پاسخ : پرسش و پاسخ مربوط به فیزیک سال اول دبیرستان
به نقل از m!na.m :
آقا!
میشه کلن گرما رو توضیح بده یکی؟
اگه نمیشه پاک کنه یکی پستمو!
من حتی یه دوونه سوالم نمیتوونم حل کنم! ----> گرمای تعادل
به نظر من بهتره اول از همه یه اشاره تاریخی کوچیک بکنیم به نظریه نقض شده "کالریک". مردم قبلا معتقد بودن گرما یه چیز فیزیکی به اسم کالریکه که از یه ماده به ماده دیگه منتقل میشه. ولی بعدا این نظریه رد شد، چون نمی تونست پدیده هایی مثل اصطکاک رو توضیح بده، که توش گرما ایجاد میشه، بدون این که اختلاف دمایی هم موجود باشه.
گرما، مجموع انرژی جنبشی ذرات تشکیل دهنده ماده است. واحدش هم همون واحد انرژیه، و در سیستم SI میشه ژول. اتم ها و مولکول های مواد مختلف یه سری حرکت هایی انجام می دن، که یه سریشون بر می گرده به همین انرژی جنبشی. مثل هر جسم متحرکی که یه انرژی جنبشی داره، اتم ها و مولکول ها هم اگه حرکت بکنن، انرژی جنبشی دارن، که مجموع این انرژی رو بهش می گیم گرما. البته مولکول ها به جز جا به جا شدن کارای دیگه ای هم می کنن، مثل لرزیدن سر جاشون و اینا، که روی هم "انرژی درونی" ماده رو تشکیل می دن، ولی انرژی گرمایی یه بخشی از این انرژی درونیه که به جنبش مولکول ها مربوط می شه. در واقع انرژی گرمایی یه زیر مجموعه ای انرژی درونی کلی ماده است.
حالا تفاوت گرما و دما چیه؟ گرما
مجموع انرژی جنبشیه، در حالی که دما
میانگین انرژی جنبشی همه ی ذراته. توی یه ماده، ممکنه بعضی از ذرات خیلی کم انرژی باشن، ولی بعضی ذرات خیلی پر انرژی. میانگین کل انرژی جنبشی رو بهش می گیم دما. وقتی به یه جسمی گرما داده میشه، انرژی جنبشی ذراتش رفته رفته زیاد می شن، و نتیجتا میانگین این انرژی، که همون دما هستش هم میره بالا.
انتقال حرارتی هم یه راهیه که مواد مختلف، یا قسمت های مختلف یه ماده به حالت تعادل گرمایی می رسن. کلا مواد دوست دارن به تعادل ترمودینامیکی برسن، که طبیعی هم هست. شما خودت (احتمالا) دوست نداری تو یه دستت 2 تا کتاب باشه، تو اون یکی 8 تا! ترجیح می دی (احتمالا!) به صورت مساوی تو هر دوتاش 5 تا باشه. مواد هم همینجورین و ترجیح می دن یه تعادلی بین انژی جنبشی ذراتشون باشه. واسه همین وقتی دو تا جسم رو با دماهای مختلف کنار هم می ذاریم، بر هم کنش بین ذرات سطحیشون باعث می شه انرژی یه ماده کم بشه، و مال اون یکی رفته رفته بیشتر. البته این مهمه که گرما از یه ماده "بلند نمیشه" بره اون یکی! بله انرژی ماده ای که دماش بیشتره یواش یواش کمتر میشه، و هم زمان انرژی اونی که دماش کمتره یواش یواش میره بالا.
سه روش اصلی انتقال حرارتی هم رسانایی، همرفت، و تابشه، که جزئیات هر کدوم رو بخوام بگم شاید پر حرفی بیش از حد باشه.
فقط یه اشاره کوچیک هم به محاسبه هر کدوم بکنم با اجازه. گرما، همونطور که گفتم، مجموع انرژی جنبشیه. واسه همین محاسبه ش از همون 2E = 1/2mv ممکنه، اگه بدونیم دقیقا هر ذره چه سرعتی داره. دما هم که میشه این مجموع تقسیم بر تعداد کل ذرات. ولی فکر کنم سوال اصلی شما در مورد Q = mc∆T باشه. توی این فرمول، m که جرمه، T∆ هم تغییرات دما بر حسب
کلوینه. Q انرژی که به جسم داده می شه، یا همون U∆، که تغییرات انرژی درونی ماده است. c هم ظرفیت گرمایی ویژه ماده است، که یه خاصیت مخصوص ماده است، مثل رسانایی الکتریکی. همونطور که آلومینیوم رساناییش از چوب بیشتره، ظرفیت گرمایی ویژه ماده های مختلف هم با هم فرق داره.
یه مثال هم بزنم و بس: فرض کنیم می خوایم دمای 5 کیلو آب رو از 278 کلوین (5 درجه) برسونیم به 288 کلوین (15 درجه). چه قدر باید بهش انرژی بدیم؟ (ظرفیت گرمایی ویژه آب kJ/kg.K 4.18 )
با توجه به اون فرموله، Q = 5 * 4.18 * (288 - 278) kJ ، که میشه 209kJ . این یعنی این که باید به یه طریقی این قدر انرژی رو از یه صورت دیگه تبدیل کنیم به انرژی گرمایی ماده. حالا اون صورت دیگه می تونه انرژِی الکتریکی باشه، می تونه انرژی شیمیایی ذخیره شده توی ماده باشه، یا هر چیز دیگه ای که بشه تبدیلش کرد به انرژی گرمایی ماده.
امیدوارم خیلی بیخود نبوده باشه... بازم اگه کمکی از دستم بر اومد در خدمتم.
!