سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
اولین ماده ای كه ظرفیت گرمایی ویژه آن اندازه گرفته شد چه بود و این كار چگونه انجام پذیرفت؟ .....
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : مجید محسنی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

گرما و انرژی مكانیكی

اولین ماده ‏ای كه ظرفیت گرمایی ویژه آن اندازه گرفته شد چه بود و این كار چگونه انجام پذیرفت؟

نكته مهم در مسیر تكامل دانش گرما و ترمودینامیك این است كه گرما تا مدت‏ها به عنوان صورتی از انرژی در نظر گرفته نمی‏شد. بلكه گرما به عنوان مایع و یا سیالی (بی جرم به نام كالری) فرض می‏شد كه بر اثر اختلاف دما از جسمی به جسم دیگر منتقل می ‏گردد.

به هر ترتیب، بایستی گرما (Q) به روشی در رابطه گرما و انرژی مكانیكیاندازه‏گیری شود، زیرا بدون تعریف گرما به دست آوردن مقدار ظرفیت گرمایی ویژه بی ‏معنی خواهد بود. برای خارج شدن از این بن بست فرض ساده‏ای، مشكل را حل نمود بدین ترتیب كه C را برای آب یك درنظر گرفتند و بدین ترتیب گرما (Q) تعریف شد. واحد گرما در این سیستم، كالری است و مقدار آن بدین صورت تعریف گردید:

  

  یك كالری مقدار گرمایی است كه اگر به یك كیلوگرم آب داده شود دمای آن را یك درجه سلسیوس بالا ببرد.

بعدها (در زمان ژول، دانشمند فرانسوی) گرما را نوعی انرژی به حساب آوردند و واحد آن "ژول" درنظر گرفته شد در نتیجه ظرفیت گرمایی ویژه بر حسب آن به دست آمد.

گرما و انرژی مكانیكی

اما چه رابطه‏ای بین انرژی گرمایی و سایر انرژی ‏ها برقرار است؟ مقدار گرما را چگونه می ‏توان بر حسب ژول اندازه گرفت؟

اگر جوابی كه به این سؤال می‏ دهید بدین صورت است كه: "مقداری انرژی (مكانیكی - الكتریكی و...) كه بر حسب ژول قابل اندازه‏گیری است به مقدار معینی آب می‏ دهیم و افزایش دمای آب را اندازه می ‏گیریم.

 

گرما و انرژی مكانیكی

 

سپس از رابطه گرما و انرژی مكانیكی، ظرفیت گرمایی ویژه آب را به دست می ‏آوریم". این جواب درست است ولی بایستی دید كه آزمایش و طرح شما تا چه اندازه قابل انجام است. ما در این جا آنچه در تاریخ علم رخ داده است را بیان می‏ كنیم. قبل از هر چیز به دو مورد زیر توجّه كنید.

در اواخر قرن نوزدهم "بنیامین تامسون" متوجّه شد كه در هنگام سوراخ كردن لوله توپ، مقدار زیادی گرما تولید می‏ شود. بعدها وی با وارد كردن توپ ها در آب و اندازه‏ گیری افزایش دمای آن (و تكرار این آزمایش) به نسبت تخمینی خوبی بین گرما و كار دست یافت. البته تا آن زمان گرما را یك سیال به نام كالری می ‏دانستند.

 

گرما و انرژی مكانیكی

 

نیم قرن بعد "جیمز ژول" آزمایش های متنوعی انجام داد كه مشهورترین آن دستگاهی همانند شكل زیر است. در این دستگاه كار انجام شده در حین سقوط وزنه ‏ها باعث حركت پرها و به تلاطم افتادن آب شده و در نتیجه آب گرم می‏ گردد. اگر عایق بندی دستگاه خوب باشد آن گاه تمام انرژی مكانیكی در حین سقوط به انرژی گرمایی تبدیل می‏ گردد. از طرفی افزایش دمای آب نیز توسط دماسنج با دقت زیاد قابل اندازه‏گیری است.

 

گرما و انرژی مكانیكیگرما و انرژی مكانیكی

 

بر این اساس می ‏توان رابطه بین ژول (واحد انرژی) و كالری (واحد گرما) را به دست آورد.

 بنا به تعریف می ‌دانیم كه برای افزایش دمای یك كیلوگرم آب به اندازه 1 درجه سانتیگراد (با واحد كالری) 1000cal گرما نیاز است و از طرفی دیگر با انجام آزمایش ‌های زیاد مشاهده می ‌كنیم كه اگر بخواهیم دمای یك كیلوگرم آب را 1 درجه سانتیگراد بالا ببریم بایستی 4200 ژول كار مكانیكی انجام دهیم. بنابراین یك كالری برابر 2/4 ژول است و ظرفیت گرمایی ویژه آب گرما و انرژی مكانیكی1  كه برابر فرض شده بود بر حسب گرما و انرژی مكانیكی برابر2/4 خواهد بود.

 

گرما و انرژی مكانیكی

 


مثال:

یك گلوله سربی به جرم 2 کیلوگرم كه با تندی 200 متر برثانیه حركت می‏كند و به دیواری اصابت می‏كند. اگر 80% انرژی جنبشی گلوله صرف گرم شدن خود گلوله شود، دمای گلوله چند درجه بالا می‏ رود؟

گرما و انرژی مكانیكی

راهنمایی و حل:

گرما و انرژی مكانیكی

 C بر حسب گرما و انرژی مكانیكیداده شده است كه بایستی آنرا به واحدگرما و انرژی مكانیكی تبدیل كنیم.

بنابراین داریم:

گرما و انرژی مكانیكی

گرما و انرژی مكانیكی

حال این عدد را در رابطه‏ای كه به دست آوردیم قرار می ‏دهیم:

گرما و انرژی مكانیكی

جهت مشاهده مطالب مرتبط با گرما و ترمودینامیک اینجا را کلیک کنید.

 

 

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: سمیرا بادامستانی

 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین