پاسخ تمرینهای فصل دوم

1- پاسخ دهید:

الف- چرا دیواره شیشه ای مخزن دماسنج باید نازک باشد؟

ب- چرا آب مایع مناسبی برای استفاده در خنک کردن موتور اتومبیل است؟

پ- چرا در زمستان هنگامی که سطح آب دریاچه یخ می بندد، با افزایش ضخامت یخ آهنگ افزایش ضخامت یخ کند می شود؟

جواب الف- شیشه عایق گرما است و اگر دیواره مخزن دماسنج کلفت باشد، مانع از رسیدن سریع دمای محیط به مایع داخل دماسنج شده و اندازه گیری دما را مشکل می سازد. ضمناً اگر اختلاف دمای محیط و دماسنج زیاد باشد، ضخامت زیاد دیواره مخزن موجب شکستن آن می شود.

جواب ب: گرمای ویژه آب بسیار بالا است، به این علت در هر چرخش به دور موتور در حال کار، مقدار زیادی از گرمای آن را گرفته و از طریق رادیاتور به محیط می دهد. به این ترتیب از بالا رفتن دمای موتور به راحتی جلوگیری می شود.

جواب پ-یخ عایق گرما است. با افزایش ضخامت یخ روی آب دریاچه، تبادل گرمایی بین هوای سرد محیط و آب زیر یخ کاهش پیدا می کند. در نتیجه عمل منجمد شدن لایه های زیر یخ نیز کندتر می شود.

2- آزمایشی را طراحی کنید که نشان دهد هوا رسانای ضعیف گرما است.

جواب: دو ظرف مشابه فلزی درپوش دار A و B را از آب داغ پر کنید. سپس یک ظرف درباز بزرگتری را به طور وارونه بر روی یکی از آنها مثلاً ظرف A قرار دهید. بعد از ربع ساعت اگر دمای ظرفها را اندازه بگیرید ملاحظه میکنید دمای ظرف B پایین تر از ظرف A است. یعنی ظرف B سریعتر از ظرف A سرد شده است. علت این امر آنست که در اطراف ظرف A یک لایه هوا توسط درپوش ایجاد شده و آنرا عایقبندی کرده است.

3- پاسخ دهید:

الف- چرا موادی نظیر پشم و تارهای شیشه ای عایق های گرمایی خوبی هستند؟

ب- یک قطعه چوب و یک قطعه آهن هم دما را لمس کنید. چرا آهن سردتر به نظر می آید؟ آیا این به دلیل خطای لامسه است؟ توضیح دهید.

جواب الف: پشم وتارهای شیشه ای بسته هایی از هوا را در بین تارها و منفذهای خود نگه می دارند. با توجه به اینکه هوا عایق خوبی برای گرما است، این مواد نیز به صورت عایق خوب گرما عمل می کنند.

جواب ب- گرمای ویژه آهن خیلی کمتر از گرمای ویژه چوب است. معنی این گفته آن است که آهن سریعتر و بهتر از چوب می تواند با محیط خود تبادل گرمایی انجام دهد. هنگامی که به آهن دست می زنید گرمای دست شما به سرعت به آن منتقل می شود. لذا در دست خود احساس سردی می کنید. اما این عمل در هنگام تماس دست شما با چوب اتفاق نمی افتد. بنابراین احساس سردی موقع تماس با قطعه آهنی به دلیل خطای لامسه نیست.

4- با توجه به عکس دمانگاشت یک ساختمان که در آغاز این فصل آمده است، اتلاف گرما از کدام قسمت ساختمان بیشتر است؟ شما چه پیشنهادی برای کم شدن اتلاف گرما دارید؟

جواب: در عکس دمانگاشت یک جسم، جاهایی که گرم باشند با رنگ قرمز مشخص می شوند. در عکس دمانگاشت ساختمان فوق چون پنجره ها به رنگ قرمز دیده می شوند، معلوم می گردد از این محل ها گرما به خارج از ساختمان تابش می شود. برای کاهش این تابش و جلوگیری از اتلاف انرژی گرمایی داخل ساختمان می توان پنجره ها را دو لایه ساخت و نیز دیوارها و سقف را با مواد مناسبی عایقبندی کرد.

5-الف- دمای یک قطعه آلومینیوم 10 کیلوگرمی از  100 به   50 می رسد. این قطعه آلومینیوم چه مقدار از انرژی درونی خود را از دست داده است؟

جواب: از جدول(3-2) معلوم می شود گرمای ویژه آلومینیوم  900 است. نتیجه می شود:

علامت منفی ب معنی آن است که جسم گرما از دست داده است.

ب- اگر ده کیلوگرم آب از دمای 100 به دمای 50 برسد چه مقدار از انرژی درونی خود را از دست داده است؟

جواب: از جدول(3-2) معلوم می شود گرمای ویژه آب 4200 است. نتیجه می شود:

ج- با سرد شدن کدام یک از این دو جسم گرمای بیشتری به محیط داده شده است؟ با توجه به نتیجه ی این مسأله و با استفاده از جدول(3-2) یک دلیل بیاورید که چرا آب مایع مناسبی برای رادیاتورها است؟

جواب: از مقایسه ارقام حاصل از بندهای(الف) و (ب) نتیجه می شود به ازای یک تغییر دمای معین یعنی از 100 درجه به 50 درجه گرمای داده شده توسط آب بیشتر از چهار برابر گرمای داده شده توسط قطعه آلومینیوم است. به این علت آب هنگام گردش به دور موتور اتومبیل و با سرد کردن آن گرمای بیشتری را از موتور گرفته و به محیط می دهد.

6- گرمای ویژه آب بالا است چند مورد استفاده برای این ویژگی  را بیابید.

جواب:

- استفاده از آب یا مخلوط آن برای خنک کردن موتور خودروها.

- استفاده از آب در سیستم حرارت مرکزی(شوفاژ) به عنوان ماده کاری برای انتقال گرما از چشمه گرما به رادیاتورها.

- جلوگیری از به وجود آمدن اختلاف زیاد دما در طی شب و روز در مناطق اطراف دریاها.

- به وجود آمدن جریان دائمی باد در اطراف دریاها و جلوگیری ازسکون و آلودگی هوا در این مناطق.

7- یک گرمکن الکتریکی در هر ثانیه 210 ژول انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کند. این گرمکن را درون 2 کیلوگرم آب قرار می دهیم. اگر گرمکن برای 120 ثانیه روشن باشد دمای آب چقدر افزایش پیدا می کند؟

 جواب: گرمایی که گرمکن در 120 ثانیه تولید می کند برابر است با:

این گرما به آب داده شده و دمای آنرا بالا می برد. نتیجه می شود:

8- تجربه نشان می دهد دمای قسمتی از زمین که برف روی آن است تقریباً 10 درجه سلسیوس بیشتر از دمای زمین بدون برف است. علت را توضیح دهید.

جواب: برف مانع از تبادل گرمایی بین زمین و هوای سرد می شود. لذا زمینی که بر روی آن برف قرار دارد همیشه گرمتر از زمین بدون برف در زمستان خواهد بود.

9- تحقیق کنید:

الف- در خانه و مدرسه بررسی کنید و ببینید بیشترین اتلاف انرژی در چه قسمتهایی صورت می گیرد.

ب- شما برای جلوگیری از اتلاف ها چه پیشنهادهایی می توانید ارائه کنید؟

جواب: بیشترین اتلاف انرژی از لای درزها و شکافها، دیوارهای نازک و پنجره ها صورت می گیرد. برای جلوگیری از اتلاف می توان از درزگیر استفاده کرد. و پنجره ها را دو جداره ساخت و در ساخت بنا مصالح عایق مناسب بکار برد.