سلام خدمت دوستان پرتلاش کنکوری
این مطلب شامل نکات مهم و کنکوری دما و گرما از فیزیک دهم است که توسط خانم مریم عباسی، رتبه 50منطقه و 85کشوری کنکورتجربی و دانشجوی پزشکی دانشگاه تهران تهیه شده است.
باما همراه باشید:)
حفظیات مهم فصل دما و گرما از فیزیک دهم تجربی
دما کمیتی است که میزان سردی و گرمی اجسام را مشخص میکند
برای اندازه گیری دما لازم است مقیاس دمایی داشته باشیم و برای این کار می‌توانیم از هر مشخصه قابل اندازه گیری بهره بگیریم که با گرمی و سردی جسم تغییر میکند به این ویژگی اصطلاحاً کمیت دماسنجی می گویند تغییر کمیت دماسنجی اساس کار دماسنج هاست ساده ترین و رایج ترین نوع دماسنج دما سنج های جیوه ای و الکلی است در این دماسنج ها کمیت دماسنجی ارتفاع مایع درون لوله دماسنج است یکای SI دما کلوین(K) و یکای رایج آن درجه سلسیوس است
فارنهایت(F) یکای رایج دیگر دما است که در صنعت و هواشناسی کاربرد دارد
دانشمندان برای کارهای علمی سه دماسنج را به عنوان دماسنج های معیار برای اندازه گیری گستره دماهای مختلف پذیرفته‌اند دماسنج گازی، دماسنج مقاومت پلاتینی و تف سنج( پیرومتر ).
دماسنج ترموکوپل به دلیل دقت کمتر آن نسبت به دماسنج های بیان شده از مجموعه دماسنج های معیار کنار گذاشته شد ولی این دماسنج همچنان کاربرد فراوانی در صنعت و آزمایشگاه ها دارد کمیت دماسنجی این دماسنج ولتاژ است گستره دماسنجی یک ترموکوپل به جنس سیم های آن بستگی دارد مثلاً در یکی از انواع ترموکوپل ها که جنس سیم ها از آلیاژهای خاصی است که گستره دماسنجی آن از منفی۲۷۰درجه سلسیوس تا ۱۳۷۲ درجه سلسیوس است مزیت ترموکوپل این است که به دلیل جرم کوچک محل اتصال خیلی سریع با دستگاهی که دمای آن اندازه گیری می شود به حالت تعادل گرمایی می‌رسد به علاوه می‌تواند در مدارهای الکترونیکی به کار رود که در بسیاری از وسایل صنعتی گرمایشی و سرمایشی یافت می شود
نوع ویژه ای از دماسنج های مایعی که بیشینه و کمینه دما را در یک مدت زمان معین نشان میدهد دماسنج بیشینه_ کمینه نام دارد از این دماسنج ها معمولا در مراکز پرورش گل و گیاه باغداری هواشناسی و... استفاده می شود
بیشتر اجسام با افزایش دما حجمشان زیاد و با کاهش دما حجمشان کم می شود این پدیده اساس ساخت بعضی از دماسنج هاست بی‌توجهی به پدیده انبساط در ساختن پل ها ساختمان ها خط‌آهن ها خطوط انتقال نیرو خطوط انتقال سوخت و... می‌تواند مشکل هایی را ایجاد کند
ضریب انبساط طولی علاوه بر جنس ماده به دما نیز اندکی وابسته است اما به دلیل این که این وابستگی ناچیز است معمولا آن را در محاسبات معمولی نادیده میگیریم
نوار دوفلزه(بی متال) از دو تیغه فلزی متفاوت،مانند برنج و آهن ساخته شده است که سر تا سر به هم جوش داده شده یا پرچ شده‌اند
هرگاه این نوار گرم یا سرد شود نوار خم می شود از این ویژگی می توان برای دماسنجی و ساختن دماسنج استفاده کرد به این نوع دماسنج ها دماسنج نواری دو فلزه گفته می شود
در دماسنج نواری دوفلزه خم شدگی طوری است که در هنگام گرم شدن تیغه با ضریب انبساط بیشتر کمان خارجی و تیغه دیگر کمان داخلی را تشکیل می دهد از این ویژگی برای ساخت نوعی دماپا یا ترموستات استفاده می شود دماپا ها در بسیاری از وسایل الکتریکی مانند یخچال، آبگرمکن، کتری‌برقی و.. کاربرد دارند در واقع دماپا کلیدی الکتریکی است که در آن قطع و وصل جریان با استفاده از حسگرهای گرمایی انجام می شود
توجیه انبساط گرمایی مبتنی بر دیدگاه میکروسکوپی است انبساط گرمایی یک جسم پیامد تغییر فاصله بین اتمها یا مولکولهای تشکیل دهنده آن است در جامدات نیروی بین اتمی مثل فنر عمل می کند اتم ها پیرامون مکان‌های تعادل خود با دامنه ی کم نوسان می کنند
در مایع با افزایش دما حرکت کاتوره ای اتم ها و مولکول ها بیشتر میشود این افزایش حرکت ها باعث دور شدن اتم ها و مولکول ها از هم میشود و حجم مایع افزایش می‌یابد
چون مایع ها شکل معینی ندارند انبساط آنها را فقط به صورت حجمی بررسی می کنیم
انبساط حجمی جامد ها عموماً از مایعات بسیار کمتر است به همین دلیل در بسیاری از محاسبات می توان از مقدار افزایش حجم جامد درمقابل مقدار افزایش حجم مایع صرف نظر کرد
حجم بیشتر مایع ها با کم شدن دما کاهش و در نتیجه چگالی آنها افزایش می یابد ولی رفتار آب در محدوده دمایی ۰ درجه سلسیوس تا ۴ درجه سلسیوس متفاوت است یعنی در این محدوده با کاهش دما حجم آب افزایش و در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد همین تغییر حجم غیر عادی آب است که موجب میشود دریاچه ها به جای اینکه از پایین به بالا یخ بزند از بالا یخ بزنند بنابراین در زمستان های سرد دما برای موجودات زنده ته آبگیر نسبتا گرم و مناسب است
فرایند هم دما شدن دو جسم در ابتدا به سرعت رخ میدهد و سپس بااهنگ کندتری ادامه می‌یابد
عبارت هایی مانند گرمای یک جسم نادرست است چون گرما انرژی انتقال یافته است
یک کالری برابر ۴.۱۸۶۰ ژول است.
وقتی دو جسم سرد و گرم در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند از دیدگاه میکروسکوپی آنچه که اتفاق می افتد کاهش انرژی های پتانسیل و جنبشی مربوط به حرکت‌های کاتوره ای اتم ها مولکول ها و سایر اجزای میکروسکوپی داخل جسم گرم و افزایش همین انرژی ها در داخل جسم سرد است تا آنکه دو جسم به تعادل گرمایی برسند
ظرفیت گرمایی(C) گرمای لازم برای تغییر دمای یک درجه سلسیوس برای یک جسم است
ظرفیت گرمایی جسم به جنس و جرم آن بستگی دارد
گرمای ویژه (c)هر جسم مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم از آن جسم داده شود تا دمای آن یک درجه سلسیوس یا یک کلوین افزایش یابد
گرمای ویژه یک جسم به جنس ماده تشکیل دهنده آن و دما بستگی دارد
گرماسنج که به آن کالری متر نیز می‌گویند شامل ظرفی است درپوش دار که به خوبی عایق‌بندی گرمایی شده است این ظرف در آزمایش‌های گرماسنجی مانند تعیین گرمای ویژه اجسام به کار می‌رود
گرماسنج بمبی نوعی گرماسنج است که از آن برای تعیین ارزش غذایی مواد با اندازه گیری انرژی آزاد شده آن ها در حین سوختن استفاده می شود
تبدیل جامد به مایع را ذوب ،تبدیل مایع به بخار را تبخیر، تبدیل مایع به جامد را انجماد، تبدیل بخار به مایع را میعان،تغییر حالت از جامد به بخار را تصعید (مثال:نفتالین در دمای اتاق به طور مستقیم از جامد به بخار تبدیل می شود) و تغییر حالت از بخار به جامد را چگالش بخار به جامد(مثال:در صبح های بسیار سرد زمستان برفکی که روی گیاهان و یا روی شیشه پنجره می‌نشیند بخار آبی است که به طور مستقیم به بلورهای یخ تبدیل شده است) می گویند
اگر به جسم جامدی گرما دهیم دمای آن افزایش می یابد اگر عمل گرما دادن را برای جامد های خالص و بلورین ادامه دهیم وقتی دمای جسم به مقدار مشخصی برسد افزایش دما متوقف میشود و دما ثابت باقی می‌ماند در این حالت جسم شروع به ذوب شدن میکند و به مایع تبدیل میشود دمای ثابت را نقطه ذوب یا دمای گذار جامد به مایع می‌نامند که به جنس جسم و فشار وارد بر آن بستگی دارد به استثنای چند مورد خاص حجم جامد های بلوری هنگام ذوب شدن افزایش می‌یابد زیرا حجمی که بلور با آرایش منظم مولکولها در حالت جامد اشغال میکند نسبت به این حجم در حالت مایع که آرایش مولکولی نامنظمی دارد کمتر است برخلاف جامد های خالص و بلورین، جامد های بی شکل مانند شیشه و جامد های ناخالصی مانند قیر نقطه ذوب کاملاً مشخصی ندارد در واقع وقتی این مواد را گرم می کنیم پیش از ذوب شدن خمیری شکل می شوند این مواد در گستره‌ای از دما به تدریج ذوب می شوند
معمولاً افزایش فشار وارد بر جسم سبب بالا رفتن نقطه ذوب جسم می شود اما در برخی مواد مانند یخ افزایش فشار به کاهش نقطه ذوب می‌انجامد که این در مورد یخ بسیار ناچیز است
گرمای نهان ذوب بستگی به جنس جسم دارد
به فرآیند تبخیر تا پیش از رسیدن به نقطه جوش تبخیر سطحی و به فرآیند تبخیر در نقطه جوش اصطلاحاً جوشیدن می گویند در حالی که هر دو فرآیند تبخیر اند در پدیده تبخیر سطحی تندی برخی از مولکولهای مایع به حدی می رسد که می توانند از سطح مایع فرار کنند تجربه نشان می دهد آهنگ رخ دادن این فرآیند به عواملی از جمله دما و مساحت سطح مایع بستگی دارد
گرمای نهان تبخیر هر مایع به جنس و دمای آن بستگی دارد
نقطه جوش هر مایع به جنس و فشار وارد بر آن بستگی دارد افزایش فشار وارد بر مایع سبب بالا رفتن نقطه جوش آن میشود
شارش گرما به سه صورت متفاوت انجام میشود که عبارتند از رسانش گرمایی، همرفت و تابش گرمایی.
رسانش گرمایی در اجسام نارسانا به دلیل ارتعاش اتم ها و گسترش این ارتعاش ها در طول آن هاست به جهت نبود الکترون های آزاد این اجسام رسانا های گرمایی خوبی نیستند به همین دلیل از برخی از این مواد در دیوارها و سقف بنا ها استفاده می کنند تا حد امکان از خروج گرما در زمستان و ورود آن در تابستان جلوگیری کنند
اما در فلزات افزون بر ارتعاش های اتمی الکترون های آزاد نیز در انتقال گرما نقش دارند بنابراین نسبت به سایر اجسام رسانا های گرمایی بسیار بهتری هستند در واقع چون الکترونها بسیار کوچک اند و به سرعت حرکت می‌کنند با برخورد با سایر الکترون ها و اتم ها سبب رسانش گرما می شوند بنابراین در رسانا های فلزی سهم الکترون های آزاد در رسانش گرما بیشتر از اتم هاست
انتقال گرما در مایعات و گازها که معمولاً رسانا های گرمایی خوبی نیستند عمدتاً به روش همرفت یعنی همراه با جابجایی بخشی از خود ماده انجام میگیرد این پدیده بر اثر کاهش چگالی شاره با افزایش دما صورت میگیرد
همرفت می‌تواند در همه شاره ها چه مایع و چه گاز به وقوع بپیوندد.
همرفت به دو صورت طبیعی (مثال: گرم شدن هوای داخل اتاق به وسیله بخاری و رادیاتور شوفاژ، گرم شدن آب داخل قابلمه، جریانهای باد ساحلی، انتقال گرما از مرکز خورشید به سطح آن و..) یا واداشته(در آن شاره به کمک یک تلمبه (طبیعی یا مصنوعی) به حرکت واداشته می شود تا با این حرکت انتقال گرما صورت پذیرد مثال: سیستم گرم کننده مرکزی در ساختمان ها، سیستم خنک کننده موتور اتومبیل و نیز گرم و سرد شدن بخش های مختلف بدن بر اثر گردش جریان خون در بدن جانوران خونگرم) صورت می گیرد
همرفت طبیعی موجب نسیمی از سوی دریا به سمت ساحل در روز میشود(زیرا زمین ساحل گرم تر از آب دریاست) و در شب زمین ساحل سردتر از آب دریاست بنابراین پدیده همرفت موجب نسیمی از سوی ساحل به سمت دریا می شود
هر جسم در هر دمایی تابش الکترومغناطیسی گسیل می کند به این نوع تابش تابش گرمایی می گویند نشان داده میشود که تابش گرمایی در دماهای زیر حدود ۵۰۰ درجه سلسیوس عمدتاً به‌صورت تابش فروسرخ است که نامریی است برای آشکارسازی تابش های فروسرخ از ابزاری موسوم به دمانگار استفاده می‌کنیم و به تصویر به دست آمده از آن دمانگاشت می گوییم رنگهای تصویر دمانگاشتی نمادین است و ناحیه های گرم تر با رنگ قرمز و ناحیه های سرد تر با رنگ آبی مشخص می شوند تابش گرمایی از سطح هر جسم علاوه بر دما به مساحت، میزان صیقلی بودن و رنگ سطح آن جسم بستگی دارد سطوح صاف و درخشان با رنگ های روشن تابش گرمایی کمتری دارند در حالی که تابش گرمایی سطوح تیره ناصاف و مات بیشتر است تابش گرمایی در پدیده های زیستی نیز کاربردهای فراوانی دارد دو نمونه از این موارد شامل شکار تابش فروسرخ توسط مارهای زنگی و کلم اسکانک است
درون مکعب لسلی آب داغ می ریزند تابش گرمایی از چهار وجه مکعب که رنگهای متفاوتی دارند با هم فرق دارد
پرتو سنج یا رادیومتر وسیله‌ای است که از یک حباب شیشه‌ای تشکیل شده است که درون آن چهار پره ی فلزی قائم قرار دارد که می‌توانند حول یک محور (سوزن عمودی) بچرخند. دو وجه هر چهار پره یک در میان سیاه و سفید است وقتی این وسیله کنار یک چشمه نور قرار گیرد پره‌ها حول سوزن عمودی می چرخند و هر چه شدت نور بیشتر باشد این چرخش سریع تر است
از تابش گرمایی می‌توان به عنوان مبنایی برای اندازه گیری دمای اجسام استفاده کرد به روش های اندازه گیری دما مبتنی بر تابش گرمایی تف سنجی و به ابزارهای اندازه گیری دما به این روش تف سنج می گویند تف سنج برخلاف سایر دماسنج ها بدون تماس با جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم دمای جسم را اندازه میگیرد تف سنجی به خصوص در اندازه گیری دماهای بالای ۱۱۰۰ درجه سلسیوس اهمیت ویژه‌ای دارد تف سنج تابشی و تف سنج نوری تف سنج هایی برای اندازه گیری این دماها هستند و تف سنج نوری به عنوان دماسنج معیار برای اندازه گیری این دماها انتخاب شده است.
فرمول‌های دما و گرما
برای رزرو مشاوره و رفع اشکال درسی و شرکت در کلاس های کنکوری با مشاوران سایت برترها بر روی لینک زیر کلیک کنید یا با شماره تماس 0216463 داخلی1174(حیدریان) تماس بگیرید.
مطالب مرتبط:
