انرژی گرمایی

چکیده: انرژی به صورت های گوناگون وجود دارد، مانند انرژی الکتریکی، انرژی تابشی، انرژی پتانسیل، انرژی گرمایی و ... . در این درس به بررسی انرژی گرمایی مواد و انواع حرکت ذره ها خواهیم پرداخت.

شرح درس:

انرژی گرمایی:
هر جسم در حال حرکت دارای انرژی جنبشی است. ذره های تشکیل دهنده یک ماده ( یعنی اتم ها، مولکول ها یا یون ها) جنبش های متفاوتی دارند و پیوسته در حال حرکتند، به عبارتی همه آن ها دارای انرژی جنبشی هستند. به مجموع انرژی های جنبشی ذره های سازنده یک نمونه ماده، انرژی گرمایی آن می گویند.

هنگامی که یک جسم گرم می شود، مقدار انرژی آن تغییر می کند. در واقع طی این فرایند، انرژی جذب شده، در میان ذره های سازنده آن جسم توزیع می شود. در نتیجه انتظار می رود ذرات یاد شده با سرعتی بیش تر از پیش به حرکت خود ادامه دهند. حرکت های نامنظم ذره های سازنده یک ماده را حرکت های گرمایی می گویند. در ادامه انواع این حرکات را بررسی خواهیم کرد.

حرکت انتقالی: حرکتی است که مولکول ها به طور آزادانه به هر سویی انجام می دهند و باعث انتقال آن ها از نقطه ای به نقطه دیگر می شود.

حرکت چرخشی: به چرخش اتم های سازنده مولکول، حول محورهای مختلف، حرکت چرخشی می گویند.

حرکت ارتعاشی: اگر پیوندهای کووالانسی را هم چون فنری در نظر بگیریم که اتم ها را محکم به هم متصل کرده است، در این صورت این پیوندها می توانند مرتعش شوند. بنابراین به مولکول ها نیز می توان حرکت های ارتعاشی گوناگونی نسبت داد.

برای تصور بهتر این حرکات، در نظر بگیرید که دو گلوله آهنی سبک را به فنری متصل کرده و آن ها را به سمت بالا پرتاب کنیم، این مجموعه از یک نقطه به نقطه دیگری جا به جا می شود، یعنی دارای حرکت انتقالی است. به دور خود می چرخد، پس حرکت چرخشی هم دارد. هم چون فنر کشیده و جمع می شود یا به عبارتی به نوسان در می آید، پس می توان گفت که مجموعه دارای حرکت ارتعاشی نیز هست. بنابراین برای ذره های تشکیل دهنده ماده هم می توان حرکت های انتقالی، چرخشی و ارتعاشی در نظر گرفت. مشاهده های تجربی وجود چنین حرکت هایی را در ذره های سازنده ماده به اثبات رسانده است.

دما:

میانگین انرژی های جنبشی ذره های تشکیل دهنده یک نمونه ماده است. اگر دما را معیاری از میزان گرمی یک جسم تعریف کنیم، اختلاف دمای میان دو جسم، ما را از اختلاف در انرژی جنبشی ذره های تشکیل دهنده آن دو آگاه می سازد. بر اثر گرم شدن یک جسم، میانگین سرعت حرکت ذره های سازنده آن افزایش می یابد. بنابراین دمای جسم بالا می رود. با افزایش دمای یک جسم، انرژی جذب شده توسط ذره ها، میان همه حرکات ذرات توزیع می شود تا هزینه اجرای آن ها تامین گردد. تجربه نشان می دهد توزیع انرژی میان ذره های سازنده ماده یکسان نیست، زیرا هر ذره بسته به موقعیت خود می تواند انرژی متفاوتی داشته باشد. به همین دلیل همواره میانگین انرژی همه آن ها اندازه گیری می شود.