فیزیک و ریاضی فارابی

تعادل گرمایی

مقدار انرژی منتقل شده بر اثر اختلاف دما را گرما گویند.

توجه کنید که اشاره کردن به گرمای موجود در یک جسم اشتباه است. گرما مربوط به انرژی در حال گذار است. بنابراین عبارت هایی مانند گرمای یک جسم، نادرست است. گرما را با نماد Q نشان می دهند و یکای آن ژول (J) است. یکای دیگر گرما کالری است که د ر موارد خاصی از آن استفاده می شود. ( هر یک کالری برابر ۴٫۱۸۶۰  ژول است.)

وقتی دو جسم سرد و گرم در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، از دیدگاه میکروسکوپی، آنچه که اتفاق می افتد کاهش انرژی های جنبشی و پتانسیل مربوط به حرکت های کانوره ای اتم ها، مولکول ها و سایر اجزای میکروسکوپی داخل جسم گرم، و افزایش همین انرژی ها در داخل جسم سرد است تا آنگه دو جسم به تعادل گرمایی برسند.

ظرفیت گرمایی

مقدار گرمای داده شده به یک جسم برای اینکه دمایش یک درجه کلوین ( یک درجه سلسیوس) افزایش یابد را، ظرفیت گرمایی یک جسم گویند. ظرفیت گرمایی به جنس و جرم آن بستگی دارد و یکای آن J/K است.

به طور مثال اگر گفته شود ظرفیت گرمایی یک جسم ۲۰۰۰ J/K است، یعنی اگر به آن جسم ۲۰۰۰ ژول گرما بدهیم، دمای آن یک درجه کلوین افزایش می یابد. ظرفیت گرمایی را با C ( حرف بزرگ انگلیسی) نشان می دهیم.

گرمای ویژه

مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم از آن جسم داده شود تا دمای آن یک درجه سلسیوس یا کلوین افزایش یابد. گرمای ویژه را با c (حرف کوچک انگلیسی) نشان می دهند.

که یکای آن  (J/kg.K) است. گرمای ویژه یک جسم به جنس ماده تشکیل دهنده آن و دما بستگی دارد.

با توجه به روابط ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه خواهیم داشت :

و برای بدست آوردن گرمای منتقل شده ( به شرط اینکه جسم تغییر حالت ندهد،) از رابطه زیر استفاده می کنیم:

مثال ۱: دمای ۲ کیلوگرم آب را از ۸۰ درجه سلسیوس به ۲۰ درجه سلسیوس می رسانیم. مقدار گرمایی که آب در این فرایند از دست می دهد، را بیابید. ( گرمای ویژه آب  4187 J/kg.K است.)

حل مثال ۱:

مول و عدد آووگادرو : یک مول از هر ماده به معنای ۶٫۰۲×۱۰^۲۳ از اجزای سازنده آن ماده است. که به آن عدد آووگادرو گفته می شود. مثلا یک مول آلومینیوم به معنای ۶٫۰۲×۱۰^۲۳  اتم آلومینیوم است و یک مول آلومینیوم اکسید به معنای ۶٫۰۲×۱۰^۲۳   مولکول آلومینیوم اکسید است. بدیهی است که اگر جرم نمونه ای از ماده را با m و جرم یک مول از ماده را با M (که موسوم به جرم مولی است) نشان دهیم، داریم :

که در آن n بر حسب مول (mol)، m بر حسب کیلوگرم (kg) و M بر حسب کیلوگرم بر مول (kg/mol) است.

گرمای ویژه مولی : مقدار گرمایی که باید به یک مول از یک ماده داده شود تا دمای آن یک درجه کلوین افزایش یابد را گرمای ویژه مولی گویند. و یکای آن (J/mol.K) است.

قاعده دولن و پتی : گرمای لازم برای بالابردن دمای یک مول از هر یک از فلزهای مختلف، مقدار یکسانی است و به جنس آن ها بستگی ندارد.

دمای تعادل

اگر دو یا چند جسم با دماهای مختلف در تماس با یکدیگر قرار گیرند، پس از مدتی همدما می شوند، یعنی دمای آن ها به مقدار یکسانی می رسد. به این دما، دمای تعادل می گویند که می توان با استفاده از قانون پایستگی انرژی، آن را محاسبه کرد.

اگر دو جسم با دماهای مختلف در تماس با هم باشند و مجموعه با محیط اطراف تبادل گرما نداشته باشد (اگر مجموعه با محیط تبادل گرما داشته باشد، در پاسخ تمرین ۸ توضیح داده شده است)، یکی از دو جسم گرما می گیرد یعنی (Q>0) و جسم دیگر به همان اندازه گرما از دست می دهد یعنی (Q<0) که جمع این دو مقدار صفر می شود. در واقع گرمایی که یکی از دو جسم از دست می دهد را جسم دیگر می گیرد.

و اگر چند جسم داشته باشیم که در تماس با یکدیگر باشند، خواهیم داشت :

مثال ۲: یک قطعه ۱۴۰ گرمی آلومینیوم را که دمای آن ۸۰ درجه سلسیوس است در ظرف عایقی که حاوی ۲۵۰ گرم آب در دمای ۲۲ درجه سلسیوس است، می اندازیم. دمای تعادل را حساب کنید. از تبادل گرما بین ظرف و آب چشم پوشی کنید. ( گرمای ویژه آب را ۴۱۸۷ و آلومینیوم را ۹۰۰ ژول بر کیلوگرم درجه کلوین در نظر بگیرید.)

حل مثال ۲ :

مثال ۳: m₁ گرم آب ۱۰ درجه سلسیوس را با m₂ گرم آب ۷۰ درجه سلسیوس مخلوط می کنیم تا ۲ کیلوگرم آب با دمای ۲۵ درجه سلسیوس داشته باشیم. در صورتی که تبادل گرما با ظرف و محیط نداشته باشیم، m₁  و m₂ چند گرم هستند؟

حل مثال ۳: دمای تعادل ۲۵ درجه سلسیوس و جمع جرم دو جسم ۲ کیلوگرم است. یعنی :

مثال ۴: برای اندازه گیری گرمای ویژه فلزی با جنس نامعلوم، قطعه ای ۶۰۰ گرمی از آن را تا ۱۰۰ درجه سلسیوس گرم می کنیم و سپس آن را در گرماسنجی با ظرفیت گرمایی C=1.80×۱۰^۲ J/K که حاوی ۵۰۰ گرم آب با دمای اولیه ۱۷٫۳ درجه سلسیوس می اندازیم.اگر دمای نهایی مجموعه ۲۰ درجه سلسیوس شود، گرمای ویژه این فلز چقدر است ؟ ظرفیت گرمایی ویژه آب c=4187 J/kg.K است.

حل مثال ۴:

ویدیو آموزشی گرما و دمای تعادل 

در این ویدیو آموزشی توضیحاتی در مورد تعادل گرمایی، گرما و دمای تعادل، ظرفیت گرمایی، گرمای ویژه توسط استاد مصطفی کبیری داده می شود. همچنین نحوه محاسبه دمای تعادل با حل چند مثال شرح داده می شود.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

تمرین های گرما و دمای تعادل

تمرین ۱: چه مقدار گرما به ۲۵۰ گرم مس ۳۰ درجه سلسیوس بدهیم تا دمای آن به ۹۰ درجه سلسیوس برسد ؟ (c=400 J/kg.K)

تمرین ۲: درون ظرفی که ظرفیت گرمایی آن C=200 J/K است مقداری آب ۲۰ درجه سلسیوس ریخته ایم و با ۲ کیلوگرم آب ۶۰ درجه سلسیوس مخلوط می کنیم. اگر دمای تعادل ۳۰ درجه سلسیوس باشد، جرم اولیه آب را حساب کنید. ( ظرفیت گرمای ویژه آب c=4200 J/kg.K است)

تمرین ۳: به ۳۰۰ گرم آب و ۴۰۰ گرم آلومینیوم به مقدار مساوی گرما می دهیم. اگر دمای آب ۸ درجه سلسیوس افزایش یابد، دمای آلومینیوم چند درجه سلسیوس افزایش خواهد یافت ؟ گرمای ویژه ی آب و آلومینیوم به ترتیب c=4200 J/kg.K و c=900 J/kg.K است.

تمرین ۴: اگر جرم ماده ای را نصف و گرمای داده شده به آن را ۲ برابر کنیم، ظرفیت گرمایی ویژه ی آن ماده چند برابر می شود ؟

تمرین ۵: درون گرما سنجی با ظرفیت گرمایی C=42 J/K مقداری آب با دمای ۱۰ درجه سلسیوس در تعادل گرمایی وجود دارد. جسمی با ظرفیت گرمایی c=105 J/K و دمای اولیه ۳۲ درجه سلسیوس را وارد گرماسنج می کنیم. پس از مدتی دما به ۱۲ درجه سلسیوس رسیده و تغییر نمی کند. جرم آب موجود در گرماسنج چند گرم بوده است ؟ (ظرفیت گرمایی ویژه آب c=4200 J/kg.K و از اتلاف گرما صرف نظر کنید و جسم تغییر حالت نمی دهد.)

تمرین ۶: در ظرفی عایق گرما، ۲ کیلوگرم مایع با گرمای ویژه c و دمای ۱۰ درجه سلسیوس موجود است. اگر یک جسم ۳ کیلوگرمی با گرمای ویژه ی ۲ c و دمای ۳۰ درجه سلسیوس را درون مایع اول وارد کنیم، دمای تعادل چند درجه سلسیوس می شود؟ (اتلاف گرما ناچیز است)

تمرین ۷: کرمای Q ، دمای ۳ گرم از ماده ی A را ۵ درجه سلسیوس و دمای ۲ گرم از ماده ی B را ۳ درجه سلسیوس بالا می برد. گرمای ویژه ی ماده A چند برابر گرمای ویژه ی ماده B است ؟

تمرین ۸ : چند کیلوگرم آب ۸۰ درجه سلسیوس را با یک کیلوگرم آب ۲۰ درجه سلسیوس مخلوط کنیم تا دمای تعادل ۵۰ درجه سلسیوس شود؟ با فرض اینکه در حین تبادل گرما Q=21×۱۰^۴  ژول گرما از ظرف خارج شود. (ظرفیت گرمایی آب c=4200 J/kg.K است)

برای آموزش محاسبه گرما و دمای تعادل با در نظر گرفتن تغییر حالت ماده کلیک کنید.

در ادامه مطلب

تعداد رقم های معنادار 

بقیه در ادامه مطلب

دیگ زودپز چگونه کار می کند؟

بابستن در دیگ و داغ شدن هوای داخل آن فشار داخل دیگ به شدت بالامیرود در این حالت آب به جای آنکه در صد درجه به جوش بیاید مثلا در دویست درجه به جوش میاد. آب دویست درجه توانایی زیادی دارد و‌میتواند لوبیا را له کند

مهندس درانی نژاد

نیروهای بین مولکولی به نیروهای جاذبه و دافعه‌ای گفته می‌شود که بین ذرات همجوار (اتم، مولکول یا یون) عمل می‌کنند. این نیرو نسبت به نیروهای درون ذره‌ای، نیرویی که یک مولکول را یک‌جا نگه‌می‌دارد، ضعیف‌تر است. به عنوان مثال، پیوند کووالانسی موجود در داخل مولکول هیدروژن کلرید(HCl) بسیارقوی‌تر از نیروهای بین مولکول‌های همسایه است، که زمانی وجود دارد که مولکول‌ها به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند. نیروهای بین مولکولی بسیار کوتاه برد هستند . یعنی وقتی فاصلهٔ مولکول‌ها، چند برابر فاصلهٔ بین مولکولی شود، نیروهای بین مولکولی بسیار کوچک و عملاً صفر خواهند شد .

نیروهای بین مولکولی به صورت متداول به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

پیوند های=کووالانسی، یونی، فلزی، یون-دوقطبی، دوقطبی-دوقطبی، یون-دوقطبی لحظه ای، دوقطبی-سه قطبی لحظه ای، لاندن، هیدروژنی، واندروالسی

نیروهای همچسبی و دگرچسبی نیروهای موقت و سست بین مولکول هاهستند و در واقع کشش سطحی محسوب می‌شوند

موفق باشید

در این فصل مباحث زیر مورد بحث و بررسی قرار می گیرد

الف : فیزیک

ب : اندازه گیری

در این فصل اندازه گیری ار اهمیت زیادی برخوردار است و در کنکور حداقل یک سوال از این مبحث می آید

سعی کنید اندازه گیری را خوب یاد بگیرید و بتوانید تستهای ان را حل کنید 

در خواندن این مبحث حتما به نکاتی مانند 

دقت اندازه گیری 

یکا

تبدیل یکاها

توجه کنید و سرسری نگیرید

شاید بالتر زدن یک تست از دیگران سرنوشت شما را تغییر دهد

دریافت

این تستها را به روش تشریحی با بهترین روش و راههای میانبر برای شما حل کرده ایم تا راحت تر در ذهن شما بتواند و بتوانیذ نمونه های آن را در کنکور به راحتی حل کنید . ضمنا دانش اموزانی که سعی در شرکت در آزمونهای المپیاد دارند می توانند به خوبی از این تست ها استفاده کنند- تعداد 16 تست

تستهای نکته دار فیزیک دهم دبیرستان در فیزیک

فصل اول

مدرس : مهندس درانی نژاد 

دبیر مدارس نمونه و تیزهوشان فارس- مدرس موسسه فرادرس- سرگروه سابق فیزیک

16 تست

برای دریافت کلیک نمایید

دریافت در ادامه مطلب به صورت پی دی اف

اگر بخواهیم دوکمیت برداری با هم جمع کنیم به دو روش میتوان این کار را انجام داد که در ادامه مطلب می گوییم

قبلا کمیت نرده ای را گفتیم وحالا نوبت میرسد به کمیت برداری

در ادامه مطلب

اندازه گیری یعنی مقایسه

مقایسه کمیتی که می خواهیم ان را اندازه بگیریم با کمیتی واحد (یکا)

بقیه در ادامه مطلب

در مدل سازی فیزیک یک پدیده را انقدر ساده و آرمانی می سازند تا بتوان ان را به راحتی تجزیه و تحلیل نمود

بقیه در ادامه

چون

 ٔمطالعه و یادگیری فیزیک به این دلیل اهمیت دارد که فیزیک از بنیادی ترین دانش ها و شالوده تمام مهندسی ها و تمام پدیده هایی است که درزندگی ما نقش دارند

بقیه در ادامه مطلب

اندازه گیری یعنی

مقایسه

مقایسه کمیت مورد نظر با مقیاس

چرا؟

برای اینکه بدانیم

بقیه در ادامه مطلب

فروش ارزان دفتر برنامه ریزی تحصیل مبتکران

هر کتاب فقط 10000 تومان

پیامک به

09028996086

دوستان دانش اموزان تعدادی از مطالب که قبلا در این سایت منتشر شده و

دانش آموزان دهم دبیرستان می توانند از  

 ان استفاده کنند مجددا آورده میشود 

روی هرفصل کلیک کنید

فصل  اول

فصل دوم

فصل سوم

فصل چهارم

فصل پنجم