימום שתחמם מים, ושני סוגים של מנורות חשמליות.

בחלק האמצעי והחשוב נמצא אמצעי ההמרה שמאפשר לנו להמיר את מקור האנרגיה שלנו ולהשתמש בו. אמצעי שיהיה יעיל להמרת אנרגיה מסוימת (לדוגמה לוח סולרי שקולט אנרגיית שמש עשוי להיות בלתי שמיש עם מקור אנרגיה אחר. התנסו עם האפשרויות השונות. אם יש לכם רעיונות או שאלות על תהליכי מעבר האנרגיה, העלו אותם לפורום שלנו.

ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
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 ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

4 תגובות

  • חגית ענתר

    שאילתה

    למיטב הבנתי השימוש במונח גלגול שייך לעולמות תוכן מדעי החיים. גלגול = התפתחות של צאצאים בקרב יצורים חיים. יש גלגול מלא ויש גלגול חסר. המרה = שינוי סוג אנרגיה מסוג אחד לסוג אחר
    מעבר אנרגיה = סוג אנרגיה זהה עובר מגוף לגוף. הייתי שמחה לבדוק את המינוח המדוייק לסוגיה זו.
    תודה רבה

  • מנשה

    אנרגיה מוחלטת או יחסית

    12:36
    אנרגיה קינטית
    נניח לצורך השאלה שהיקום כולו מורכב רק מ 2 גופים בעלי מסות שונות שנעים אחד לקראת השני בריק לאורך קו ישר, ושאין בינהם כוחות משיכה או דחיה.
    המהירות היחסית ביניהם היא v = v2 - v1. לפי עיקרון השקילות של גלילאו לא ניתן לקבוע מי מהגופים נע ומי נח. ברצוני לדעת מהי האנרגיה הקינטית של המערכת. אם נניח שהגוף הכבד יותר במצב מנוחה אז האנרגיה הקינטית נובעת רק מהגוף הקל. לעומת זאת אם נניח שהגוף הקל במנוחה אז האנרגיה הקינטית של המערכת נובעת רק מהגוף הכבד. אנרגיות קינטיות אלו מתוארות לפי הנוסחה 0.5 * m * v * v ולכן הם שונות אחת מהשניה. אז מהי האנרגיה (כלומר האנרגיה ב ה הידיעה) של המערכת - לא ברור לי. נראה לכאורה שהאנרגיה הקינטית היא יחסית להחלטה שרירותית לגבי מי נע ומי נח.
    אודה לך מאד אם תוכל להסביר לי היכן אני טועה
    תודה
    מנשה

  • דן

  • ירון גרוס

    פשוט יותר משחשבת - אפשר לטעון כי רק 2

    אני חושב שהתשובה לזה היא לא חד משמעית ואנשים שונים יגדירו דברים בצורה שונה. לדוגמה ברור שחום הוא סוג של אנרגיה, מצד שני, חום פשוט זו דרך שלנו לתאר אנרגיה קינטית ממוצעת של המון חלקיקים אז יש איזשהי חוסר בהירות בשאלה - כמה סוגי אנרגיה יש.
    בעיני בהחלט אפשר דבר ראשון לחלק לשני סוגים ברורים
    אנרגיה קינטית - זוהי אנרגיה של גוף שנע. כלומר גוף בעל תנע (בין אם יש לו מאסה או אין לו).
    אנרגיה פוטנציאלית - זו אנרגיה שאצורה בגוף מסוים ויכולה להיפך לאנרגיה קינטית. לדגומה אנרגיה פוטנציאלת כבידתית - כאשר מרימים גוף לגובה גבוה, אנרגיה פוטנציאלת חשמלית, אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ וכו'

    אם תחשוב על זה כל סוגי האנרגיות יכולים נופלים להגדרה הזו. למעשה כאשר כותבים את המשוואה המתארת את האנרגיה של כל מערכת פיזיקאלית, היא תמיד מחולקת לאנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית.

    החלוקה הוז נשמעת פשטנית והיא אכן כך. אולם היא מונעת ויכוחים שונים. כך כמעט כך האנרגיות שאפשר לחשוב עליהן, אנרגיה גרעינית/כימית וכו' הן למעשה אנרגיה פוטנציאלית, עד אשר היא משתחררת והופכת לאנרגיה קינטית.

    אחד הנושאים שדורשים אולי התייחסות ספציפית היא "אנרגית חום". חום הוא למעשה מדד לאנרגיה, לרוב קינטית בתוך חומר. כך כאשר אנו מעבירים חום על גוף מסוים, אז האנרגיה הקינטית של החלקיקים המרכיבים אותו עולה. אנו משתמשים במושג כמו חום במקום אנרגיה קינטית מאחר וכאשרמ דובר במערכות בעלות מספרים אסטרונומים של חלקיקים, אי אפשר לעקוב אחרי כל חלקיק ולדעת בדיוק מה האנרגיה הקינטית שלו, ולכן נותנים מדד סטטיסטי כלשהו המתאר את כל החלקיקים במערכת על ידי חום.