|
فصل 3 – موج |
|
كلمه ي موج را بسيار شنيده ايد. با شنيدن اين كلمه، معمولاً موج هاي دريا به يادتان مي آيد،اگر چه ممكن است موجهاي صوتي، نوراني و راديويي نيز براي شما نام آشنايي است. به حركتهاي رفت و برگشتي مثل حركت آونگ، حركت نوساني مي گويند و جسم در حال نوسان را نوسانگر مي نامند. |
|
دوره يا زمان يك نوسان : |
|
در حركت نوساني به مدت زماني كه طول مي كشد تا نوسانگر يك نوسان انجام دهد، دوره مي گوئيم. دوره با نماد T نشان داده مي شود. براي مثال اگر يك بار حركت رفت و برگشت فنر 2 ثانيه طول بكشد، مي گوئيم دوره فنر، يعني زمان يك نوسان فنر 2 ثانيه است. هر چه نوسانگري تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان آن كوتاه تر مي شود.براي مثال اگر وزنه ي آويخته شده به فنر جرم كمتري داشته باشد، اين نوسانگر تندتر نوسان مي كند و دوره نوسان آن كمتر مي شود. |
|
بسامد يا فركانس : |
|
به تعداد نوسان هايي كه يك نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد، بسامد يا فركانس مي گويند. بسامد را با نماد F نشان مي دهند. هر چه نوسانگري تندتر نوسان كند، بسامد نوسان آن بيشتر است. براي مثال بسامد بال زدن مگس از كبوتر بسيار بيشتر است. به اين ترتيب مي توان نتيجه گرفت كه با تندتر شدن نوسان،زمان هر نوسان كم تر وبسامد آن بيشتر مي شود. يكاي بسامد، هرتز است. مثلاً اگر نوسانگري در هر ثانيه 10 ثانيه انجام دهد، فركانس نوسان آن 10 هرتز است. |
|
توليد موج : |
|
اگر سنگ كوچكي را در آب آرام استخر يا بركه اي بياندازيد، در محل برخورد با آب، دايره اي تشكيل مي شود كه شعاع آن به تدريج افزايش مي يابد. به عبارت ديگر در سطح آب «تك موجي» تشكيل مي شود كه به صورت دايره به همه ي جهت ها منتشر مي شود.
|
|
آيا تا به حال تماشاچيان فوتبال را مشاهده كرده ايد كه موج ايجاد كرده اند؟ حلقه هاي فنر نيز مانند تماشاچياني كه موج مي سازند، عمل مي كنند. حلقه هاي فنر در مكان خود حركت نوساني انجام مي دهند بدون آنكه از محلي به محل ديگر منتقل شوند.
موج هاي سطح آب نيز به همين ترتيب ايجاد مي شوند. يعني ذرات آب، بدون آن كه منتقل مي شوند. در جاي خود بالا و پايين مي روند و در سطح آب تغيير شكلي ايجاد مي كنند كه همان موج است.
جابه جايي موج در يك محيط را انتشار موج مي ناميم. وقتي موجب در يك محيط ،مثلاً در سطح آب يا در طول فنر،منتشر مي شود. به هر ذره از محيط كه مي رسد،آن ذره را وادار به حركت نوساني مي كند. بدون آن كه ذره ،همراه موج،از جايي به جاي ديگر انتقال يابد.
|
|
مشاهده كنيد ص 43
در ظرف نسبتاً بزرگي آب ريخته و روي آن توپ سبكي و كوچكي را قرار دهيد. بعد از آن كه آب و توپ به حالت سكون درآمدند، با انگشت خود ضربه هاي متوالي،در راستاي عمود بر سطح آب وارد كنيد و حركت توپ را مشاهده كنيد.
الف) آيا توپ در راستاي افقي در سطح آب جابه جا مي شود؟ آيا به شما نزديك مي شود يا از شما دور مي شود؟
ب) آيا توپ در راستاي عمودي بالا و پايين مي رود؟ |
|
الف- توپ در راستاي افقي جابجا نمي شود و فاصله آن از دست ما ثابت مي ماند.
ب – در راستاي قائم توپ بالا و پائين مي رود يعني وقتي موج به توپ مي رسد آن را وادار به نوسان مي كند. |
|
مشخصات موج : |
|
موج در هر محيط ، با سرعت معيني منتشر مي شود كه به آن سرعت انتشار مي گوئيم .
سرعت انتشار موج در يك محيط به جنس و ديگر مشخصات آن محيط بستگي دارد. مثلاً سرعت انتشار موج بر سطح آب حدود 5 متر بر ثانيه است. همچنين يكي از مشخصات موج بسامد آن است. براي ايجاد دو محيط، مثلاً در آب، بايد با بسامد معيني به يك نقطه از سطح آب ضربه هاي متوالي وارد كنيم. يا در فنر بايد يك سرفنر را با بسامدي به نوسان درآوريم. به جسمي كه در يك محيط ايجاد مي كند، چشمه موج گفته مي شود. مثلاً بلندگوي راديو كه در حال پخش صورت است، يك چشمه ي موج است.
مشخصه هاي ديگر موج ،طول موج نام دارد. اگر بر سطح آب، ضربه هاي پي در پي و منظمي وارد كنيم، قطاري از امواج توليد مي شود كه فاصله ي هر دو برجستگي (قله موج) پياپي يا فاصله ي هر دو فرورفتگي (قعر موج) پياپي را طول موج مي نامند.
|
|
موج و انرژي |
|
موج با خود انرژي حمل مي كند. يعني با حركت خود،انرژي را از ذره اي به ذره ي ديگر انتقال مي دهد. به بيان ديگر، ذره هاي محيط با حركت نوساني خود، انرژي را از ذره اي به ذره اي ديگر در محيط پيش مي برند. در فعاليت توپ و آب، وقتي موج به توپ مي رسد، آن را روي بالا و پايين مي برد، يعني حركت توپ به اين دليل است كه موج در هنگام رسيدن به توپ، به آن انرژي منتقل مي كند. |
|
ادامه فصل سوم - موج هاي صوتي |
|
يكي از ساده ترين راه ها براي برقراري ارتباط با ديگران صحبت كردن است. صداي ما توسط موج هاي صوتي به ديگران انتقال مي يابد. هر صوتي داراي انرژي است و به صورت موج از چشمه ي صوت انتشار مي يابد. موج هاي صوتي شبيه موج هايي است كه با فشردن و رها كردن حلقه هاي فنر در آن منتشر مي شوند.
وقتي يك چشمه صوت،مثلاً تارهاي صوتي در صخره انسان يا سيم ها يك تار،به نوسان در مي آيد. ذرات هواي مجاور خود را نيز وادار به نوسان مي كند و اين نوسان از يك ذره به ذره ي ديگر منتقل مي شود تا سرانجام صدا از چشمه صوت به گوش ما برسد.
موج صوتي و تمام موج هاي ديگري كه از آن ها نام برديم، مانند موج سطح آب يا موج فنر، براي انتشار به يك محيط مانند هوا، آب يا فنر نياز دارند كه توسط ذره هاي آن محيط،منتشر مي شوند. اين گونه موج ها را امواج مكانيكي مي نامند.
موج صوتي را بايد توسط يك جسم مرتعش توليد كرد. به هر جسمي كه صوت توليد كند چشمه ي صورت مي گوئيم. ضجره ي انسان يك چشمه ي صوت است و هر كس با عبور دادن هوا از حنجره ي خود، تارهاي صوتي آن را به ارتعاش در مي آورد. ارتعاش تارهاي صوتي صوت را به وجود مي آورد. در واقع ارتعاش تارهاي صوتي،به مولكول هاي هوا انرژي منتقل مي كند و موج صوتي توليد مي شود. |
|
تفسير كنيد ص 47
اگر يك بلندگوي كوچك را زير سرپوش شيشه اي قراردهيم و آن را به جريان برق وصل كنيم تا صدا توليد كند، سپس هواي زير سرپوش را به وسيله ي تلمبه ي تخليه به تدريج خارج كنيم. مشاهده مي كنيم كه صداي بلندگو به تدريج كم مي شود تا زماني كه ديگر تقريباً صدايي را نمي شنويم . چرا؟ |
|
علت آن است كه صوت در خلاء منتشر مي شود، اگر صداي ضعيفي گاهي شنيده شود از راه تماس بدنه بلندگو با كف پوش،يا ميز يا چيز ديگر است. |
|
فروصوت، فرا صوت : |
|
انسان مي تواند موج هاي صوتي اي كه بسامد آن ها حدوداً بين 20 تا 20000 هرتز باشد را بشنود. يعني براي آن كه صوتي روي گوش انسان اثرگذارد و شنيده شود، بايد بسامد آن در اين محدوده باشد. به اين محدوده محدوده شنوايي انسان گفته مي شود. به صوت هايي كه بسامد آن ها كم تر از 20 هرتز باشد فروصوت مي گويند. فروصوت روي گوش انسان اثر شنوايي ندارد يعني شنيده نمي شود. به صوت هايي كه بسامد آن ها از 20000 هرتز بيشتر باشد فراصوت گفته مي شود. فراصوت نيز مانند فروصوت براي انسان قابل شنيدن نيست.
امروزه فراصوت و استفاده از آن در صنعت پزشكي اهميت بسيار دارد و به خصوص در پزشكي، به علت آن كه فراصوت روي بافت هاي بدن انسان اثرهاي تخريبي پرتوهاي X را ندارد. بسيار مورد توجه است. به عنوان مثال از فراصوت براي بررسي جنين در بدن مادر و اطلاع از وضعيت و اطمينان از سلامتي آن استفاده مي شود.
|
|
موج هاي فراصوت كه از ناحيه شكم به درون بدن فرستاده مي شوند از مرزها و فصل مشترك بين بافت ها و اعضاي داخلي بدن، بازتاب شده و پس از خروج از بدن وارد گيرنده مي شود و در گيرنده به موج هاي الكتريكي تبديل شده و روي صفحه ي نمايشگر، تصويري را به وجود مي آورد كه در صورت لزوم،يك دستگاه چاپگر آن را چاپ مي كند.
اين عمل بسيار شبيه عمل عكس برداري با دوربين عكاسي است . موج هاي نوراني كه توسط نور افكن به صورت مشخص يا به موضوع عكس برداري مي تابد. پس از بازتاب وارد دوربين شده و روي فيلم ، تصوير تشكيل مي دهد.
|
|
اطلاعات جمع آوري كنيد: ص 48
1 – بعضي از حيوانات، بر خلاف انسان،قادر به شنيدن فراصوت و فرو صوت هستند. تحقيق كنيد كه كداميك از حيوانات فروصوت را مي شنوند و كداميك قادر به شنيدن فراصوت هستند.
2 – آيا حيواناتي را مي شناسيد كه از اين صوت ها استفاده ديگري كنيد؟ |
|
فراصوت : خفاش و گراز ماهي – فروصوت : اسب و حشراتي چون عنكبوت كه ده دقيقه قبل از وقوع زلزله امواج طولي را حس مي كنند.
خفاش با ايجاد فراصوت و گوش دادن به بازتاب آن مانع را شناسايي مي كند. |
|
موج هاي الكترومغناطيسي: |
|
موج هاي راديويي و موج هاي نوراني از يك نوع هستند و به آن موج هاي الكترومغناطيسي مي گويند. موج هاي الكترومغناطيسي از بسامد بسيار بالا (طول موج بسيار كوتاه كه پرتوهاي گاما نام دارند) تا بسامدهاي بسيار كم (طول موج هاي بسيار بلند كه موج هاي راديويي نام دارند) را شامل مي شوند.
اين موج ها نيز مانند موج هاي ديگري چون موج هاي صوتي، با خود انرژي حمل مي كنند. مي دانيد كه خورشيد منبع اصلي انرژي بر روي زمين است. اين انرژي توسط امواج نوري كه خود نوعي موج الكترو مغناطيسي هستند از خورشيد به زمين مي رسد.
مومج هاي الكترومغناطيسي بر خلاف موج هاي صوتي، از خلاء نيز مي گذرند. سرعت انتشار آن ها نسبت به سرعت انتشار موج هاي صوتي بسيار بيشتر است.
موج هاي الكترومغناطيسي را بر حسب بسامد كاربرد آن ها نامگذاري مي كنند. به اين گستره طيف موج هاي الكترومغناطيسي مي گويند.
|
|
اطلاعات جمع آوري كنيد. ص 49
تحقيق كنيد كه از پرتوهاي :
الف) گاما
ب) ايكس
پ) فروسرخ
ت) رادار
چه استفاده هايي مي شود؟ |
|
الف) از پرتو گاما در فيزيوتراپي و بمباران غده هاي سرطاني
ب) از پرتو ايكس در راديو گرافي و راديوسكوپي و عكس برداري از قطعات صنعتي جهت اطمينان از سالم بودن
پ) از فروسرخ به كمك دوربينهاي فروسرخ (مادون قرمز) جهت شناسايي
ت) از پرتوهاي رادار جهت ارتباط و شناسايي |
|
ارتباطات : |
|
در قرن اخير به علت پيشرفت علم و صنعت و ساخت و استفاده از وسيله هاي پيشرفته، فناوري ارتباطات پيشرفت فوق العاده اي كرده بطوري كه امروزه استفاده از تلفنهاي معمولي و همراه كاري بسيار عادي شده است.
ارسال پيام ها تصويري از هر نقطه زمين به نقطه ي ديگر، توسط ماهواره ها به راحتي انجام مي گيرد. آنتن هاي زميني، پيام هاي تصويري را به ماهواره ارسال مي كنند ماهواره اين پيام ها را به آنتن هايي كه در ايستگاههاي زميني كه دو طرف ديگر زمين نصف شده است ارسال مي كند.
|
|
سؤالات متن فصل 3 : 1 – منظور از دوره چيست؟ |
|
مدت زماني كه طول مي كشد تا جسم يك نوسان كامل انجام دهد. (زمان رفت و برگشت) |
|
2 – در امواج سطح آب آيا جهت ارتعاش عمود بر انتشار است يا هم جهت هستند؟ |
|
جهت ارتعاش عمود بر جهت انتشار است |
|
3 – منظور از سرعت انتشار چيست؟ ويكاي آن را بيان كنيد. |
|
مسافتي را كه موج درواحد زمان طي مي كند ويكاي آن متر بر ثانيه است |
|
4 – موج چگونه انرژي را حمل مي كند؟ |
|
موج با حركت خود انرژي را از ذره اي به ذره ي ديگر انتقال مي دهد |
|
5 – موجهاي الكترومغناطيسي چه نوع موجهايي هستند؟ |
|
موجهايي هستند كه از بسامد بسيار بالا تا بسامد پايين را شامل مي شوند. |
|
6 – موجهاي راديوي كدامند؟ |
|
موجهاي الكترومغناطيسي هستند كه طول موج بلند و بسامد بسيار پايين دارند. |
|
7 – انسان در زمانهاي قديم از چه راههايي با هم ارتباط برقرار مي كردند؟ |
|
بوسيله چاپارها – علامت دادن دود آتش – روشن و خاموش كردن چراغ |
|
فصل 4 : گرما چيست؟ |
|
دانشمندان از حدود سه قرن پيش،مطالعه ي درباره گرما را آغاز كردند. در آن زمان، مردم معتقد بودند كه گرما يك ماده ي نامرئي است.اعتقاد بر آن بود كه وقتي يك ماده گرم در كنار يك ماده سرد قرار مي گيرد، ماده اي نامرئي به نام كالريك از ماده ي گرم خارج مي شود و به ماده سرد منتقل مي شود. به همين دليل ماده ي گرم سرد مي شود و ماده سرد، گرم مي شود.
امروزه مي دانيم كه گرما ماده نيست بلكه يكي از صوت هاي انرژي است. همانطور كه انرژي مكانيكي، الكتريكي و انرژي شيميايي نيز صورت هاي ديگري از انرژي هستند و مي توانند به هم تبديل شوند. |
|
انرژي دروني: |
|
هر ماده از ذرات بي شماري ساخته شده است و هر ذره مقداري انرژي دارد. به مجموعه انرژيهاي ذرات سازنده هر ماده انرژي دروني آن ماده مي گويند. هر چه ذرات سازنده ماده بيشتر و انرژي هر ذره آن زيادتر باشد. انرژي دروني آن ماده بيشتر است .
انرژي دروني هر ماده ، هم به انرژي جنبشي ذرات آن ماده (يعني سرعت حركت آن ها) و هم به انرژي پتانسيل (ذخيره شده) ذرات سازنده ي آن ماده بستگي دارد. انرژي پتانسيل هر يك از ذرات سازنده هر ماده در اثر نيرويي كه از طرف ذرات اطراف به آن وارد مي شود، بوجود مي آيد.
هنگامي كه يك جسم گرم در كنار يك جسم سرد قرار مي گيرد ،مقداري انرژي از جسم گرم به جسم سرد منتقل مي شود. درواقع گرما، مقدار انرژي منتقل شده از جسم گرم به جسم سرد است. در اثر انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد، انرژي دروني جسم گرم كاهش و انرژي دروني جسم سرد افزايش مي يابد. |
|
واحد اندازه گيري انرژي : |
|
همان طور كه مي دانيد براي اندازه گيري هر كميتي مقياس يا واحدي لازم است به نام يكا. براي مثال يكاي طول متر و يكاي جرم كيلوگرم است. براي گرما و انرژيهاي ديگر نيز يكاي ژول را بكار مي برند. ژول نام فيزيكدان انگليسي است كه در زمينه مفهوم گرما تحقيقات فراواني به عمل آورده است. |
|
دما : |
|
گرما و دما دو كميت مرتبط به يكديگر هستند، اما اين به معناي آن نيست كه هر دو يك كميت و يك معنا هستند. دماي يك جسم در واقع نشان دهنده ي سرعت حركت ذرات تشكيل دهنده آن است. هر چه سرعت حركت ذرات يك ماده بيشتر باشد دماي آن جسم بالاتر است.
به همين دليل مي توان گفت كه افزايش دماي يك جسم به معني افزايش انرژي جنبشي ذرات آن جسم است. |
|
گرماي نهان : |
|
از آزمايش صفحه 54 كتاب نتيجه گرفته مي شود كه در تمام مدت ذوب يخ، دماي مخلوط آب و يخ ثابت مي ماند. بنابراين گرماي داده شده به مخلوط كجا رفته است؟ اين گرما صرف تغيير حالت يخ (از حالت جامد به مايع) مي شود. يعني در اين حالت، گرچه جسم گرما مي گيرد و انرژي دروني آن افزايش مي يابد اما دماي آن تغيير نمي كند. به اين انرژي گرماي نهان ذوب مي گوئيم.
گرماي نهان ذوب عبارت است از مقدار گرمايي كه بايد به ماده جامد در دماي نقطه ي ذوب آن بدهيم تا در همان دما از حالت جامد به مايع تبديل شود.در جدول زير گرماي نهان ذوب بعضي مواد براي جرم يك كيلوگرم آن ها آورده شده است.
|
ماده |
نقطه ذوب |
گرماي نهان ذوب |
|
آلومينيم |
659ºC |
321 كيلوژول |
|
سرب |
327ºC |
25 كيلوژول |
|
پارافين |
52/4ºC |
220 كيلوژول |
|
يخ |
0ºC |
333 كيلوژول |
|
جيوه |
-39ºC |
12 كيلوژول |
|
آمونياك |
-75ºC |
452 كيلوژول |
|
|
فكر كنيد ، ص 55
به نظر شما چرا اين انرژي را گرماي نهان ذوب نامگذاري كرده اند؟ |
|
چون اين انرژي به انرژي دروني جسم تبديل مي شود بدون آنكه دماي جسم تغيير كند. |
|
همان طور كه براي انجماد ماده بايد به آن گرما بدهيم يا از آن گرما بگيريم ،براي تبخير و ميعان نيز بايد همين كار صورت پذيرد.
فكر كنيد 2 ،ص 55
آيا مي توانيد با استفاده از تعريف گرماي نهان ذوب، گرماي نهان انجماد را تعريف كنيد؟
به نظر شما آيا گرماي نهان انجماد و جسم با گرماي نهان ذوب آن مساوي است؟
- بله، گرماي نهان انجماد مقدار گرمايي است كه در نقطه انجماد از واحد جرم گرفته تا از حالت مايع به جامد تبديل شود.
- بله،گرماي نهان ذوب هميشه برابر نهان انجماد است. |
|
انتقال گرما : |
|
گرما به روش هاي مختلفي از يك جسم به جسم ديگر منتقل مي شود. |
|
رسانايي : |
|
يكي از راههاي انتقال گرما ، رسانايي است. ذره هاي تشكيل دهنده ي هر ماده دائماً در حال جنبش و نوسان هستند و هر چه ماده بيشتر باشد سرعت نوسان مولكول هاي آن بيشتر است.
|
|
فكر كنيد. ص 56
به نظر شما اگر قسمتي از ماده را در هر يك از اين سه حالت گرم كنيم (منطقه گرم با رنگ مشخص شده است ) گرما در كدام حالت به روش رسانايي بهتر منتقل مي شود؟ چرا؟ |
|
گرما به روش رسانايي در جامدات بهتر منتقل مي شود زيرا فاصله ذره هاي جسم كمتر است . در جامد ذره ها به هم نزديكترند و گرما بهتر و زود تر منتقل مي شود. |
|
در انتقال گرما به روش رسانايي، انرژي گرمايي از طريق جنبش مولكول هاي ماده و ضربه زدن هر مولكول به مولكول هاي مجاور خود،به تدريج به تمام ماده منتقل مي شود.
روشن است كه هر چه فاصله هاي مولكول ها از هم كمتر باشد، يعني مولكلول ها به هم نزديكتر باشند گرما با سرعت بيشتري در ماده منتقل مي شود. به همين دليل است كه رسانايي گرمايي جامدات بيش از مايعات و مايعات بيش از گازها است.
در بين مواد جامد، رسانايي گرمايي فلزات از ديگر مواد جامد چون شيشه، لاستيك و چوب بيشتر است. در بين فلزات نيز رسانايي گرمايي بعضي از فلزات از بعضي ديگر بيشتر است. |
|
همرفت : |
|
يكي ديگر از راههاي انتقال گرما همرفت يا جا به جايي است. در انتقال گرما به روش همرفت قسمتي از ماده كه گرم شده است به طرف بالا حركت مي كند و قسمت هاي اطراف آن كه هنوز گرم نشده اند جاي آن را مي گيرند. به اين ترتيب انرژي گرمايي از يك نقطه به نقطه ديگر منتقل شده و به تدريج تمام ماده گرم مي شود. |
|
علت بوجود آمدن جريان همرفتي: |
|
آيا مي دانيد علت پيدايش جريان همرفتي چيست؟ براي يافتن پاسخ اين سؤال ، ابتدا بايد با مفهوم به نام چگالي آشنا شويد. چگالي هر ماده، جرم يك سانتي متر مكعب از آن ماده است. براي مثال اگر شما يك قطعه آهن به حجم يك سانتي متر مكعب را در نظر بگيريد اين قطعه آهن 8/7 گرم جرم وجود دارد. مي گوئيم چگالي آهن 8/7 گرم بر سانتي متر مكعب است. چگالي آب خالص 1 گرم بر سانتي متر مكعب است. جدول زير ،جرم يك سانتي متر مكعب از چند ماده ي مهم را بر حسب گرم (g) را نشان مي دهد.
|
يخ |
0/91 |
جيوه |
13/6 |
|
مس |
8/96 |
آلومينيم |
2/70 |
|
بنزين |
0/68 |
چوب پنبه |
0/13 |
|
طلا |
19/32 |
هوا |
0/0013 |
|
|
|
|
اكنون مي توان علت بوجود آمدن جريان همرفتي را توضيح داد:
مي دانيد كه وقتي ماده اي گرم مي شود منبسط مي شود يعني فاصله ي مولكول هاي آن از هم بيشتر مي گردد. در نتيجه چگالي آن كاهش مي يابد. به همين دليل است كه وقتي يك قسمت از مايع را گرم مي كنيم چگالي آن قسمت از مايع كمتر مي شود و آن قسمت به طرف بالا حركت مي كند. در اين هنگام مايعات اطراف جاي آن را پرمي كند. اين روال ادامه مي يابد و بتدريج تمام مايع گرم مي شود.
براي ايجاد جريان همرفتي در يك ماده سه شرط لازم است.
1 – ماده بايد مايع يا گاز باشد.
2 – بين دو نقطه اي آن اختلاف دما وجود داشته باشد. يعني قسمتي از آن گرم و قسمتي ديگر سرد باشد.
3 – قسمت گرم پائين تر از قسمت سرد باشد. |
|
ادامه فصل چهارم - تابش |
|
|
آزمايش كنيد. ص 60
1 – در يك لوله آزمايش كمي يخ بريزيد و روي يخ يك قطعه توري فلزي بيندازيد تا يخ را در كف لوله نگهدارد. در يك لوله آزمايش ديگر فقط كمي يخ بريزيد. سپس هر دو لوله را تقريباً پر از آب كنيد.
2 – قسمت بالاي لوله ي اول و قسمت پائين لوله ي دوم را مطابق شكل، روي چراغ الكلي بگيريد. چه مشاهده مي كنيد؟ در كدام لوله يخ، زودتر آب مي شود؟در لوله اول آب به جوش مي آيد بدون آنكه يخ ذوب شود. در لوله دوم يخ شروع به ذوب شدن مي كند و پس از ذوب شدن آب گرم شده به جوش مي آيد.
به دو پرسش زير پاسخ دهيد.
1 – از اين آزمايش، درباره ميزان رسانايي گرمايي آب، چه نتيجه اي مي توان گرفت؟
2 – در كدام لوله جريان همرفتي بوجود مي آيد؟ چرا؟ |
|
1-آب رساناي خوبي نيست زيرا گرما را به يخ منتقل نكرد(در لوله اول)
2-در لوله ي دوم، زيرا جريان همرفتي هميشه از پائين به بالا برقرار است. |
|
تابش : |
|
سومين راه انتقال گرما تابش است. در انتقال گرما به روش تابش ، نيازي بوجود ماده نيست. گرماي خورشيد به همين شيوه در فضاي خالي از ماده (خلاء) منتقل مي شود و به زمين مي رسد. اگر تا به حال در مقابل يك بخاري برقي يا هيزمي قرار گرفته باشيد، انتقال گرما به اين روش را بخوبي حس كرده ايد.
|
|
معمولاً تصور مي شود كه وقتي مقابل آفتاب قرار مي گيريم، نور خورشيد ما را گرم مي كند.اين تصور نه كاملاً غلط است و نه درست. همان طور كه مي دانيد نور خورشيد تركيبي از رنگ هاي مختلف همچون بنفش ، آبي، سبز، زرد و قرمز است. به اين قسمت از نور خورشيد نور مرئي مي گويند. علاوه بر اين در تابش خورشيد پرتوهايي نامرئي نيز وجود دارد كه يك دسته از آن ها پرتوهاي فروسرخ (مادون قرمز) است. اين پرتوها وقتي به جسمي بتابد گرماي بيشتر توليد مي كنند. پرتوهاي فروسرخ، نوعي موج الكترو مغناطيسي به حساب مي آيند.
در اتو يا لامپ انرژي الكتريكي به انرژي تابشي تبديل مي شود، در يك لامپ معمولي، حدود 20 درصد از انرژي الكتريكي به نور مركز و حدود 80 درصد به پرتوهاي فروسرخ تبديل مي شود.
بطور كلي هر جسمي در هر دمايي كه باشد، همواره مقداري انرژي تابشي از محيط اطراف خود دريافت مي كند و مقداري انرژي تابشي در محيط منتشر مي سازد. وقتي يك جسم گرم و يك جسم سرد در كنار هم قرار مي گيرند،مقدار انرژي كه جسم سرد مي گيرد، بيش از مقداري است كه به محيط مي دهد بنابراين گرما به تدريج از جسم گرم به جسم سرد منتقل مي شود تا اين كه دو جسم به دماي تعادل برسند يعني با هم، هم دما شوند.
|
|
گرم سازي و سرد سازي :
گاه انسان براي رسيدن به دماي مناسب و مورد نظر گاهي مجبور است دما را كاهش و گاهي افزايش دهد. اين كار چگونه انجام مي گيرد؟ |
|
گرم سازي : |
|
بايد بدانيم كه گرم سازي نياز به يك منبع گرما دارد. اين منبع گرما ممكن است آتش حاصل از تبديل انرژي شيميايي سوخت به انرژي گرمايي، گرماي حاصل از جريان برق يا گرماي خورشيد باشد.
بخاري نفتي معمولاً يك جريان همرفتي در اتاق ايجاد مي كند كه سبب مي شود اتاق گرم شود. يكي ديگر از وسايل گرم كننده،در محيط هاي مسكوني شوفاژ است. در شوفاژ ، آب در مجاورت منبع گرما داغ مي شود. (در موتور خانه شوفاژ) و سپس از طريق لوله هايي به درون رادياتورها كه در محيط نصب شده است،حركت مي كند. وقتي رادياتور داغ مي شود هواي اطراف خود را گرم مي كند و محيط را به روش همرفت گرم مي كند. |
|
جلوگيري از اتلاف گرما: |
|
همان طور كه مي دانيد بعضي از منابع انرژي مورد استفاده ما هم چون خورشيدي،انرژي باد و آب هاي جاري كه به آن مربوط مي شوند و نيز انرژي گرمايي درون زمين و انرژي امواج و جزر و مد، انرژي هايي هستند كه تا مدت ها در اختيار ما خواهند بود. به اين زودي تمام نخواهد شد. از اين رو به آنها منابع انرژي تمام نشدني مي گويند. در مقابل بعضي ديگر از منابع انرژي هم چون نفت، زغال سنگ گاز طبيعي منابع تمام شدني هستند.
|
|
فكر كنيد :ص 66
يكي از راه هاي جلوگيري از اتلاف گرما استفاده از پنجره ي دو لايه است. به نظر شما پنجره ي دو لايه با كدام يك از راههاي انتقال گرما از هدر رفتن گرما جلوگيري مي كند؟ |
|
چون بين دو لايه مقداري هوا قرار مي گيرد و هوا هم عايق است و از انتقال گرما به طريق رسانايي جلوگيري مي كند. |
|
سردسازي : |
|
انسان براي رسيدن به دماي مناسب مجبور است دماي موجود را افزايش يا كاهش دهد، اما بهتر است بدانيد كه به طور كلي گرم سازي بسيارآسان تر از سردسازي است. سردسازي معمولاً با استفاده از تبخير مايع ها انجام مي شود. زيرا هر گاه مايعي بخواهد تبخير شود. براي تبخير شدن مقداري گرما از محيط اطراف خود جذب مي كند واين امر سبب مي شود كه دماي محيط اطراف كاهش يابد.
در يخچال ها،سردخانه ها و كولرهاي گازي نيز تبخير يك مايع سبب سرد شدن محيط داخل آن مي شود.براي مثال در يخچال مايعي به نام فريون در داخل لوله هايي كه در قسمت يخ ساز قرار دارد وارد مي شود. اين مايع گرما را از آن محيط مي گيرد بخار مي شود.
در نتيجه موادي كه داخل يخچال هستند، كاملاً سرد مي شوند. سپس فريون كه حالا به بخار تبديل شده است،از طريق لوله به محيط خارج از يخچال منتقل و بوسيله ي موتور الكتريكي يخچال فشرده مي شود و گرماي خود را از دست مي دهد . ... فريون دوباره به مايع تبديل و به درون يخ ساز فرستاده مي شود. اين عمل آن قدر ادامه مي يابد كه يخچال كاملاً سرد مي شود.
آزمايش كنيد. ص 67
مقداري الكل روي دست خود بريزيد و به آن فوت كنيد. چه اتفاقي مي افتد؟ چرا؟
آيا مي توانيد توضيح دهيد كه چرا در قديم آب را براي خنك شدن داخل كوزه نگهداري مي كردند؟
-دست ما احساس سرما مي كند. زيرا ا لكل به سرعت تبخير شده و گرماي زيادي را از دست ما مي گيرد.
چون كوزه از گل زمين پخته ساخته شده مقداري از آب درون آن به بيرون تراوش مي كند، آب سطح كوزه براي تبخير شدن گرما از درون كوزه گرفته و آب درون آن خنك مي شود. |
|
كار و گرما : |
|
يكي از مهم ترين موارد استفاده از گرما، استفاده از آن در صنعت و به حركت درآوردن انواع ماشين هاست. اين كار از طريق تبديل انرژي گرمايي به انرژي مكانيكي انجام مي شود. دستگاهي كه انرژي گرمازا به انرژي مكانيكي تبديل مي كند. ماشين گرمايي نام دارد، ماشين گرمايي انواع گوناگوني دارد. |
|
موتور اتومبيل : |
|
: موتور اتومبيل ها و موتور سيكلت ها يكي از رايج ترين انواع ماشين هاي گرمايي است. در اين نوع موتورها، ابتدا مخلوطي از سوخت و هوا به داخل يك محفظه فلزي استوانه اي شكل ،به نام سيلندر مكيده مي شود. (مرحله مكش)، سپس با بالا آمدن پيستون اين مخلوط فشرده مي شود (مرحله فشرده شدن)، پس از آن شمع اتومبيل جرقه مي زند و مخلوط را مشتعل مي كند (مرحله آتش گرفته) و در مرحله ي آخر، پيستون دوباره به بالا حركت مي كند و دودهاي حاصل از سوختن مخلوط را به بيرون مي راند( مرحله خروج دود) به چنين موتوري چهارزمانه مي گويند.
|
|
اطلاعات جمع آوري كنيد: ص 70
1 – كاربراتور چه نقشي در اتومبيل برعهده دارد؟
2-در اتومبيل اگر نسبت مقدار هوايي كه با سوخت مخلوط مي شود مناسب نباشد چه مشكلاتي بوجود مي آيد؟ |
|
- مخلوط كردن بنزين يا هوا به نسبت معين براي سوختن
- احتراق به خوبي انجام نمي گيرد، سوخت كامل نمي سوزد واتومبيل دود سياه مي كند وموتور به خوبي كار نمي كند. |
|
موتور جت : |
|
نوع ديگري از موتورهايي گرمايي موتور جت است. از موتور جت معمولاً در هواپيما استفاده مي شود. موتور جت پيستون ندارد، بلكه هوا به وسيله يك دمنده به داخل موتور جت دميده مي شود و مي سوزد و مقدار زيادي گاز( گازهاي داغ) با فشار زياد توليد مي كند. اين گازها كه با سرعت زياد از داخل موتور جت خارج مي شوند، در مسير خود، چرخ دايره دار بزرگي به نام توربين را كه در سر راه قرار دارد به حركت در مي آورند.
|
|
موتور موشك : |
|
موتور موشك به عنوان سومين ماشين گرمايي،خود نوعي موتور جت است. در موتور موشك سوخت با اكسيژن مخلوط مي شود و در محفظه ي احتراق مي سوزد. در نتيجه اين عمل، مقدار زيادي گاز داغ با سرعت زياد از انتهاي موشك خارج مي شود.همانطور كه بادكنك هنگام حركت در جهت مخالف هوايي كه از درونش خارج مي شود. حركت مي كند، موشك نيز در جهت مخالف گازهاي داغ كه از انتهاي آن خارج مي شود به طرف جلو حركت مي كند.
موشك ها چون مي توانند اكسيژن مورد نيازشان را با خود حمل كنند، بنابراين در خارج از جو زمين و مسافرت هاي فضايي مورد استفاده قرار مي گيرند. |
|
پرسش وپاسخ فصل 4
1- گرماچيست؟ |
|
گرما صورتي از انرژي است كه اگر به جسمي داده شود جنبش ذرات آن بيشتر واگر از ماده گرفته شود جنبش ذرات آن كم مي شود
2- انرژي دروني يك ماده به چه جيزهايي بستگي دارد؟
به انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل ذرات موجود در ماده بستگي دارد
3 – دما چيست؟
مقدار گرمايي است كه به يك كيلوگرم ماده ي جامد در نقطه ذوب داده مي شود تا از حالت جامد به مايع درآيد.
4- گرماي نهان ذوب چيست ؟
مقدار گرمايي است كه به يك كيلو گرم ماده ي جامد داده مي شود تا از جامد به مايع تبديل شود
5 – گرماي نهان ميعان چيست؟
مقدار گرمايي است كه به يك كيلوگرم ماده ي جامد در نقطه ذوب داده مي شود تا ازحالت جامد به مايع درآيد.
6 – تفاوت اجسام سرد با اجسام گرم از نظر انرژي تابشي چيست؟
اجسام سرد انرژي بيشتري دريافت مي كنند و كمتر صادر مي كنند اما اجسام گرم انرژي كمتري را گرفته و انرژي بيشتر را صادر مي كنند.
7 – براي عمل سرد سازي از كدام تغيير حالت ماده استفاده مي شود؟
تبخير – ميعان
8 – موتور اتومبيل داراي چند مرحله است ؟ نام ببريد؟
مكش - تراكم - انفجار - تخليه |
