اگر برای مثال جرم آب یا مقدار افزایش دما را دو برابر كنیم. مقدار گرمای لازم دو برابر می شود. به عبارت دیگر نسبت همواره مقدار ثابتی است. این مقدار ثابت را گرمای ویژه ی آب می نامیم.
| مقدار گرمای لازم برای افزایش دما |
= |
 |
= گرمای ویژه آب |
|
(جرم آب )× (افزایش دما)
|
اگر برای مثال جرم آب یا مقدار افزایش دما را دو برابر كنیم. مقدار گرمای لازم دو برابر می شود. به عبارت دیگر نسبت همواره مقدار ثابتی است. این مقدار ثابت را گرمای ویژه ی آب می نامیم.
| مقدار گرمای لازم برای افزایش دما |
= |
|
= گرمای ویژه آب |
|
(جرم آب )× (افزایش دما)
|
محاسبه انرژی گرمایی لازم برای ایجاد یك تغییر معین در دما :
برای آنكه دمای m كیلوگرم از جسمی با گرمای ویژه c را به اندازه ?? تغییر دهیم . Q ژول انرژی گرمایی لازم است. از تعریف گرمای ویژه داریم :
Q= mc∆θ= mc( θ2 -θ1 ) به عبارت دیگر
در این رابطه Q (انرژی) بر حسب ژول ، m( جرم) بر حسب كیلوگرم، C (گرمای ویژه) بر حسب ژول بر كیلوگرم بردرجه سلسیوس و ∆θ (تغییر دما) بر حسب درجه ی سلسیوس است.
رابطه (2-1) درباره جسمی كه گرما از دست می دهد درست است. به این ترتیب كه اگر دمای θ2 كمتر ازθ1 باشد(θ2 - θ1 ) منفی خواهد شد و در نتیجه θ نیز منفی می شود. علامت منفی نشان می دهد كه جسم انرژی از دست داده است.
مثال :
چقدر انرژی گرمایی لازم است تا دمای 5/2 كیلوگرم مس را از°20 (سانتی گراد) به °30 (سانتی گراد ) برسانیم؟
C = 200 J/k°gc
از جدول (2-3) داریم:
در نتیجه با نشاندن اعداد بالا در رابطه (2-1) پاسخ مثال را بدست می آوریم:
Q=mc(θ2 - θ1 ) = 2/5×400×(30-20)=10000j= 10 kj مقدار انرژی لازم
فرمول ها و واژه های كلیدی، فصل 2:
1 – دما كمیت مقایسه ای است كه درجه گرمی و سردی یك جسم را مشخص می كند.
2 – یك دما سنج با استفاده از نقاط ثابت دماسنجی مدرج می شود.
3 – درجه حرارت یخ خالص خرد شده در حال ذوب نقطه ای ثابت پائینی دما سنج است و درجه حرارت بخار آب در حال جوش نقطه ای ثابت بالایی دما سنج است.
4 – در دما سنج سلسیوس نقطه ی ثابت پائین صفر و نقطه ی ثابت بالا 100 می باشد.
5 – در دماسنج كلوین نقطه ی ثابت پائین 273 و نقطه ثابت بالا 373 می باشد.
6 – هر گاه بین دو جسم اختلاف دما وجود داشته باشد. جسمی كه دمای بیشتری دارد گرما از دست می دهد و جسمی كه دمای كمتری دارد گرما می گیرد تا هر دو جسم به یك دما برسند (دمای تعادل)
7 – اگر به یك ماده گرما بدهیم انرژی درونی آن افزایش می یابد.
8 – در رسانش گرما، انرژی گرمایی به وسیله مولكول ها، اتمها و الكترون های آزاد ماده از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود.
9 – فلزات رسانای خوب گرما هستند.
10 – آب رسانای ضعیف گرما است.
11 – هوا رسانای ضعیف گرما است
12 – مقدار گرمایی كه به یكای جرم از یك ماده داده می شود تا دمای آن یك درجه سلسیوس افزایش یابد از ظرفیت گرمایی ویژه ماده می گویند.
فرمول های كلیدی :
T = 273 +θ (رابطه ی دما سنج كلوین با دماسنج سلسیوس)
مساحت)×(مدت زمان)×(اختلاف دما)× (آهنگ عبور گرما از واحد سطح به ازای واحد اختلاف دما) = انرژی تلف شده )
مقدارگرما Q =mc(θ2 - θ1 ) = mc∆θ
ظرفیت گرمایی ویژه C= 
دمای تعادل = 
تمرین های فصل 2
پاسخ دهید : فصل 2 :
1 – آیا می شود با یك دما سنج الكلی دمای جوش آب را اندازه گیری كرد؟ توضیح دهید.
نقطه جوش الكل برابر 79 درجه سانتی گراد و نقطه جوش آب برابر 100 درجه سانتی گراد است و چون نقطه ی جوش آب بالاتر از گستره ی دما سنج الكلی است. لذا نمی توان ازدما سنج الكلی برای اندازه گیری نقطه جوش آب استفاده كرد.
2 – یك لیوان آب داریم. اگر به جای یك جسم با دمای بالاف جسمی با دمای پائین تر از دمای آب را به درون آن بیندازیم، آیا تغییری در انرژی درونی آب و انرژی درونی جسم صورت خواهد گرفت ؟ انرژی از كدامیك به دیگری منتقل خواهد شد؟
همیشه گرما از جسم گرمتر به جسم سردتر ماده ی پائین شارش می یابد. در این صورت وقتی فلز سرد در داخل آب قرار می گیرد. گرما از آب به فلز شارش پیدا می كند و قسمتی از انرژی آب به فلز منتقل می شود و در پایان انرژی درونی آب كاهش و انرژی درونی فلز افزایش می یابد كه اگر تبادل گرمایی با محیط نباشد ، مقدار كاهش انرژی درونی آب را برابر مقدار افزایش انرژی درونی فلز خواهد بود و هر دو هم دما خواهند شد.
3 – با مراجعه به جدول (2-2) فكر می كنید كدامیك از موارد فوق باعث بیشترین اتلاف انرژی هستند؟
شیشه ی پنجره ی تك لایه بیشترین آهنگ عبور گرما از واحد سطح به ازاء واحد اختلاف دما را دارد. پس در این صورت استفاده از پنجره های بزرگ با شیشه ی تك لایه و بیشترین اتلاف انرژی را خواهد داشت.
تمرین های فصل 2 :
1 – پاسخ دهید :
الف – چرا دیواره های شیشه ای مخزن دما سنج باید نازك باشد؟
زیرا شیشه رسانای خوبی برای گرما نیست و انتقال گرما در آن سرعت زیادی ندارد. در این صورت با نازك گرفتن دیواره ی شیشه ای مخزن سرعت انتقال گرمای بدن به جیوه بیشتر می شود.
ب – چرا در زمستان هنگامی كه سطح آب دریاچه یخ می بندد، با افزایش ضخامت یخ، آهنگ افزایش ضخامت یخ كند می شود؟
یخ رسانای برگرماست . در این صورت هر چقدر ضخامت بیشتر می شود، گرمای آب كمتر به هوای سرد منتقل می شود و آهنگ تشكیل یخ كند می شود.
2 – پاسخ دهید :
الف) چرا موادی مانند پشم و تارهای شیشه ای عایق های گرمایی خوبی هستند؟
زیرا این مواد بسته هایی از هوا را بین تارها و منفذهای خود نگه می دارند و چون هوا رسانای ضعیف گرما است. می توان از این مواد برای عایق كاری گرما استفاده كرد.
ب) یك قطعه چوب و یك قطعه آهن هم دما را لمس كنید. چرا آهن سردتر به نظر می آید؟ آیا این به دلیل خطای لامسه است؟ توضیح دهید.
زیرا آهن رسانای خوب گرما است و وقتی به آن دست می زنیم گرمای دست ما با سرعت به آهن منتقل می شود و ما احساس سرما می كنیم. ولی چوب رسانای بر گرما است و وقتی به آن دست می زنیم، چون گرمای دست ما با سرعت بسیار كم به چوب منتقل می شود، احساس می كنیم كه چوب گرم است ، در این صورت نمی توان برای تعیین دما ی یك جسم به حس لامسه ی خود اعتماد كنیم.
3 – دمای یك قطعه آلومینیوم 15 كیلوگرمی از ° 60 (سانتی گراد) به ° 10 (سانتی گراد) می رسد. این قطعه ی آلومینیوم چه مقدار از انرژی درونی خود را از دست داده است؟
مقدار گرمای از دست داده برابر كاهش انرژی درونی قطعه آلومینیومی است.
انرژی درونی آلومینیوم ژول 5 10 * 75/6 كاهش می یابد.
ب – اگر 15 كیلوگرم آب از دمای ° 60 (سانتی گراد) به دمای ° 10 (سانتی گراد) برسد چه مقدار از انرژی درونی خود را از دست داده است؟
مقدار گرمایی كه آب از دست می دهد، برابر كاهش انرژی درونی آب می باشد.
Q= mc(θ2 - θ1)
C= 4200J/Kg ْc= = Q = 3/15 * 10"Q=15×4200(10-60)6 J
انرژی درونی آب (ژول) 6 10 * 15/3 كاهش می یابد.
HTML clipboard v:* { behavior: url(#default#VML) } o:* { behavior: url(#default#VML) } .shape { behavior: url(#default#VML) } table.MsoNormalTable {mso-style-parent:""; font-size:10.0pt;"Times New Roman"; }
3 – گرمای ویژه آب بالاست. چند مورد استفاده برای این ویژگی را بیابید.
1) در موتور ماشین از آب به عنوان خنك كاری استفاده می شود، زیرا ظرفیت گرمایی ویژه آب بالاست و مقدار گرمای زیادی را بین موتورو رادیاتور جابجا می كند.
2) استفاده از آب در لوله كشی مخصوص گرم كردن ساختمان ها.
3) استفاده از آب در سیستم خنك كاری نیروگاهها
4) در كولرهای آبی
4 – یك آبگرمكن الكتریكی در هر ثانیه 1100 ژول انرژی الكتریكی را به گرما تبدیل می كند. این گرمكن را در درون 3 كیلوگرم آب قرار می دهیم اگر گرمكن برای 120 ثانیه روشن باشد دمای آب در هر یك از حالتهای زیر چه مقدار افزایش می یابد؟
الف) همه انرژی گرمایی گرمكن به آب داده شود.
ب) 80 درصد انرژی گرمایی به آب داده شود.
الف) توان گرمكن برابر
(J/S)
210
است ، پس :
∆θ = 10/47 ° C
ب) Q = 0/8 p * t = 0/8 *1100*120 = 105600 J
∆θ = Q/mc = 105600 / 3*4200 = 8/38 °c
5 – تجربه نشان می دهد دمای قسمتی از مین كه برف روی آن است تقریباً 10 درجه سلیسوس بیشتر از دمای زمین بدون برف است.علت را توضیح دهید.
با توجه به اینكه برف رسانای ضعیف گرما است. وقتی زمین پوشیده از برف است همانند یك عایق عمل كرده و مانع از انتقال گرما از زمین به هوای سرد می گردد كه در این صورت دمای زمین در این حالت بیشتر از شرایطی است كه زمین بدون پوشش برف است.
تمرین های تكمیلی و پرسشهای چهار گزینه ای
تمرین های تكمیلی فصل 2 :
1 – چرا الكل در اندازه گیری دماهای پائین به جیوه ارجحیت دارد؟
1) نقطه انجماد آن پائین است و در حدود -114c می باشد.
2) انبساط آن نسبت به جیوه بیشتر است.
3) ارزان تر از جیوه است.
