• تعداد بازديد :
  • پنج شنبه 1395/03/20
  • تاريخ :

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است ؟

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

مقدمه:

ما انسان ها با داشتن حس لامسه می توانیم تفاوت بین سرما و گرما را حس کنیم. اما آیا حسی که نسبت به یک درجه حرارت خاص داریم در تمام شرایط یکسان است؟ آیا دقت کرده اید که در حمام زمانی که با پای برهنه روی کاشی حمام قدم می گذارید حس سرمای زیادی می کنید، اما حوله ای که در همان شرایط دمایی در حمام آویزان است بسیار گرم تر حس می شود؟ این تفاوت از کجا ناشی می شود؟ فعالیت سرگرم کننده ی زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید!

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

پیش زمینه:

ابتدا باید در مورد مبحث انرژی صحبت کنیم. گرما یکی از اشکال انرژی است. هنگامی که جسمی گرما می گیرد، انرژی جنبشی مولکول های این جسم افزایش پیدا می کند و مولکول ها سریع تر حرکت می کنند. دما معیاری از سرعت متوسط مولکول های ماده است.
پس از انرژی باید کمی در مورد حس لامسه توضیح دهیم. مغز شما همیشه در حال فرستادن پیام هایی به دستان شماست. مثلاً: «هی دست ها! دستگیره ی در را بگیرید و در را باز کنید!» دست ها نیز می توانند به مغز پیام بفرستند. سلول های حسی در دستان شما سیگنال هایی به مغزتان می فرستند تا بتوانند بفهمند دست شما در حال لمس چه چیزی است. اما همانطور که در این فعالیت علمی خواهید آموخت، سیستم لامسه ی ما نمی تواند با دقت یک دماسنج دمای اجسام را اندازه بگیرد.

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

مواد و وسایل مورد نیاز:

حمام با کف کاشی
جاحوله ای فلزی
حوله
لیوان آب خالی
کاغذ و مداد
نوار دماسنج کریستال مایع مخصوص آکواریوم (می توانید آن را از مغازه های آکواریوم فروشی خریداری کنید.)

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

آماده سازی:

اطمینان حاصل کنید که حوله و لیوان آب ده دقیقه قبل از شروع کار در حمامی قرار داشته باشند که قصد انجام آزمایش را در آن دارید.

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

 یک لیست از مواردی که آزمایش خواهید کرد روی کاغذ تهیه کنید: کاشی، جاحوله ای، حوله و لیوان. روبه روی هر کدام از این موارد فضای کافی برای نوشتن دو مطلب خالی بگذارید: اول حسی که با لمس کردن آن دارید و دوم دمای حقیقی آن.

 

روش کار:

کف دست خود را روی حوله قرار دهید. چه حسی دارید؟ حوله گرم است یا سرد؟

روی کاغذ روبه روی کلمه ی حوله بنویسید که چه حسی از لمس آن داشتید.

حال کف دست خود را روی سطح لیوان بگذارید. لیوان را گرم حس می کنید یا سرد؟

این بار نیز روی کاغذ روبه روی کلمه ی لیوان بنویسید که چه حسی از لمس آن داشتید.

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟ 

همین مراحل را در مورد جاحوله ای فلزی و کاشی انجام دهید. با لمس آنها حس گرما دارید یا سرما؟ نتایج را روی کاغذ یادداشت کنید. آیا درک تفاوت بین دمای اجسامی که آنها را لمس کردید برایتان ساده بود؟ چند دقیقه صبر کنید و سپس نوار دماسنج را روی سطح حوله قرار دهید. دماسنج چه دمایی را برای حوله نشان می دهد؟

دمایی که دماسنج برای حوله نشان می دهد روی کاغذ روبه روی کلمه ی حوله یادداشت کنید.

سپس دماسنج را به ترتیب روی لیوان، جاحوله ای فلزی و کاشی بگذارید و دمای آنها را اندازه بگیرید. دمای این سطوح یکسان است یا متفاوت؟ دمای واقعی این اجسام در مقایسه با حسی که با لمس آنها داشتید چگونه است؟

 

آزمایش تکمیلی:

سه لیوان شیشه ای بلند آماده کنید. یکی را با آب داغ (نه خیلی داغ) پر کنید. در لیوان دوم آب یخ و در لیوان سوم نیز آب دمای اتاق بریزید. با یک دست لیوان حاوی آب یخ را طوری بگیرید که کف دستتان به طور کامل با لیوان در تماس باشد. حال با دست دیگر به همین شکل لیوان حاوی آب داغ را بگیرید.
 
هر دو دست را به مدت یک دقیقه در همین حالت نگه دارید. سپس دستانتان را از دو لیوان جدا کنید و به سرعت لیوان حاوی آب با دمای اتاق را با دو دست بگیرید. چه حسی به دمای این لیوان دارید؟

 

مشاهده و نتیجه گیری:

اشیای داخل حمام از جمله حوله، لیوان، جاحوله ای و کاشی باید درجه حرارتی یکسان داشته باشند، اما درجه حرارتی که با لمس این اشیا از دستتان حس می کنید ممکن است بسیار متفاوت باشد. این مسئله مربوط به حرکت حرارت یا انرژی است. هنگامی که دو جسم در دماهای مختلف باشند، حرارت از جسم گرم تر به جسم سردتر جریان پیدا می کند.

 احتمالاً جاحوله ای فلزی به نظرتان سردتر از بقیه ی اجسام بوده است، زیرا فلز رسانای خوبی برای گرماست. به این معنا که می تواند به سرعت گرما را از دست شما بگیرد و به دست شما حس سرما بدهد. در مقابل حوله که از جنس پنبه است رسانای ضعیف گرماست و حرارت دست شما را نمی گیرد، به همین دلیل آن را گرم تر حس می کنید. لیوان شیشه ای و کاشی احتمالاً چیزی در این بین بوده اند. درک ما از دما از طریق مقایسه است. زمانی که جسمی را لمس می کنیم که دمایی متفاوت با دستمان دارد، جریان گرمای وارد شده به دست یا خارج شده از آن را به عنوان تفاوت حرارتی می بینیم. زمانی که گرما از دست ما خارج می شود، دمای دست کاهش می یابد و سنسورهای دست به مغز پیام می دهند که پوست در تماس با یک جسم سردتر است.
از آنجا که تعیین درجه حرارت با استفاده از حس لامسه فرآیندی مقایسه ای است، برای اندازه گیری دمای دقیق هر جسم نیاز به دماسنج داریم.

چرا کف حمام سرد و حوله گرم است؟

اگر آزمایش تکمیلی ذکر شده در بالا را انجام دهید، خواهید دید که دو دست شما می توانند اطلاعات متناقضی در مورد دمای یک جسم به شما بدهند. دستی که در تماس با لیوان حاوی آب یخ بود این حس را به شما داد که لیوان حاوی آب با دمای اتاق داغ است. دست دیگرتان که لیوان آب داغ را گرفته بود این حس را به شما داد که لیوان سوم سرد است. این در حالی است که در انتها هر دو دست شما یک لیوان را گرفته بودند!

این حس های اشتباه نشان می دهند که دستان ما قادر به درک مستقیم درجه حرارت لیوان نیستند. سنسورهای حرارت در پوست دست تغییر درجه حرارت ناشی از جریان گرما (یا انرژی) به درون دست یا بیرون از آن را حس می کنند. زمانی که لیوان سرد را در دست می گیرید، دست شما سرد می شود. سپس زمانی که این دست سرد در تماس با لیوان حاوی آب با دمای اتاق قرار می-گیرد، گرما از لیوان به سمت دست شما جریان پیدا می کند تا دمای آن را افزایش دهد. حرارت دست شما افزایش می یابد، در نتیجه دست حس می کند که لیوان گرم است. زمانی که لیوان گرم را در دست می گیرید، دست شما گرم می شود. در ادامه با لمس لیوان با دمای معمولی، گرما از دست شما به لیوان جریان پیدا می کند تا دست شما خنک شود. دست شما در این فرآیند حرارت از دست می دهد و در نتیجه حس می کند که لیوان سرد است. 

عصب هایی در دست شما وجود دارند که می توانند تعیین کنند یک جسم گرم تر از دمای بدن است یا سردتر. اما آنها به سرعت با شرایط وفق پیدا می کنند و از جسم حس عادی و نه گرم یا سرد پیدا می کنیم. زمانی که دستان خود را به لیوان با دمای معمولی می چسبانید، هر کدام از دست ها حسی متفاوت از آنچه قبل داشت دریافت می کند. از آنجا که هر کدام از دست هایتان در مرحله ی قبل لیوانی با دمای متفاوت را گرفته بود، تغییراتی که در مرحله ی بعد احساس می کند متفاوت است، در حالی که هر دو دست در تماس با یک لیوان هستند.

منبع: Scientific American

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان،تنظیم: نیلوفر یاقوتی

UserName