فكر كنید ،‌ ص 55
به نظر شما چرا این انرژی را گرمای نهان ذوب نامگذاری كرده اند؟

اكنون می توان علت بوجود آمدن جریان همرفتی را توضیح داد: می دانید كه وقتی ماده ای گرم می شود منبسط می شود یعنی فاصله ی مولكول های آن از هم بیشتر می گردد. در نتیجه چگالی آن كاهش می یابد. به همین دلیل است كه وقتی یك قسمت از مایع را گرم می كنیم چگالی آن قسمت از مایع كمتر می شود و آن قسمت به طف بالا حركت می كند. در این هنگام مایعات اطراف جای آن را پرمی كند. این روال ادامه می یابد و بتدریج تمام مایع گرم می شود.

برای ایجاد جریان همرفتی در یك ماده سه شرط لازم است.
1 – ماده باید مایع یا گاز باشد.
2 – بین دو نقطه ای آن اختلاف دما وجود داشته باشد. یعنی قسمتی از آن گرم و قسمتی دیگر سرد باشد.
3 – قسمت گرم پائین تر از قسمت سرد باشد.

آزمایش كنید. ص 60
1 – در یك لوله آزمایش كمی یخ بریزید و روی یخ یك قطعه توری فلزی بیندازید تا یخ را در كف لوله نگهدارد. در یك لوله آزمایش دیگر فقط كمی یخ بریزید. سپس هر دو لوله را تقریباً پر از آب كنید.
2 – قسمت بالای لوله ی اول و قسمت پائین لوله ی دوم را مطابق شكل، روی مسئله ی چراغ الكلی بگیرید. چه مشاهده می كنید؟ در كدام لوله یخ، زودتر آب می شود؟در لوله اول آب به جوش می آید بدون آنكه یخ ذوب شود. در لوله دوم یخ شروع به ذوب شدن می كند و پس از ذوب شدن آب گرم شده به جوش می آید.
به دو پرسش زیر پاسخ دهید.
1 – از این آزمایش،‌درباره میزان رسانایی گرمایی آب، چه نتیجه ای می توان گرفت؟
2 – در كدام لوله جریان همرفتی بوجود می آید؟ چرا؟

1-آب رسانای خوبی نیست زیرا اگر ما را به یخ منتقل نكرد(در لوله اول)
2-در لوله ی دوم، زیرا جریان همرفتی همیشه از پائین به بالا برقرار است.

تابش :

سومین راه انتقال گرما تابش است. در انتقال گرما به روش تابش ، نیازی بوجود ماده نیست. گرمای خورشید به همین شیوه در فضای خالی از ماده (خلاء) منتقل می شود و به زمین می رسد. اگر تا به حال در مقابل یك بخاری برقی یا هیزمی قرار گرفته باشید، انتقال گرما به این روش را بخوبی حس كرده اید.

معمولاً تصور می شود كه وقتی مقابل آفتاب قرار می گیریم، نور خورشید ما را گرم می كند.این تصور نه كاملاً غلط است و نه درست. همان طور كه می دانید نور خورشید تركیبی از رنگ های مختلف همچون بنفش ، آبی، سبز، زرد و قرمز است. به این قسمت از نور خورشید نور مرئی می گویند. علاوه بر این در تابش خورشید پرتوهایی نامرئی نیز وجود دارد كه یك دسته از آن ها پرتوهای فروسرخ (مادون قرمز) است. این پرتوها وقتی به جسمی بتابد گرمای بیشتر تولید می كنند. پرتوهای فروسرخ، نوعی موج الكترو مغناطیسی به حساب می آیند.
در اتو یا لامپ انرژی الكتریكی به انرژی تابشی تبدیل می شود، در یك لامپ معمولی، حدود 20 درصد از انرژی الكتریكی به نور مركز و حدود 80 درصد به پرتوهای فروسرخ تبدیل می شود.
بطور كلی هر جسمی در هر دمایی كه باشد، همواره مقداری انرژی تابشی از محیط اطراف خود دریافت می كند و مقداری انرژی تابشی در محیط منتشر می سازد. وقتی یك جسم گرم و یك جسم سرد در كنار هم قرار می گیرند،‌مقدار انرژی كه جسم سرد می گیرد، بیش از مقداری است كه به محیط می دهد بنابراین گرما به تدریج از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود تا این كه دو جسم به دمای تعادل برسند یعنی با هم، هم دما شوند.

گرم سازی و سرد سازی :

گاه انسان برای رسیدن به دمای مناسب در مورد نظرگاهی مجبور است دما را كاهش و گاهی افزایش دهد. این كار چگونه انجام می گیرد؟

گرم سازی :

باید بدانیم كه گرم سازی نیاز به یك منبع گرما دارد. این منبع گرما ممكن است آتش حاصل از تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی گرمایی، گرمای حاصل از جریان برق یا گرمای خورشید باشد.
بخاری نفتی معمولاً یك جریان همرفتی در اتاق ایجاد می كند كه سبب می شود اتاق گرم شود. یكی دیگر از وسایل گرم كننده،‌در محیط های مسكونی شوفاژ است. در شوفاژ ، آب در مجاورت منبع گرما داغ می شود. (در موتور خانه شوفاژ) و سپس از طریق لوله هایی به درون رادیاتورها كه در محیط نصب شده است،‌حركت می كند. وقتی رادیاتور داغ می شود هوای اطراف خود را گرم می كند و محیط را به روش همرفت گرم می كند.

جلوگیری از اتلاف گرما:

همان طور كه می دانید بعضی از منابع انرژی مورد استفاده ما هم چون خورشیدی،‌انرژی باد و آب های جاری كه به آن مربوط می شوند و نیز انرژی گرمایی درون زمین و انرژی امواج و جزر و مد، انرژیهایی هستند كه تا مدت ها در اختیار ما خواهند بود. به این زودی تمام نخواهد شد. از این رو به منابع انرژی تمام نشدنی می گویند. در مقابل بعضی دیگر از منابع انرژی هم چون نفت، زغال سنگ گاز طبیعی منابع تمام شدنی هستند.

فكر كنید :‌ص 66
یكی از راههای جلوگیری از اتلاف گرما استفاده از پنجره ی دو لایه است. به نظر شما پنجره ی دو لایه با كدام یك از راههای انتقال گرما از هدر رفتن گرما جلوگیری می كند؟

چون بین دو لایه مقداری هوا قرار می گیرد و هوا هم عایق است و از انتقال گرما به طریق رسانایی جلوگیری می كند.


سردسازی :

انسان برای رسیدن به دمای مناسب مجبور است دمای موجود را افزایش یا كاهش دهد، اما بهتر است بدانید كه به طور كلی گرم سازی بسیارآسان تر از سردسازی است. سردسازی معمولاً با استفاده از تبخیر مایع ها انجام می شود. زیرا هر گاه مایعی بخواهد تبخیر شود. برای تبخیر شدن مقداری گرما از محیط اطراف خود جذب می كند واین امر سبب می شود كه دمای محیط اطراف كاهش یابد.
در یخچال ها،‌سردخانه ها و كولرهای گازی نیز تبخیر یك مایع سبب سرد شدن محیط داخل آن می شود.برای مثال در یخچال مایعی به نام فریون در داخل لوله هایی كه در قسمت یخ ساز قرار دارد وارد می شود. این مایع گرما را از آن محیط می گیرد بخار می شود.
در نتیجه موادی كه داخل یخچال هستند، كاملاً سرد می شوند. سپس فریون كه حالا به بخار تبدیل شده است،‌از طریق لوله به محیط خارج از یخچال منتقل و بوسیله ی موتور الكتریكی یخچال فشرده می شود و گرمای خود را از دست می دهد . ... فریون دوباره به مایع تبدیل و به درون یخ ساز فرستاده می شود. این عمل آن قدر ادامه می یابد كه یخچال كاملاً سرد می شود.

آزمایش كنید. ص 67
مقداری الكل روی دست خود بریزید و به آن فوت كنید. چه اتفاقی می افتد؟ چرا؟
آیا می توانید توضیح دهید كه چرا در قدیم آب را برای خشك شدن داخل كوزه نگهداری می كردند؟
-دست ما احساس سرما می كند. زیرا ا لكل به سرعت تبخیر شده و گرمای زیادی را از دست ما می گیرد.
چون كوزه از گل زمین پخته ساخته شده مقداری از آب درون آن به بیرون تراوش می كند، آب سطح كوزه برای تبخیر شدن گرما از درون كوزه گرفته و آب درون آن خنك می شود.

كار و گرما :

یكی از مهم ترین موارد استفاده از گرما، استفاده از آن در صنعت و به حركت درآوردن انواع ماشین هاست. این كار از طریق تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مكانیكی انجام می شود. دستگاهی كه انرژی گرمازا به انرژی مكانیكی تبدیل می كند. ماشین گرمایی نام دارد، ماشین گرمایی انواع گوناگونی دارد.

موتور اتومبیل :

: موتور اتومبیل ها و موتور سیكلت ها یكی از رایج ترین انواع ماشین های گرمایی است. در این نوع موتورها، ابتدا مخلوطی از سوخت و هوا به داخل یك محفظه فلزی ‌استوانه ای شكل ،‌به نام سیلندر مكیده می شود. (مرحله مكش)، سپس با بالا آمدن پیستون این مخلوط فشرده می شود (مرحله فشرده شدن)، پس از آن شمع اتومبیل جرقه می زند و مخلوط را مشتعل می كند (مرحله آتش گرفته) و در مرحله ی آخر، پیستون دوباره به بالا حركت می كند و دودهای حاصل از سوختن مخلوط را به بیرون می راند( مرحله خروج دود) به چنین موتوری چهارزمانه می گویند.

اطلاعات جمع آوری كنید: ص 70
1 – كاربراتور چه نقشی در اتومبیل برعهده دارد؟
2-در اتومبیل اگر نسبت مقدار هوایی كه با سوخت مخلوط می شود منسب نباشد چه مشكلاتی بوجود می آید

- مخلوط كردن بنزین یا هوا به نسبت معین برای سوختن
- احتراق به خوبی انجام نمی گیرد، سوخت كامل نمی سوزد واتومبیل دود سیاه می كند وموتور به خوبی كار نمی كند

موتور جت :

نوع دیگری از موتورهایی گرمایی موتور جت است. از موتور جت معمولاً در هواپیما استفاده می شود. موتور جت پیستون ندارد، بلكه هوا به وسیله یك دمنده به داخل موتور جت دمیده می شود و می سوزد و مقدار زیادی گاز( گازهای داغ) با فشار زیاد تولید می كند. این گازها كه با سرعت زیاد از داخل موتور جت خارج می شوند، در مسیر خود، چرخ دایره دار بزرگی به نام توربین را كه در سر راه قرار دارد به حركت در می آورند.

موتور موشك :

موتور موشك به عنوان سومین ماشین گرمایی،‌خود نوعی موتور جت است. در موتور موشك سوخت با اكسیژن مخلوط می شود و در محفظه ی احتراق می سوزد. در نتیجه این عمل، مقدار زیادی گاز داغ با سرعت زیاد از انتهای موشك خارج می شود.همانطور كه بادكنك هنگام حركت در جهت مخالف هوایی كه از درونش خارج می شود. حركت می كند، موشك نیز در جهت مخالف گازهای داغ كه از انتهای آن خارج می شود – به طرف جلو حركت می كند.
موشك ها چون می توانند اكسیژن مورد نیازشان را با خود حمل كنند،‌بنابراین در خارج از جو زمین و مسافرت هایی فضایی مورد استفاده قرار می گیرند.

پرسش وپاسخ فصل 4
1- گرماچیست؟

گرما صورتی از انرژی است كه اگر به جسمی داده شود جنبش ذرات آن بیشتر واگر از ماده گرفته شود جنبش ذرات آن كم می شود

2- انرژی درونی یك ماده به چه جیزهایی بستگی دارد؟
به انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل ذرات موجود در ماده بستگی دارد

3 – دما چیست؟
مقدار گرمایی است كه به یك كیلوگرم ماده ی جامد در نقطه ذوب داده می شود تا از حالت جامد به مایع درآید.

4- گرمای نهان ذوب چیست ؟
مقدار گرمایی است كه به یك كیلو گرم ماده ی جامد داده می شود تا از جامد به مایع تبدیل شود

5 – گرمای نهان میعان چیست؟
مقدار گرمایی است كه به یك كیلوگرم ماده ی جامد در نقطه ذوب داده می شود تا ازحالت جامد به مایع درآید.

6 – تفاوت اجسام سرد با اجسام گرم از نظر انرژی تابشی چیست؟
اجسام سرد انرژی بیشتری دریافت می كنند و كمتر صادر می كنند اما اجسام گرم انرژی كمتری را گرفته و انرژی بیشتر را صادر می كنند.

7 – برای عمل سرد سازی از كدام تغییر حالت ماده استفاده می شود؟
تبخیر – میعان

8 – موتور اتومبیل دارای چند مرحله است ؟ نام ببرید؟
مكش - تراكم - انفجار - تخلیه