The chemistry of cold packs - John Pollard

452,054 views ・ 2014-09-11

TED-Ed


אנא לחץ פעמיים על הכתוביות באנגלית למטה כדי להפעיל את הסרטון.

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers
00:08
So you just strained a muscle and the inflammation is unbearable.
0
8597
5192
אז מתחתם שריר והדלקת בלתי נסבלת.
00:13
You wish you had something ice-cold to dull the pain,
1
13789
3018
אתם מאחלים לעצמכם משהו קר כמו קרח כדי להקהות את הכאב,
00:16
but to use an ice pack, you would have had to put it in the freezer hours ago.
2
16807
4498
אבל כדי להשתמש בשקית קרח, הייתם צריכים לשים אותה במקפיא לפני כמה שעות.
00:21
Fortunately, there's another option.
3
21305
2115
למרבה המזל, יש פתרון אחר.
00:23
A cold pack can be left at room temperature until the moment you need it,
4
23420
4637
שקית קור יכולה להשאר בטמפרטורת החדר עד הרגע שצריך אותה,
00:28
then just snap it as instructed and within seconds you'll feel the chill.
5
28057
5777
אז פשוט מקפלים אותה כמו בהוראות ותוך שניות אתם מרגישים את הקור.
00:33
But how can something go from room temperature to near freezing
6
33834
3307
אבל איך משהו יכול לעבור מטמפרטורת החדר לכמעט קפיאה
00:37
in such a short time?
7
37141
1786
בזמן קצר כל כך?
00:38
The answer lies in chemistry.
8
38927
2507
התשובה טמונה בכימיה.
00:41
Your cold pack contains water and a solid compound,
9
41434
2970
שקית הקור שלכם מכילה מים ותרכובת מוצקה,
00:44
usually ammonium nitrate, in different compartments separated by a barrier.
10
44404
5253
בדרך כלל אמוניום ניטרט, בתאים שונים שמופרדים על ידי חציצה.
00:49
When the barrier is broken, the solid dissolves
11
49657
2931
כשהחציצה נשברת, המוצק מתמוסס
00:52
causing what's known as an endothermic reaction,
12
52588
3056
וגורם למה שידוע כתגובה אנדותרמית,
00:55
one that absorbs heat from its surroundings.
13
55644
2877
בה היא קולטת חום מהסביבה.
00:58
To understand how this works,
14
58521
2077
כדי להבין איך זה עובד,
01:00
we need to look at the two driving forces behind chemical processes:
15
60598
3940
אנחנו צריכים להביט בשני הכוחות המניעים מאחורי התהליך הכימי:
01:04
energetics and entropy.
16
64538
2648
אנרגטיקה ואנטרופיה.
01:07
These determine whether a change occurs in a system and how energy flows if it does.
17
67186
5841
אלה קובעים אם שינוי מתרחש במערכת ואיך אנרגיה זורמת אם הוא מתרחש.
01:13
In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces
18
73027
4353
בכימיה, אנרגטיקה מטפלת בכוחות משיכה ודחיה
01:17
between particles at the molecular level.
19
77380
2937
בין חלקיקים ברמה המולקולרית.
01:20
This scale is so small that there are more water molecules in a single glass
20
80317
5867
קנה המידה הזה כל כך קטן שיש יותר מולקולות מים בכוס אחת
01:26
than there are known stars in the universe.
21
86184
3270
משיש כוכבים ידועים ביקום.
01:29
And all of these trillions of molecules are
22
89454
2073
וכל טריליוני המולקולות האלה
01:31
constantly moving, vibrating and rotating at different rates.
23
91527
4654
נעות ללא הפסק, רוטטות ומסתובבות בקצבים שונים.
01:36
We can think of temperature as a measurement of the average motion,
24
96181
3604
אנחנו יכולים לחשוב על טמפרטורה כמידה של התנועה הממוצעת,
01:39
or kinetic energy, of all these particles,
25
99785
3015
או אנרגיה קינטית, של כל החלקיקים האלה,
01:42
with an increase in movement meaning an increase in temperature,
26
102800
4106
עם עליה בתנועה שמשמעה עליה בטמפרטורה,
01:46
and vice versa.
27
106906
1826
ולהפך.
01:48
The flow of heat in any chemical transformation
28
108732
2864
זרימת החום בכל שינוי כימי
01:51
depends on the relative strength of particle interactions
29
111596
3240
תלויה בכוח היחסי של תגובות החלקיקים
01:54
in each of a substance's chemical states.
30
114836
3074
בכל מצב כימי של חומר.
01:57
When particles have a strong mutual attractive force,
31
117910
2851
כשלחלקיקים יש כוח משיכה הדדי חזק,
02:00
they move rapidly towards one another, until they get so close,
32
120761
3082
הם נעים במהירות אחד כלפי השני, עד שהם מתקרבים כל כך,
02:03
that repulsive forces push them away.
33
123843
3771
שכוחות הדחיה דוחפים אותם אחד מהשני.
02:07
If the initial attraction was strong enough,
34
127614
2080
אם המשיכה הראשונית היתה חזקה מספיק,
02:09
the particles will keep vibrating back and forth in this way.
35
129694
3592
החלקיקים ימשיכו לרטוט קדימה ואחורה בדרך זו.
02:13
The stronger the attraction, the faster their movement,
36
133286
3098
ככל שהמשיכה חזקה יותר, התנועה תהיה מהירה יותר,
02:16
and since heat is essentially motion,
37
136384
2380
ומאחר וחום הוא עקרונית תנועה,
02:18
when a substance changes to a state in which these interactions are stronger,
38
138764
3699
כשחומר משתנה למצב בו התגובות האלה חזקות יותר,
02:22
the system heats up.
39
142463
1687
המערכת מתחממת.
02:24
But our cold packs do the opposite,
40
144150
2287
אבל שקיות הקור שלנו עושות ההפך,
02:26
which means that when the solid dissolves in the water,
41
146437
2772
מה שאומר שכשהמוצק מתמוסס במים,
02:29
the new interactions of solid particles and water molecules with each other
42
149209
4127
התגובות החדשות של חלקיקי מוצק ומולקולות מים אחד עם השני
02:33
are weaker than the separate interactions that existed before.
43
153336
4027
חלשות יותר מהתגובות הנפרדות שהתקיימו קודם לכן.
02:37
This makes both types of particles slow down on average,
44
157363
3378
זה גורם לשני סוגי החלקיקים להאט בממוצע,
02:40
cooling the whole solution.
45
160741
1751
ומקרר את כל התמיסה.
02:42
But why would a substance change to a state where the interactions were weaker?
46
162492
4559
אבל למה שחומר ישתנה למצב בו התגובות חלשות יותר?
02:47
Wouldn't the stronger preexisting interactions keep the solid from dissolving?
47
167051
4177
האם התגובות הקיימות החזקות יותר לא ימנעו מהמוצק להתמוסס?
02:51
This is where entropy comes in.
48
171228
2152
לפה נכנסת האנטרופיה.
02:53
Entropy basically describes how objects and energy
49
173380
2891
אנטרופיה בעיקרון מתארת איך עצמים ואנרגיה
02:56
are distributed based on random motion.
50
176271
3554
מחולקים בהתבסס על תנועה אקראית.
02:59
If you think of the air in a room, there are many different possible arrangements
51
179825
3710
אם אתם חושבים על האוויר בחדר, יש המון סידורים אפשריים
03:03
for the trillions of particles that compose it.
52
183535
2367
לטריליוני החלקיקים שמרכיבים אותו.
03:05
Some of these will have all the oxygen molecules in one area,
53
185902
3415
בכמה מאלה כל מולקולות החמצן יהיו באזור אחד,
03:09
and all the nitrogen molecules in another.
54
189317
2581
וכל מולקולות החנקן יהיו באחר.
03:11
But far more will have them mixed together,
55
191898
2615
אבל בהרבה יותר הם יהיו מעורבבים,
03:14
which is why air is always found in this state.
56
194513
3187
לכן אוויר תמיד נמצא במצב הזה.
03:17
Now, if there are strong attractive forces between particles,
57
197700
3276
עכשיו, אם יש כוחות משיכה חזקים בין החלקיקים,
03:20
the probability of some configurations can change
58
200976
3233
ההסתברות של כמה סידורים יכולה להשתנות
03:24
even to the point where the odds don't favor certain substances mixing.
59
204209
4081
אפילו לנקודה בה הסיכויים לא מעדיפים ערוב של חומרים מסויימים.
03:28
Oil and water not mixing is an example.
60
208290
2960
שמן ומים לא מתערבבים לדוגמה.
03:31
But in the case of the ammonium nitrate, or other substance in your cold pack,
61
211250
3946
אבל במקרה של האמוניום ניטרט, או חומרים אחרים בשקית הקור שלכם,
03:35
the attractive forces are not strong enough to change the odds,
62
215196
3423
כוחות המשיכה לא חזקים מספיק לשנות את הסיכויים,
03:38
and random motion makes the particles composing the solid separate
63
218619
4006
ותנועה אקראית גורמת לחלקיקים שמרכיבים את המוצק להפרד
03:42
by dissolving into the water and never returning to their solid state.
64
222625
4688
על ידי התמוססות לתוך המים ולעולם לא לחזור למצב המוצק שלהם.
03:47
To put it simply, your cold pack gets cold because random motion
65
227313
3582
בפשטות, שקיות הקור שלכם מתקררות בגלל שתנועה אקראית
03:50
creates more configurations where the solid and water mix together
66
230895
4575
יוצרת יותר מצבים בהם המוצק והמים מתערבבים
03:55
and all of these have even weaker particle interaction,
67
235470
3750
ולכל אלה יש אפילו תגובות חלקיקים חלשות יותר,
03:59
less overall particle movement,
68
239220
1480
פחות תנועת חלקיקים בסך הכל,
04:00
and less heat than there was inside the unused pack.
69
240700
4493
ופחות חום משהיה בתוך החבילה לפני השימוש.
04:05
So while the disorder that can result from entropy
70
245193
2929
אז בעוד חוסר הסדר שיכול להווצר מאנטרופיה
04:08
may have caused your injury in the first place,
71
248122
2391
היה יכול לגרום לפציעה שלכם מראש,
04:10
its also responsible for that comforting cold that soothes your pain.
72
250513
4435
הוא גם אחראי לקור המנחם הזה שמרגיע את הכאב.
על אתר זה

אתר זה יציג בפניכם סרטוני YouTube המועילים ללימוד אנגלית. תוכלו לראות שיעורי אנגלית המועברים על ידי מורים מהשורה הראשונה מרחבי העולם. לחץ פעמיים על הכתוביות באנגלית המוצגות בכל דף וידאו כדי להפעיל את הסרטון משם. הכתוביות גוללות בסנכרון עם הפעלת הווידאו. אם יש לך הערות או בקשות, אנא צור איתנו קשר באמצעות טופס יצירת קשר זה.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7