خلاصه فصل ششم

1- گرما صورتي از انرژي است كه هنگام تماس بين دو جسم، از جسم گرمتر به جسم ديگر منتقل مي شود.

از تغيير انرژي مكانيكي و نيز برخورد تبديلات شيميايي گرما توليد مي شود. گرما را با Q نشان مي دهند و يكاي آن در SI، ژول(j) است.

2- درجه گرمي يا سردي يك جسم را دماي آن جسم مي نامند. دما كميتي مقايسه اي ايت و با يكاي درجه اندازه گيري مي شود. يكاي دما در SI ، كلوين(K ) است.

3- مجموع انرژي هاي جنبشي و پتانسيل كليه ذرات يك جسم را انرژي دروني آن جسم مي نامند.

4- در انتقال گرما بين دو جسم اختلاف دما بين آن دو مهم است نه اختلاف بين انرژي هاي دروني آنها. يعني مي تواند از جسمي كه دماي بيشتر اما انرژي دروني كمتري دارد به جسمي كه دماي كمتر ولي انرژي دروني بيشتري دارد منتقل شود.

5- اگر دو جسمي كه با هم تماس دارند دماي برابر داشته باشند، انرژي گرمايي مبادله شده بين آنها يكسان خواهد بود. در اين حالت دو جسم را در حالت تعادل گرمايي مي گويند.

6- براي اندازه گيري دماي اجسام، از خاصيت تغيير طول، حجم، رنگ و يا ساير ويژگيهاي فيزيك اجسام در اثر تغيير دماي آنها استفاده مي شود.

7- براي مدرج كردن دماسنجهاي مايعي( الكلي يا جيوه اي) از مقياسهاي سلسيوس يا كلوين استفاده مي شود.

8- در مقياس سلسيوس از نقاط انجماد و جوشش آب به عنوان نقاط ثابت دماسنجي استفاده كرده و فاصله بين اين دو را به صد قسمت مساويتقسيم مي كنند و هر قسمت را يكدرجه سلسيوس (با علامت؟؟؟) مي نامند. دما را در مقياس سلسيوس با علامت ؟؟ نشان مي دهند.

9- در مقياس كلوين از پايين ترين دماي ممكن در طبيعت يعني دماي صفر مطلق(؟؟؟) به عنوان نقطه پايين دماسنجي استفاده مي شود. به اين خاطر مقياس كلوين را مقياس مطلق نيز مي نامند. در اين مقياسنقطه بالاي دماسنجي وجود ندارد و هر درجه آن( كه با علامت K نشان داده مي شود) معادل يك درجه سلسيوس است. دما را در مقياس كلوين با علامت T (يا T_K ) نشان مي دهند.

10- چون درجه صفر كلوين معادل درجه 273- سلسيوس است. رابطه درجات سلسيوس و كلوين به صورت زير ميباشد:

يا

11- گرماي لازم براي تغيير دماي يك جسم(Q) ، به جرم جسم(m) و تغيير دماي جسم () و گرماي ويژه جسم(c) بستگي دارد. نتيجه مي شود:

يا رابطه گرماسنجي

12- انرژي گرمايي لازم براي تغيير دماي يك كيلوگرم از هر جسم را گرماي ويژه آن جسم مي نامند و مقدار آن به جنس جسم بستگي دارد. يكاي اين كميت در SI ، ژول بر كيلوگرم در كلوين(j/kg.K) است.

13- اگر دو جسم با دماهاي مختلف با هم تماس داشته باشند، بعد از مدتي دماهاي آنها برابر مي شود. اين دما را دماي تعادل مي نامند و با علامت نشان مي دهند.

در صورتيكه دو جسم همجنس باشند( يعني c₁=c₂باشد) خواهيم داشت:

14- تغيير حالتهاي عادي ماده عبارتند از: ذوب( تبديل جامد به مايع)- انجماد ( تبديل مايع به جامد) - تبخير( تبديل مايع به گاز)- ميعان ( تبديل بخار به مايع)- تصعيد( نبديل جامد به بخار)- چگالش( تبديل بخار به جامد).

15- فرآيندهاي ذوب، تبخير و تصعيد گرماگير هستند. در اين فرآيندها تا زماني كه تمامي ماده تغيير حالت نداده است دماي آن بالا نمي رود و گرماي داده شده به ماده صرف تغيير حالت آن مي شود. اين گرما را گرماي نهان مي نامند.

16- گرماي نهان ويژه ذوب(L_F) يك جامد، انرژي گرمايي لازم براي تبديل يك كيلوگرم از جسم از حالت جامد به مايع است و يكاي آن ژول بر كيلوگرم(j/kg) مي باشد. از اين تعريف نتيجه مي شود گرماي لازم براي ذوب m كيلوگرم جامد برابر خواهد بود با:

Q=mL_F

17- مايع توسط فرآيندهاي تبخير سطحي و جوش تبديل به بخار مي شود. تبخير سطحي فرار مولكولهاي مايع سطح آنست و در هر دمايي اين عمل صورت مي گيرد. اما جوش در دماي معيني به نام نقطه جوش اتفاق مي افتد و در طي آن تبخير در داخل مايع نيز صورت مي گيرد.

18- عوامل مؤثر در تبخير سطحي عبارتند از : دماي مايع، مساحت سطح مايع، فشارمحيط بر سطح مايع و جريان هوا در سطح مايع. بطوريكه با افزايش سه عامل دما،سطح و جريان وا تبخير سطحي بيشتر مي شود. اما با افزايش فشار محيط بر سطح مايع اين فرآيند كاهش مي يابد.

19- مقدار گرماي لازم براي تبخير يك كيلوگرم از مايع در دماي ثابت را گرماي نهان ويژه تبخير(L_V) مي نامند و يكاي آن ژول بر كيلوگرم(j/kg) است.

20- تغيير دماي اجسام غالباً باعث كاهش چگالي آنها مي شود. زيرا افزايش دما موجب انبساط يا افزايش حجم (V)مي شود و با توجه به رابطه چون دما تأثيري در جرم جسم(m) ندارد، بزرگ شدن مخرج كسر موجب كاهش چگالي( ) مي شود.

21- براي سه حالت آب يعني مايع، يخ و بخار داريم:

آب

يخ

بخار

يخ

آب

(ژول 2/4=يك كالري)

22-انبساط جامدات در اثر گرما به سه صورت مي تواند باشد:

الف) انبساط اجسام نازك و طويل به صورت خطي است ومقدار آن برابر است با:

ضريب انبساط خطي جسم و برابر است با افزايش يك متر از طول جسم به ازاء افزايش يك درجه دماي آن.

ب) انبساط اجسام نازك ورقه اي شكل به صورت سطحي است و مقدار آن برابر است با:

ضريب انبساط سطحي جسم و برابر است با افزايش يك متر مربع از سطح جسم به ازاء افزايش يك درجه دماي آن.

پ) انبساط غالب اجسام به صورت حجمي بوده و مقدار آن برابر است با :

ضريب انبساط حجمي جسم و برابر است با افزايش يك متر مكعب از حجم جسم به ازاء افزايش يك درجه دماي آن.

يكاهاي وو هر سه بر درجه كلوين () يا بر درجه سلسيوس() است.

23- انبساط مايعات در اثر گرما از نوع انبساط حجمي است و مقدار آن نيز از رابطه محاسبه مي شود. در انبساط مايعات بايد انبساط ظرف آن نيز در نظر گرفته شود. در اين صورت خواهيم داشت:

انبساط ظرف+ انبساط ظاهري مايع= انبساط واقعي مايع

انبساط واقعي يك مايع برابر است با افزايش يكاي حجم آن به ازاء يك درجه افزايش دما.

24- بر اساس نيروهاي بين مولكولي، انبساط گازها بيشتر از مايعات و انبساط مايعات بيشتر از جامدات است.

25- تغيير حجم آب نسبت به تغيير دما در دماهاي بين صفر تا 4 سلسيوس غير عادي است. به طوريك از دماي 4 به0 به جاي آنكه حجم آب كاهش پيدا كند، افزايش مي يابد و برعكس. به اين ترتيب بيشترين چگالي آب در دماي 4 است. اين خاصيت باعث مي شود كه در زمستان، در بركه ها و درياچه آب گرم4 به دليل داشتن چگالي بيشتر به پايين رفته و ادامه حيات جانداران آبزي را ممكن سازد.

26- گرما به سه طريق رسانش، همرفتي و تابش منتقل مي شود.

27- در طريق رسانش كه بيشتر جامدات صورت مي گيرد، انرژي گرمايي از طريق افزايش دامنه ارتعاش مولكولها و نيز جابه جايي الكترونهاي آزاد جسم از محلي كه جسم با چشمه گرماتماس دارد به ساير قسمتهاي آن منتقل مي شود.فرآيند رسانش بدون انتقال ماده صورت مي گيرد.

28- آهنگ شارش گرما به طريق رسانش در يك جسم ميله اي شكل برابر است با:

Q گرماي شارش شده در زمان t و K ثابت رسانندگي جسم، A سطح مقطع ميله، اختلاف دما بين دو سر ميله و L طول ميله است.

Eتذكر: رابطه بالا را مي توان در مورد اجسام مسطحي مثل شيشه يك پنجره نيز بكار برد. در اين صورت A را مساحت پنجره در نظر گرفته و به جاي Lضخامت پنجره(d) را قرار مي دهيم.

29- در طريق همرفتي ماده اي مثل مايع يا گاز انرژي گرمايي را از چشمه گرما به نقاط ديگر منتقل مي كند. در اين فرآيند شارش مايع يا گاز به علت تغيير چگالي آن صورت مي گيرد.

30 - در فرآيند تابش انرژي گرمايي به صورت نور و يا ساير امواج الكترو مغناطيسي از اجسام گسيل مي شود. تابش در هر دمايي صورت مي گيرد اما در اجسام داغ و ملتهب محسوس تر است. در فرآيند تابش ماده منتقل نمي شود و براي انجام آن نيز نيازي به محيط مادي نيست يعني تابش مي تواند در خلاء‌نيز انجام گيرد.

31- سطح هاي سياه و تيره بيشتر از سطح هاي سفيد و براق تابش هاي گرمايي را جذب يا گسيل مي كنند.

32- قانونهاي گاز رابطه بين كميتهاي دما(T ) ، حجم(V) و فشار(P) جرم معيني از يك گاز كامل را در حالتهاي مختلف بيان مي كند. هر يك از رابطه هاي فوق را معادله حالت گاز كامل مي نامند.

33- گاز كامل يك گاز فرضي است كه مولكولهاي آن به هم نيرويي وارد نمي كنند.

34- طبق قانون اول گازها كه آن را قانون شارل-گيلوساك نيز مينامند، در فشار ثابت، حجم مقدار معيني از يك گاز بادماي مطلق آن نسبت مستقيم دارد.

از اين بيان نتيججه مي شود در فشار ثابت، نسبت حجم مقدار معيني گاز به دماي مطلق آن مقداري ثابت است، يعني:

معادله حالت گاز در فشار ثابت مقدار ثابت

35- طبق قانون دوم گازها كه آن را قانون بويل -ماريوت نيز مي نامند. در دماي ثابت، حجم مقدار معيني از يك گاز با فشار آن نسبت عكس دارد.

از اين بيان نتيجه مي شود در دماي ثابت، حاصلضرب فشار و حجم مقدار معيني از يك گاز مقداري ثابت است. يعني:

معادله حالت گاز در دماي ثابت مقدار ثابت

36- طبق قانون سوم گازها، در حجم ثابت، فشار مقدار معيني از يك گاز با دماي مطلق آن نسبت مستقيم دارد.

از اين بيان نتيجه مي شود در حجم ثابت، نسبت فشار مقدار معيني از يك گاز به دماي مطلق آن مقداري ثابت است، يعني:

معادله گاز در حجم ثابت مقدار ثابت

37- از يركيب سه معادله قبل در مورد گازها، معادله حالت كلي گازها به صورت زير حاصل مي شود:

معادله كلي گازها مقدار ثابت

38- آزمايش ها نشان مي دهند، هر چقدر فشار يك گاز واقعي كمتر باشد، رفتار آن به رفتار گاز كامل نزديكتر مي شود. گازهاي واقعي در دماهاي كمتر از دماي نقطه ميعان ديگر به حالت گاز نيستند و مايع مي شوند.

ويليام تامسون.لرد كلوين 1907-1824، فيزيكدان و مهندس انگليسي، استاد در دانشگاه گلاسكو. سواي اختراع مقياس دمايمطلق، در نظريه گرما سهم هاي زياد ديگري نيز دارد. او نخستين كسي بود كه عامل اتلاف انرژي را كه جزو قانون دوم ترموديناميك است بيان كرد. در مهندسي، كلوين اصلاحات تعيين كننده اي در طرح كابلهاي تلگراف زيردريايي و طرح قطبنماي دريايي انجام داد.