كار و گرما، دو الفبای علم فیزیک
كار و گرما
گرما نوعي انرژي است كه از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل مي شود.
موتورهاي حاوي گاز داغ ...
ما بدون « موتورهاي گرمايي » نمي توانيم به نقاط دور دست مسافرت كنيم. در اين موتورها از سوخت براي ايجاد گازهاي داغ منبسط شده ودرنتيجه ايجاد حركت، استفاده مي شود. همچنين، اين موتورها توان اتومبيلها وقايقها وموشكها را تأمين مي كنند وژنراتورهاي برق را راه اندازي مي كنند.
توربينهاي بخار ...
در نيروگاهها به كمك توربينهاي بخار، گرماي توليد شده را به انرژي الكتريكي ( برق ) تبديل مي كنند. در مركز اين توربينها چرخي قرار دارد كه از يكسري پره تشكيل شده و به يك ميلة گردان وصل است. درون ديگ، آب تحت فشار زيادي جوشيده وبخاري با فشار بسيار زياد توليد مي كند. اين بخار با شدت به پره هاي توربين برخود كرده و موجب چرخش آنها مي شود. در يك توربين بخار كه با دقت طراحي وساخته شده باشد، تنها يك سوم انرژي بخار صرف چرخاندن پره ها مي شود.
موتورهاي بنزيني ...
در موتورها ي بنزيني، دراثر يك انفجار، گاز بسيار داغي ايجاد مي شود. اين گاز به جاي خروج از موتو، موجب حركت يك پيستون مي شود. در اين نوع موتورها، مخلوطي از قطرات بنزين وهوا به عنوان سوخت موتور مورد استفاده قرار مي گيرد. اين مخلوط در داخل سيلنر ( استوانه ) توسط جرقةئ شمع منفجر مي شود وگاز بسيار داغي توليد مي كند. اين گاز داغ، پيستون را به شدت به طرف پايين مي راند.
داخل يك موتور بنزيني معمولي چه اتفاقي مي افتد ؟ …
پيستون يك موتور بنزيني چهار ضربه اي به ترتيب، به طرف پايين، بالا، پايين وبالا حركت مي كند. حركت پيستون به طرف پايين وبالا يك ضربه نا ميده مي شود و هر ضربه اثر متفاوتي بر گازهاي داخل سيلندر دارد. اين ضربه ها به همين ترتيب و مدام تكرار مي شوند.
انبساط جامدات
چرا گرما جامدات را منبسط مي كند ؟…
وقتي يك جسم جامد گرم مي شود، مولكولهاي آن با انرژي بيشتري ارتعاش مي كنند وفاصلة مولكولها از يكديگر نيز بيشتر مي شود. در نتيجه، اين جسم جامد در تمام جهات، اندكي بزرگتر ( منبسط ) مي شود.
جريانهاي همرفتي ( جابجايي )
انبساط وهمرفتي گرمايي ...
همرفت ، انتقال انرژي گرمايي توسط جريانهاي مايع گرم ( يا گاز ) است.
هنگامي كه يك قطره از مايع گرم شود، منبسط شده وحجمش افزايش مي يابد. البته مقدار ماده ( جرم آن ) تغييري نمي كند و در حجم منبسط شده پخش مي شود. بنابراين چگالي يك مايع گرم كمتر از چگالي مايع سرد اطراف آن مي شود. پس در يك ظرف محتوي مايع گرم وسرد، مايع سرد به طرف ته ظرف پايين خواهد رفت ومايع گرم بالا خواهد آمد. اين مثال ساده، علت ايجاد جريان همرفتي را نشان مي دهد.
انبساط هوا
با گرم كردن هوا، انبساط آن وبا سرد كردن هوا، انقباض آن را خواهيد ديد.
وقتي يك بادكنك را در داخل ظرف آب جوش قرار دهيد، هواي داخل آن منبسط مي شود ( حجم بادكنك زياد مي شود ) و وقتي از ظرف خارج كنيد، سرد شده وهواي داخل آن منقبض مي شود ( حجم بادكنك كم مي شود ). اندازه گيري انبساط هوا ...
وقتي كه فشار گاز ثابت نگه داشته شود، حجم جرم معيني از گاز، متناسب با دماي كلوين آن است. به عبارت ديگر،
c مقدار ثابت = t دماي گاز بر حسب كلوين / حجم گاز v
رسانش گرما
قطعه اي از سيم مسي را بر روي شعلة چوب كبريت نگهداريد. گرما سريعأ در سيم مسي منتقل مي شود. با اينكه حركت گرما ديده نمي شود اما وقتي كه به انگشت شما مي رسد آن را احساس مي كنيد. به اين نوع انتقال انرژي گرمايي، رسانش يا هدايت گرمايي مي گويند.
آزمايش : آيا آب رساناي خوبي براي گرماست ؟
يك لولة آزمايش بلند را از آب سرد پر كنيد وآن را بهصورت كج بر روي شعلة ملايم چراغ نگه داريد. مقداري پودر رنگي را بالاي آب بريزيد و وسط لولة آزمايش را بهآرامي حرارت دهيد. بالا وپايين لوله را با دست لمس كنيد تا دماي اين دو نقطه را امتحان كنيد.
آيا هوا رساناي خوبي براي گرماست ؟
عايقهاي گرمايي خوب، نظير پرها، بلوز هاي پشمي و پلي استايرن داراي حفره هاي كوچك هوا هستند. اين حفره هاي كوچك، رساناي بدي براي گرما هستند، و عايقهاي بسيار مؤثري به شمار مي روند.در دما در صحبتهاي روزمره، اغلب مي گوييم كه « امروز هوا گرم است » يا « اين چاي سرد است ». اصطلاح علمي براي بيان ميزان گرم بودن اجسام را دما مي نامند.
اندازه گيري دما
دماسنـجها طوري مدرج مي شوند كه دمـا را بر حسب درجـة سيلسيوس نـشان بدهند. يخ هـميشه در دمـاي يكسانـي ذوب مـي شـود كـه آن را صفر درجه سيلسيوس مي نامند. بخار بالاي آب در حال جوش در فشار معمولي نيز هميشه دماي يكساني دارد كه آن را 100 درجة سيلسيوس مي نامند. اين دو دما را بر روي يك دماسنج مشخص مي كند وفاصلة بين آنها را به 100 قسمت تقسيم مي كنند و هر قسمت را يك درجة سيلسيوس مي گويند.
دماسنجهاي پزشكي ــ از دماسنجهاي پزشكي براي اندازه گيري دماي بدن انسان استفاده مي شود.
دماسنجهاي الكترونيكي ــ در دماسنجهاي الكترونيكي از يك شاخص ميله اي استفاده مي شود، اين شاخص، دما را به ولتاژ تبديل مي كند ودستگاه اكترونيكي، اين ولتاژ را به صورت يك عدد نشان مي دهد.
به نقل از هوپا
