انتقال گرما -1

انتقال گرما بخش اول

گرما از جسم با دمای بیشتر به جسمی با دمای کمتر منتقل می شود؛ مانند هر انرژی دیگری قانون پایستگی انرژی همواره برقرار است.

سه روش: رسانش – همرفت – تابش 

1- رسانش: قاشق یا میله یا سیخ را روی شعله گاز نگه داریم، با توجه به اختلاف دما دو سر قاشق یا میله، گرما از سر داغ به سمت سر سرد منتقل می شود.

رسانش گرمایی: گرمای شعله سبب می شود جنبش اتم های میله در تماس با شعله بیشتر شود و طبیعتا دمای این بخش میله نیز بیشتر می شود. سپس بخش گرم شده به بخش کناری اش که هنوز سرد است انرژی می دهد و آن قسمت را گرم می کند. در نهایت در مدت زمان کوتاهی کل میله گرم می شود یعنی همه اتم ها هم دما می شوند.(رسانایی گرمایی: جامد> مایع> گاز) در روش رسانش انگار بازی بغلی بگیر بازی می کنند.

روش رسانش در جامدات خیلی قوی تر است، مثل بازی بغلی بگیر گرما را انتقال می دهند. وقتی یک قاشق را روی شعله گاز قرار می دهیم گرمای شعله سبب جنبش بیشترِ اتم های سر میله می شود.

آزمایش نشان داد، برخی از فلزها نسبت به فلزهای دیگر رساناهای بهتری برای گرما هستند. رسانایی گرمایی فلزهای مختلف یکسان نیست. رساناش گرمایی جامد فلزی از جامد غیرفلزی بیشتره یعنی مثلا آهن از پلاستیک رسانش گرمایی بهتری داره.

دو نوع ماده از نظر انتقال گرما داریم: نارسانا یا عایق – رسانا

نارسانا یا عایق: موادی مثل شیشه، چوب، لاستیک، هوا، پشم، چوب پنبه و . . . که گرما را بسیار آهسته منتقل می کنند.

رسانا: موادی مثل فلزها که گرما را بسیار سریع منتقل می کنند.

پشم شیشه و فایبرگلاس به علت داشتن هوای محبوس، نارساناهای خوب گرما هستند.

چرا در گازها نسبت به مایع ها و جامدها، رسانش گرمایی ضعیف تره؟ چون فاصله بین ذرات در گازها خیلی زیاده و به قول خودمون بازی بغلی بگیر و انتقال گرما به خوبی صورت نمیگیره.

برای همین پتو یا لباس پشمی استفاده می کنیم: چون اینا که اتیش درست نمیکنن که ما گرم بشیم، فقط اینکه نمیذارند به روش رسانش گرما از بدنمون خارج بشه و گرما رو حفظ می کنند تا سردمون نشه با کمک همون هوای محبوس(یعنی حبس شده و زندانی و گیر افتاده)

2- همرفت: به آب در حال جوش دقت کنید: حباب هایی به سمت بالای ظرف حرکت می کنند. همراه با حرکت حباب ها به طرف بالا، آب داغ نیز از ته ظرف به سمت بالا حرکت می کند، آب سرد بالای ظرف به سمت پایین حرکت می کند. آب با جابه جا شدن گرما را منتقل می کند(در گاز و مایعات روش همرفت جواب می دهد به دلیل جابه جایی زیاد اما در روش رسانش جامدات به علت نزدیک بودن به هم). به کمک رابطه چگالی که خیلی باهاش امسال در فصل های مختلف درگیر بودیم(چگالی جسم= جرم جسم تقسیم بر حجم جسم) میتونیم همرفت را بهتر درک کنیم.

قمستی از مایع یا گاز که به طرف بالا حرکت کند به علت چگالی کمتر می باشد و در نتیجه آن قسمت هایی که چگالی بیشتری دارند جایگزین قسمت جابه جا شده می شوند و این چرخه هی تکرار می شود. یادتونه دیگه گرم شدن باعث افزایش جنب و جوش ذره ها و دور شدن آنها از هم می شود و وقتی جرم آب و گاز ثابت است با زیاد شدن حجم، چگالی کم می شود و برعکس.

همرفت: در این انتقال گرما، قسمتی از مایع یا گاز که گرم شده، به طرف بالا حرکت می کند و قسمت های اطراف آن که سردترند، جای ان را می گیرند(در هر دمایی رخ می دهد نه فقط جوش مثل بخاری یا شمع سماور).

پس برای جمع بندی و توضیح علمی جریان همرفتی هنگام گرم شدن آب: وقتی آب را از پایین گرم می کنیم، مولکول های آن تند تر حرکت می کنند و بیشتر از هم دور می شوند؛ یعنی آب منبسط(افزایش حجم یا باز شدن) می شود. در نتیجه چگالی آن کم می شود و به طرف بالا رانده می شود. در این هنگام آب خنک تر، جای آبی را می گیرد که گرم شده و به طرف بالا رفته است. با تکرار این فرایند، همه آب گرم می شود.

نسیم دریا حاصل انتقال گرما به روش همرفت می باشد، اما چطور؟ جریان های همرفتی در هوا به صورت باد مشاهده می شوند.

مثلا در طول روز ساحل(خشکی) زودتر از آب دریا گرم می شود و دمای بالاتری پیدا می کند، هوای روی ساحل گرم می شود و به طرف بالا می رود؛ در نتیجه هوای خنک بالای آب به سمت ساحل می آید و نسیم دریا به وجود می آید.

در شب برعکسه و هوا به سمت دریا حرکت می کند. علت هر دو اینه که هم آب دیرتر گرم میشه در طول روز و هم اینکه در شب دیرتر سرد میشه.

گرم شدن اتاق به وسیله رادیاتور: هوای بالای رادیاتور گرم شده و انبساط پیدا می کند و چگالی آن کم می شود؛ در نتیجه به طرف بالا حرکت می کند و هوای سرد اطراف که چگالی آنها بیشتر است، به طرف پایین و به سمت رادیاتور حرکت می کند. این هوای سرد دوباره گرم شده و به طرف بالا حرکت می کند. به این ترتیب گردش هوا در خانه اتفاق می افتد و هوای قسمت های دور از رادیاتور هم گرم می شود.