دما و گرما

 گرما چيست؟

 تعريف:  گرما مقدار انرژي است كه به دليل اختلاف دما، بين يك جسم و جسم ديگري كه با آن در تماس است، مبادله مي شود.

مثلاً اگر جسم داغي را در داخل يك ظرف آب بياندازيم دماي آب بالا مي رود ولي دماي جسم كاهش مي يابد. در اينجا انرژي دروني آب  افزايش يافته ولي انرژي دروني جسم كاهش پيدا كرده است. يعني مقداري از انرژي جسم به آب منتقل شده است.

در مثال قبل اگر به جاي يك جسم با دماي بالا، جسمي با دماي پايين تر از دماي آب را به درون آن بياندازيم، آيا تغييري در انرژي دروني آب  و انرژي دروني جسم صورت مي گيرد؟ انرژي از كدام يك به ديگري منتقل مي شود؟

جواب: با انداختن جسم سردتر از آب به درون آن،دماي جسم بالا مي رود و دماي آب كاهش پيدا مي كند. در اينجا انرژي آز آب به جسم منتقل مي شود و به همان اندازه كه از انرژي دروني آب كاسته مي شود به انرژي دروني جسم اضافه مي گردد.

E تذكر: 1- در تماس دو جسم و انتقال گرمابين آنها، تغيير انرژي جسم ها يكي است. يعني همانقدر كه جسم اول انرژي مي دهد، جسم دوم به همان اندازه انرژي به دست مي آورد. اما در اين مورد تغيير دماي جسم ها لزوماً يكي نيست يعني مثلاً اگر دماي جسم گرم در حين تماس 50 كاهش يابد دماي جسم سرد ممكن است  10 افزايش پيدا بكند.

2- در انتقال گرما بين دو جسم اختلاف دما بين آن دو مهم است نه اختلاف بين انرژي هاي دروني آنها. يعني گرما مي تواند از جسمي كه دماي بيشتر اما انرژي دروني كمتري دارد به جسمي كه دماي كمتر ولي انرژي دروني بيشتري دارد منتقل شود. مثلاً اگر يك ميله داغ را وارد آب يك استخر بكنيم با آنكه انرژي دروني آب استخر به دليل جرم زياد آن خيلي بيشتر از انرژي دروني ميله است، اما گرما از ميله به آب استخر منتقل مي شود.

 رسانش گرما

 تعريف: اگر بين دو نقطه از يك جسم، اختلاف دمايي به وجود آيد، گرماي درون جسم از بخش با دماي بالاتر به بخش با دماي پايين تر شارش مي كند. اين نوع شارش يا انتقال گرما را رسانش مي گوييم.

مثلاً اگر يك سر ميله اي فلزي را بر روي شعله بگيريم، بزودي انرژي گرمايي از طريق مولكولهاي ميله به انتهاي ديگر آن نيز منتقل مي شود و آنرا گرم مي كند. رسانش گرما معمولاً در جامدات و به خصوص فلزات صورت مي گيرد.

 

 

وسيله هاي آزمايش : ميله ي فلزي - شمع - کبريت .
    ١. يک سر يک ميله ي فلزي را در دست خود نگه داريد و سر ديگرآن را روي شعله بگيريد و چند لحظه صبر کنيد .
    ٢. چه اتفاقي مي افتد ؟ از اين آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد ؟

    ٣. اگر سر ميله را به مدت نسبتا" طولاني روي شعله نگه داريد سر ديگر آن که در دست شماست آنقدر داغ مي شود که ديگر نمي توانيد آن را نگه داريد . سر ميله که در دست شما بوده است اين انرژي رااز کجا دريافت کرده است ؟ پاسخ خود را در کلاس به بحث بگذاريد .

جواب 1و2: ابتدا آن سر ميله كه روي شعله است گرم مي شود و اندكي بعد در سر ديگر ميله كه در دست داريم احساس گرما ميكنيم. نتيجه مي شود گرما به طريق رسانش از يك سر ميله به سر ديگر آن منتقل شده است.

3- انتقال گرما بطريق رسانش در جامدات و بخصوص فلزات در اثر ارتعاشات مولكولي آنها صورت مي گيرد. به طوريكه مولكولهاي جسم در اثر دريافت گرما دامنه ارتعاش بيشتري پيدا مي كنند و به مولكولهاي مجاور خود ضربه مي زنند. اين ضربه ها انرژي گرمايي را در طول جسم منتقل مي كنند.

 

وسيله هاي آزمايش : چند ميله از جنس هاي مختلف .
    چند ميله از جنس هاي متفاوت ، ولي با طول و ضخامت يکسان را مطابق شکل (٢-٢) روي يک سه پايه قرار دهيد . به سر هر ميله چوب کبريتي را به کمک موم بچسبانيد . اکنون سر ديگر هر سه ميله را به طور همزمان توسط شعله ي چراغ گرما دهيد . آنچه را مشاهده مي کنيد توضيح دهيد . 
چوب کبريت هايي که با موم نگه داشته شده اند

 

شکل ٢-٢- آهنگ رسانش گرما در ماده هاي متفاوت

جواب: گرما بطريق رسانش از آن سر ميله ها كه روي شعله قرار دارند به سر ديگر آنها كه چوب كبريتها قرار دارند شارش مي يابد و پس از مدتي در اثر ذوب شدن موم ها كبريت ها مي افتند. اما زمان اين اتفاق براي همه ميله ها يكسان نيست و ميله هايي كه رسانش گرمايي بهتري دارند كبريت شان زودتر مي افتد. اگر ميله ها به ترتيب شيشه اي و آهني و مسي باشند، چون رسانش گرمايي مس بيشتر از آهن و رسانش آهن بيشتر از شيشه است، ابتدا كبريت ميله مسي و سپس مال آهن و در آخر كبريت ميله شيشه اي مي افتد.