جواب فعالیت صفحه ۵۴ فیزیک (2) - تجربی

پاسخ فعالیت ۲-۴

این آزمایش برای تحقیق قانون ژول به این صورت انجام می‌شود:

۱. گرماسنج را با مقدار معینی آب پر کنید و دمای اولیهٔ آب را با دماسنج اندازه بگیرید.

۲. دو سیم رابط را به دو سر یک مقاومت داخل گرماسنج وصل کنید. مقاومت را درون آب قرار دهید تا گرمای تولیدشده به آب منتقل شود.

۳. دو سر مقاومت را به منبع تغذیه وصل کنید. آمپرسنج را به صورت سری در مدار قرار دهید تا جریان \(I\) را اندازه بگیرید و ولت‌سنج را موازی با مقاومت قرار دهید تا اختلاف پتانسیل \(V\) دو سر آن را اندازه بگیرید.

۴. مدار را برای مدت زمان معین \(t\) (مثلاً \(t = 300\,\text{s}\)) روشن نگه دارید و هم‌زمان آب را به آرامی هم بزنید تا دمای آن یکنواخت شود.

۵. در پایان این مدت، دمای نهایی آب را بخوانید و افزایش دما \(\Delta\theta\) را به دست آورید. سپس با استفاده از جرم آب \(m\) و گرمای ویژهٔ آب \(c\)، گرمای جذب‌شده را از رابطهٔ \(Q = mc\Delta\theta\) محاسبه کنید.

۶. مقادیر نمونه: اگر \(I = 2/0\,\text{A}\)، \(R = 5/0\,\Omega\)، \(t = 300\,\text{s}\) و \(m = 0/2\,\text{kg}\)، \(c = 4200\,\text{J/(kg.}^\circ\text{C)}\) باشد، داریم:

\[RI^2t = (5/0\,\Omega)(2/0\,\text{A})^2(300\,\text{s}) = 6000\,\text{J}\]

مقادیر زیر نمونه‌اند؛ اندازه‌گیری شما ممکن است کمی فرق کند. اگر افزایش دمای نمونه برابر \(\Delta\theta \approx 7/1\,^\circ\text{C}\) باشد، آنگاه:

\[Q = mc\Delta\theta = (0/2)(4200)(7/1) \approx 5964\,\text{J}\]

۷. نتیجه: مقدار \(Q\) به‌دست‌آمده از گرماسنجی تقریباً برابر با \(RI^2t\) است. بنابراین قانون ژول تأیید می‌شود. اختلاف کوچک میان دو مقدار به دلیل گرمای تلف‌شده به محیط و گرمای جذب‌شده توسط گرماسنج و دماسنج است.