ضریب حرارتی استنباط خطی

ضریب حرارتی استنباط خطی
I معرفی و اهداف :
با کمی استثناء جامدات با بالا رفتن حرارت اندازه و ابعادشان افزایش می یابد ، اگر چه این افزایش کم می باشد اما برای کاربردهای موادی که دچار گرما و سرما شوند بسیار مهم است .
بدون درنظر گرفتن این تغییرات در ماده و ساختارش خساراتی می تواند بوجود بیاید . مثلاً یک پیستون می تواند در سیلندرش خیلی سفت شود ، یک میخ می تواند شل شود یا یک تیر آهن پل می تواند باعث خرابی شود .
خصوصیات استنباطی یک ماده بسته به ساختار درونی اش دارد . در مورد استنباط حرارتی بر حسب ضریب حرارتی استنباط توضیح می دهیم که کمیتهای آزمایشی هستند که بیانگر تغییر در ابعاد یک ماده بر حسب تغییر درجه دما می باشند در این آزمایش ، انبساط حرارتی چند فلز مورد بررسی قرار می گیرد و ضریب حرارتی انبساط خطی آنها مورد محاسبه قرار خواهد گرفت .
بعد از انجام این آزمایش و تجربه و تحلیل داده ها شما می بایست قادر باشید :
1-بگویید چگونه ضریب حرارتی انبساط خطی چنین انبساطی را توصیف می کند ؟
2-توضیح دهید که چگونه ضریب انبساط حرارتی انبساط خطی ، محاسبه می شود ؟ و یک ترکیبی از میزان این مقادیر برای فلزها بگویید .
3-مثالهایی در مورد بحث ضریب انبساطی در کاربردهای فلزات در عمل نام برده و در مورد آنها توضیح دهید .

II تجهیزات مورد نیاز :
-دستگاه انبساط خطی و لوازم مرتبط به آن 1-تولید کننده بخار سوزاننده Bunsen و ضربه زننده یا صفحه گرم الکتریکی
-لیوان پلاستیکی -لوله پلاستیکی -Meterstick دماسنج ( دو نوع فلز ( آهن و آلومینیم )
* بمنظور زیاد کردن تعداد میله های فلزی مورد نیاز برای راحتی کار ، گروههای آزمایشگاهی می توانند روکشهای میله ای را بعد از اندازه گیری با گروههای دیگر تعویض کنند بنابر این هر گروه می تواند میله های متفاوتی را بدست بیاورند

III تئوری :
برای جامدات ، یک تغییر حرارتی منجر به انبساط تمام بدنه می گردد . ( یک انقباض در نتیجه کاهش درجه حرارتی یک انبساط منفی است ) تغییر در یک بعد از جسم جامد ، از نظر طول ، پهنا ، کلفتی . انبساط خطی نامیده می شود . این ممکن است برای جهتهای متفاوت ، متفاوت باشد به هر حال اگر انبساط برای تمامی موارد گفته شده یکسان باشد آن را انبساط sisotrpic ( دارای خواص برابر از هر سو ) می گوییم .
تغییر جزئی در طول را جاییکه طول شی در درجه حرارت اولیه است ( شکل 1-19 ) مرتبط به تغییر در درجه حرارت است که از آنها به یک تقریب خوبی خواهیم رسید .
or (1-19)
در این معادله و و ضریب حرارتی انبساط خطی است ، با واحد عکس درجه حرارت که است ( نوشتن واحد حرارت بصورت راحت است که بواسطه درجه حرارت مشخص می گردد ) این ضریب حرارتی انبساطی ممکن است اندکی اختلاف داشته باشد برای بازه های درجه حرارت متفاوت ، اما این اختلاف معمولاً در شرایط عملی ناچیز بوده بطوری که می تواند به عنوان یک عدد ثابت در نظر گرفته شود .
( شکل 1-19 ) انبساط حرارتی خطی

در درجه حرارت اولیه ، طول میله است در نتیجه درجه حرارت بالاتر T ، میله انبساط می یابد به طول L و تغییر در طول برای تغییر درجه حرارت می باشد .

ادامه بحث : بوسیله معادله 1-19 ، بر حسب کمیتهای قابل محاسبه تجربی (آزمایش ) تعریف می گردد .

از حالا به بعد ، بوسیله اندازه گیری طول اولیه از یک شی ( میله فلزی ) در یک درجه حرارت اولیه و تغییر در طول شی برای یک تغییر درجه حرارتی معادل با آن یعنی می تواند محاسبه می گردد .
این توسعه ممکن است به صورت در بعدی گسترش یابد . عبارت انبساط خطی ممکن است بصورت زیر نوشته شود .

و برای ماده isotrapic سطح اش یا

که در اینجا
در صورتیکه باشد ، حذف ممکن است ایجاد خطای بسیار ناچیزی را در معادله ایجاد کند ، بنابراین یک تقریب خوبی است .
با مقایسه این معادله با معادله ، می بینیم که ضریب حرارتی سطح تقریباً 2 برابر ضریب انبساط خطی است . یک توسعه مشابه می تواند برای ضریب انبساط حجم بکار گرفته شود که تقریباً معادل است .

IV انجام آزمایش :
1- یک سری وسایل برای اندازه گیری ضرائب حرارتی انبساط خطی در شکل نشان داده شده است وسایل شامل یک روکش نجار با یک میکرومتر متصل شده به آن جهت اندازه گیری یک میله فلزی است .یک حرارت سنج در روکش بخار درجه حرارت میله را اندازه گیری میکند . بخار به روکش توسط تولید کننده بخار فرستاده می شود و یک لیوان جهت سرایت انقباض استفاده می گردد .
1-قبل از بستن وسائل ، طولهای میله های فلزی را با یک Meterstic با تقریب اندازه بگیرید .
و آنها بنامید و آنها را در جدول اطلاعاتی ثبت کنید . از دست زدن به فلزات خودداری کنید چرا که ممکن است باعث بالا رفتن درجه حرارت گردد . از کاغذ یا پارچه استفاده کنید .
3-دستگاه را ببندید ، یکی از میله را در روکش بخار قرار دهید در ابتدا یک طرف میله را محکم ثابت کنید و طرف دیگر را طوری بگذارید که پیچ میکرومتر را لمس نکند . دقت پیچ میکرومتر را باز کنید تا زمانی که آن فقط با میله تماس یابد . سعی نکنید که با زور میکرومتر را بخوانید و آنرا ثبت کنید . این طور را 3 بار انجام دهید و میانگین آنها را به عنوان اولین داده ثبت کنید .
بمحض ثبت کردن اطلاعات میکرومتر درجه حرارت اولیه میله را ثبت کنید (دستگاههای انبساط حرارتی ممکن است با سطح یک سطح الکتریکی که از یک زنگ ، لامپ یا ولت متر برای وقتی که تماس با میله برقرار شده استفاده کنند در این حالت گرفتن میانگین لازم نیست . همچنین نوع دیگر از آن وسایل از یک اهرم نوری چیده شود یاد یک وضعیت عمودی برای محاسبه استفاده می کند . آزمایش 15 دستوراتی را جهت استفاده از خواندن صحیح میکرومتر یا استفاده از یک اهرم نوری می دهد را ببینید.)
4-پیچ میکرومتر را در جهت عکس به اندازه چندین میلیمتر ببندید تا با افزایش درجه حرارت به میله اجازه انبساط حرارتی را بدهید . روشن کردن مولد بخار را تقریباً نصف آب کنید Bunser را روشن کنید بنابراین بخار آب به روکش وارد می گردد . دماسنج در روکش بخار می بایست فقط میله فلزی را لمس کند .
به بخار اجازه ورود به روکش را بدهید تا زمانی که درجه دماسنج ثابت گردد ( چند دقیقه ) وقتی که حالت تعادل حاصل شد یا عدد خوانده شده از دماسنج را ثبت کنید . پس با دقت پیچ میکرومتر را بپیچانید تا انتهای میله را لمس کند و عدد میکرومتر را بخوانید و آن را ثبت کنید . این کار را سه بار انجام دهید و میانگین اعداد خوانده شد . میکرومتر را ثبت کنید . مگر اینکه از سطح الکتریکی استفاده می کنید . دستگاه مولد حرارت را خاموش کنید .
5-مراحل 3 و 4 برای دیگر میله های فلزی تکرار کنید .
تذکر :مواظب باشید خودتان را با آب داغ منقبض شده در روکش بخار میله فلزی در هنگام خارج کردن آن بسوزانید . اگر میله های روکش شده بوسیله گروههای دیگر آزمایشگاهی تعویض شده باشد ، مواظب باشید که خودتان را نسوزانید احتیاطات مناسب را داشته باشید .
6- و را محاسبه کرده و ضریب حرارتی انبساط خطی را برای هزینه پیدا کنید . این ها را با مقادیر قابل قبول ارائه شده در ضمینه A مقایسه درصد خطا ها .

آزمایش
ضریب حرارتی انبساط خطی
تکالیف مطالعه آزمایش
-آزمایش را بخوانید و به سوالات زیر را جواب دهید :
1-تفوت بین انبساط خطی و انبساط isotropic را بیان کنید ؟
2-تفاوت بین و در چیست ؟
3-چگون ضریب حرارتی انبساط خطی از طریق آزمایش تعیین می گردد ؟
4-واحدهای ضریب حرارتی انبساط خطی چیست ؟

گزارش آزمایشگاه : جدول اطلاعاتی
هدف : تعیین ضرایب حرارتی انبساط خطی نمونه های فلزی

سوالات :
1-منابع احتمالی این آزمایش چیست کدام یک باعث بزرگتری خطا می شوند ؟
2-آیا مقایر ضرایب حرارتی انبساط خطی مشابه وقتی که دماهای اندازه گیری شده به فار نهایت نباشد . با ذکر مثال توضیح دهید .
3-وقتی که در یک دماسنج جیوه در آب داغ قرار گیرد دماسنج در ابتدا اندک پایین می آید و بعد بازا می رود . توضیح دهید ؟
4-اگر نوارهای آهنی و برنجی با یکدیگر بسته شوند و این نوار دو فلزی گرم شود چه چیزی خواهید دید جوابتان را توجیه کنید و یک شرحی از وضعیت موجود بدهید ( اشاره جدول برای در ضمیمه A ببینید )
5-یک استوانه پیرکس نشکن دارای یک حجم دقیقاً در می باشد . اگر دمای آن به 100 درجه افزایش یابد آیا حجم آن افزایش می یابد یا کاهش ؟ تغییر در حجم را محاسبه کنید .
6-فرض کنید که یک میله فلزی با یک طول اولیه گرما داده شود باید دمایش افزایش یافته و تغییر آن بود و در آنجا طولش شود . پس تا دمای اولیه خودش سرد می شود و دمایش کاهش یافته و تغییرات آن باشد . ( کاهش و افزایش یکسان است ) آخرین طول میله را بعد از این چه حرارتی می خوانید
B ) چه تضمینی است که اگر میله در چندین چرخه حرارتی دیگر قرار بگیرد ؟
A ) نشان دهید که معادله دلالت بر و می کند ؟
C ) بدیهی است که بعضی از چیزها استباه است . آیا می توانید توضیح بدهید که آن چیست ؟
( اشاره : در فکر اساس یا مرجع باشید . برای مثال اگر شماره در یک روز 100% سرمایه گذاری داشته باشید و شما 100% سرمایه گذاری تعلق در روز بعد از دست برود آیا شما هنوز پولی دارید

دمای ویژه فلزات
I معرفی و اهداف
اجسام گوناگون به مقادیر متفاوتی از گرما به منظور تولید یک تغییر درجه حرارت نیاز دارند برای مثال گرمای مورد نیاز جهت بالا رفتن درجه حرارت یک کیلوگرم آهن بواسطه یک درجه حرارتی که باعث بوجود آمدن در آن می گردد تقریباً 300 و نیم برابر همین وضعیت در سرب می باشد . این رفتار ماده با کمیتی به نام گرمای ویژه ( دمای ویژه ) مشخص می گردد. که میزان گرمای لازم جهت بالا رفتن درجه حرارت یک واحد از یک جسم بوسیله یک واحد فاصله درجه حرارتی می باشد ، 1 گرم یا 1 کیلوگرم از یک ماده 1 درجه سیلیسیوس .بنابراین در مثال قبلی ، آهن گرمای ویژه بالاتری نسبت به سرب دارد .
گرمای ویژه یک جسم مخصوص برای آن جسم میباشد . همانطور که از تعریف دیده می شود گرمای ویژه یک جسم می تواند بوسیله اضافه کردن یک میزان از گرما به یک اندازه مشخص و شناخته شده از جسم و توجه تغییر درجه حرارت صورت گیرد .
منظور از انجام این آزمایش تعیین گرمای ویژه چندین فلز رایج بوسیله روشهای گرما سنجی است . بعد از انجام آزمایش و تجزیه و تحلیل اطلاعات شما قادر خواهد بود :
1-منظور از گرمای ویژه یک جسم و ابیان کنید و تاثیرات گوناگون گرماهای ویژه را مقایسه کنید
2-گرمای لازم جهت بالا رفتن درجه حرارت از یک مقدار از یک ماده در یک مقدار درجات حرارتی خاص را محاسبه کنید .
3-گرماسنجی و روش ترکیباتی را توضیح دهید .

II تجهیزات لازم
– گرماسنج – دیگ بخار و پایه – دماسنج () – سطح داغ یا Bunsen سوزاننده و نگه دارنده – دو نوع فلز گلوله ای یا استوانه ای که رشته ای به آن بسته شده است – میزان سنج – یخ – لیوانهای سالم و بی خطر
III تئوری
تغییر در درجه حرارت یک ماده مناسب با میزان گرمای ( اضافه شده یا کم شده ) از آن است .

20.1
که در شکل یک معادله ممکن است ما بنویسیم .
که در اینجا C مقدار ثابت بوده و گنجایش گرمایی یک ماده نامیده می شود .
به هر حال میزان گرمای مورد نیاز برای یک درجه حرارت یک جسم همچنین متناسب با جرم آن ماده است . از حالا به بعد ، برای راحتی کار یک گنجایش حرارتی ویژه ای را بنام C تعریف می کنیم .
20.1
که در اینجا گنجایش حرارتی بر واحد جرم یک ماده می باشد . بنابراین معادله 20.1 را بدین شکل می توان نوشت .
or 20.3
بنابر این گرمای ویژه به عنوان میزان گرمای مورد نیاز برای تغییر درجه حرارت 1gr از یک ماده می باشد . واحد کالری گرما بصورت میزان گرمای مورد نیاز برای بالا بردن درجه تعریف می شود . بنابراین با تعریف داده شده آب دارای یک گرمای ویژه می باشد .

یک کیلو کالری ( kcd ) واحد گرمایی است که بدین صورت تعریف می شود . میزان گرمای مورد نیازی که جهت بالا بردن درجه حرارت ikg آب با نام دارد .
در این واحدها ، آب دارای یک گرمای ویژه بوده و یا در واحدهای SI – می باشد . معلم شما ممکن است به شما پیشنهاد کند که از این واحدها استفاده کنید .
گرمای ویژه یک فلز می تواند بوسیله آزمایش با اندازه گیری تغییر درجه حرارت یک جرم داده شده از فلز با یک مقدار گرما اندازه گیری شود . این کار بصورت غیر مستقیم بوسیله یک رویه گرماسنجی ( کالریمتر ) شناخته شده بنام روش mixtures انجام می گردد .
اگر چندین جسم در درجه حرارتهای مختلف کنار هم قرار گیرند ، اجسام گرمتر گرمایشان را از دست داده و اجسام گرمای آنها را جذب می کنند تا زمانی که تمامی آنها به یک درجه حرارت برسند .
اگر سیستم عایق بندی است بطوریکه هیچ گرمایی از دست نمی رود و یا از محیط بیرون جذب نمی شود ، بنابراین با نگهداری انرژی ، گرمای از دست رفته برابر است با گرمای جذب شده .
در این آزمایش فلز گرم به آب در فنجان گرماسنج اضافه می گردد و با هم مخلوط می شوند تا زمانی که سیستم در گرمای متعادل قرار گیرد . کالری متر سیستم را از دست دادن حرارت محافظت می کند . شکل20.4
در شکل معادله ممکن است که بنویسیم :
head Lost = head gained
or
and

که در اینجا آخرین میانگین درجه حرارت سیستم می باشند . تستهای دیگر اشاره به جرمها ، گرمای ویژه ، درجه حرارت های اولیه قطعات می کند . از حالا به بعد ، معادله 20.4 ممکن است برای تعیین گرمای ویژه فلز مورد استفاده قرار می گیرد اگر تمامی کمیتهای دیگر شناخته شده باشند .
IV رویه آزمایش
1-400 تا 500 گرم از یک براده فلزی خشک را بگیرید و وزن کنید . این کار را ابتدا با تعیین جرم فنجان و سپس با اضافه کردن مقدار مناسب از براده فلز به فنجان ، دوباره عمل وزن کردن را انجام دهید .
جرم فلز و درجه حرارت اتاق در جدول اطلاعات ثبت کنید . علم شما ممکن است از یک جسم فلزی توپی با یک رشته سیم به آن وصل است نمایید . در این حالت فقط وزن کردن آن قطعه فلز لازم است .
2-یک دماسنج به داخل براده فلز وارد کنید . یا داخل فنجان و براده آن را داخل ظرف در یک بخار boiler قرار داده و گرما دهی آب داخل ظرف دیگ بخار را شروع کنید .
توجه : اگر یک دماسنج جیوه ای استفاده می شود ، قابلیتهای ویژه می بایست انجام شود . اگر دماسنج بشکند و جیوه به داخل فلز داغ بریزد mixtup ( مخلوط کننده ) می بایست فوراً از اتاق بیرون برده شود ( به یک hood یا خارج از اتاق ) جیوه بشدت سمی است .
نیم از دیگ بخار می بایست از آب پر شده باشد بوسیله یک مقوا از ریختن آب داغ از دیگ بخار به داخل فلز خشک که در فنجان است جلوگیری کنید ( با یک سوراخ که در آن مقوا توسط دماسنج ایجاد می کنید )
3-وقتی که دیگ بخار در حال گرم شدن است جرم فنجان و هم زن داخل گرماسنج را اندازه بگیرید و ثبت کنید ( بدون حلقه ) جرم کل را بعنوان ثبت کنید . همچنین نوع فلز و گرمای ویژه فنجان و همزن را بنویسید و ثبت کنید که معمولاً روی فنجان حک شده است . ( گرمای ویژه ممکن است در ضمینه A پیدا شود ) جدول اگر در روی فنجان چنین چیزی وجود نداشته باشد .
4-فنجان کالری متر ( گرماسنج ) تقریبا تا 1/2 تا آب سرد بریزید و فنجان و همزن و آب را بمنظور تعیین جرم آب وزن کنید . ( اگر از یک فلز توپر استفاده کنید ، که معمولا دارای جرم کمتری است نسبت به مقدار براده ای پیشنهاد می شود ، آب کمتری می بایست برای بدست آوردن یک تغییر دمای مناسب استفاده گردد . این ممکن است ، همچنین در وضعیت درجه حرارت بالا باشد تا جائیکه دمای دیگ بخار آب کمتر از است ) . فنجان گرماسنج با آب و همزن شرک لت کالری متر قرار دهید و درپوش آن را بگرارید .
5-بعد از اینکه آب در دیگ بخار جوشید و دماسنج در فلز ثابت شد ( چند دقیقه منتظر بمانند ) بخوانید و ثبت کنید درجه حرارت فلز را .
با آب و همزن در فنجان در یک درجه حرارت چند درجه زیر درجه دمای اتاق دمای داخل فنجان گرماسنج را تنظیم کرده و محتویاتش را در یک لیوان آب یخ قرار دهید و درجه دمای Tw را اندازه بگیرید و آن را ثبت کنید .
6-دماسنج را از فلز بیرون بیاورید . سپس درپوش را بردارید و بسرعت ، اما با دقت فنجان را با فلز داغ از دیگ بلند کرده و براده فلز داغ را به داخل فنجان کالری متر ( گرماسنج بریزید ( اگر یک جسم فلزی توپر استفاده گردد مراقبت کمتری لازم است چرا که از رشته ای که به آن متصل است جهت انجام اینکار می توانید استفاده کنید )
درپوش دماسنج را بگذارید و آرامی به هم بزنید . دماسنج نمی بایست با فلز تماس یابد . در حال هم زدن دماسنج را ببندید و درجه حرارت را وقتی که به به بالاترین درجه دما رسید ثبت کنید .
برای بهترین نتایج ، آخرین درجه حرارت را می بایست بالاتر از دمای اتاق Tr در حدود چند درجه در حالیکه Tw پایین تر از آن باشد . اگر در این نتیجه حاصل نشده است مراحل 4 تا 9 را جهت تنظیم Tw انجام دهید تا زمانی که حاصل آید .
7-رویه 1 تا 6 را برای یک نوع فلز دیگر نیز انجام دهید . حتماً از آب جدید در فنجان کالری متر استفاده کنید براده فلز را و آب قبلی را به داخل یک صافی بریزید و چرا که آن ممکن است خشک گردد و دوباره توسط افراد دیگر مورد استفاده قرار گیرد .
8-گرمای ویژه هر یک را با استفاده از معادله 20.4 محاسبه کنید . مقادیر قابل قبول در ضمینه A ، جدول را با مقادیر خودتان مقایسه کنید و در صد خطاها را محاسبه کنید.

آزمایش
گرمای ویژه فلزات
تکالیف مطالعه آزمایش
آزمایش را بخوانید و به سوالات زیر پاسخ دهید .
1-تفاوت میان گرمای ویژه و ظرفیت گرمایی را بیان کنید .
2-چرا گرمای ویژه آب معادل واجد یا می باشد .
3-گفته شده که گرمای ویژه یک ماده ای دوبرابر ماده دیگر است و مقادیر مرتبط گرمایی لازم برای بالا بردن دمای جرمهای مساوی از هر ماده را با هم مقایسه کنید .
4-اگر مقدار گرمای یکسانی به نمونه هایی از اجسام دیگر در سوال 3 اضافه گردد و هر نمونه افزایش دمای یک نمی دانسته باشد ، جرمهای مرتبط به نمونه ها مقایسه کنید.
5-روش مخلوطی mitures را توضیح داده و در مورد چگونگی استفاده از آن را و تعیین گرمای ویژه توضیح دهید .

گرمای ویژه فلزات . گزارش آزمایشگاهی
هدف : تعیین گرمای ویژه نمونه هایی از فلزات .

سوالات
1-(a ) درصد خطاهای مقادیر آزمایشی گرمای ویژه ممکن است بزرگ باشد منابع خطاهای آزمایشی را شناسایی کنید (b ) چرا آن صحت آزمایش را ثابت می کند اگر ؟
2-گرمای ویژه آلومینیم است . مقدار گرمای ویژه در و چیست ؟
3-(a) اگر براد مطلوب را داخل فنجان کالری متر بریزیم مقادیر گرمای ویژه در آزمایش چگونه خواهد شدو تاثیراتش چیست .
(b) اگر مقداری آب در هنگام ریختن براده خشک در فنجان به بیرون ا فنجان بریزد مقدار گرمای ویژه خواهد بود و تاثیرات آن کار در چیست ؟
4-در کابردهای گرمای خورشییدی انرژی گرمایی در چند انباره ذخیره می شود تا زمانی که به آن احتیاج پیدا کنیم ( مانند گرما برای اتاق در شب ) آیا انباره نمی بایست گرمای ویژه پایین داشته باشد یک ماده ای را که برای استفاده از آن بعنوان یک انباره گرمایی لازم است پیشنهاد کنید و در مورد مزایای آن توضیح دهید .
5-توضیح دهید که چرا گرمای ویژه ، ویژه است و چگونه آن ارتباط در مورد ساختار مولکولی را می دهد .

گرمای نهان : گرمای ذوب و تبخیر
I مقدمه و اهداف
وقتی که گرمایی به یک ماده اضافه گردد ، دمایش افزایش می یابد . به هر حال وقتی که یک ماده از صورت جامد به مایع و از مایع به گاز تبدیل می گردد ، انرژی گرمایی با نیروی بین مولکولی به مبارزه برمیخزد و در یک تغییر در دمای ماده آشکار نمی شود این انرژی گرمایی ، گرمای ذوب و گرمای تبخیر برای تغییراتی که در آن دمایی باعث تبدیل جسم جامد به مایع می گردد و دمایی که آب به بخار تبدیل می گردد می باشد .
انرژی به کار گرفته شده در یک تغییر فاز معمولاً گرمای نهان نام دارد چرا که انرژی گرمایی بنظر می رسد که مخفی بوده و با یک تغییر دما بسادگی نمایان نگردد .
در یک روند ولرونه ، وقتی که یک بخار یا گاز فشرده شود ( تقطیر می گردند ) یا یک مایع فشرده می شود ، بانگه داری انرژی گرمای نهان تبخیر یا گرمای نهان ذوب آزاد می گردد . در این آزمایش ، گرمای ذوب و تبخیر آب با استفاده از روش گرماسنجی mixtures اندازه گری می شود . بعد از انجام این آزمایش و تحلیل اطلاعات شما می بایست قادر باشید :
1-تمایز بین گرمای نهان و گرمای ویژه را بگویید ( آزمایش 20 را نگاه کنید )
2-در مورد نقش گرمای نهان در یک تغییر فاز توضیح دهید . ( فاز جامد به مایع و فاز مایع به گاز )
3-در مورد چگونگی اینکه گرمای ویژه می تواند با آزمایش سنجیده شود توضیح دهید .

II تجهیزات مورد نیاز .
-کالری متر -تولید کننده بخار – صفحه داغ یا Bunsen و striker – دماسنج ( ) – شیلنگ پلاستیکی – زانوئی آب – یخ – کاغذ خشک کن – ترازو آزمایشگاهی – تنگ – لیوانهای سالم

III تئوری
یک گراف عمودی از انرژی گرمایی در مقابل دما برای جرم m از آب در شکل 20.1 نمایش داده شده است فاز خطوط شیب دار از چنین رابطه ای پیروی می کند :

شیب خط ها mc بوده و c را در اینجا گرمای ویژه یک فاز خاص می باشد .

)
در نقاط انجماد و بخار اضافه کردن مقادیر خاصی از گرما تاثیری در دما بوجود نمی آید که با خطوط عمودی نمایش داده شده اند . در این نقاط انرژی گرمایی برای فاز تغییر از حالتی به حالتی دیگر ماده استفاده می گردد و د افزایش فعالیت درون مولکولی ماده تاثیر نمی گذارد بنابراین تاثیرش بصرت افزایش دما می باشد . گرمای نهان L بعنوان مقدار گرمایی که مورد نیاز است برای تغییر فاز یک واحد جرم از یک ماده ( بدون تغییر دما ) تعریف می گردد و واحدهای متعارف آن یا و در سیستم SI می باشد . از حالا به بعد میزان گرمای جذب شده یا رها شده بوسیله یک ماده هنگامی که آن به یک تغییر فاز می رسد که در آن m جرم ماده و Li گرمای ویژه برای تغییر فاز می باشد .

انرژی در مقابل دما برای یک جرم داده شده از آب ، یک گراف انرژی گرمایی در مقابل دما معمولاً بدین صورت نمایش داده خواهد شد ، با خطوط عمودی که نمایانگر مقادیر ثابتی از دما هستند که تغییر فاز ماده در آن دما انجام می گردد .
البته گرماهای نهان جز ماهیت ماده می باشند . برای مثال گرمای ذوب نهان آب است:

و گرمای نهان تبخیرش :

می باشد این بدین معنی است که برای آب کردن kg 1 یخ در (یا می بایست از kg 1 آب در برای انجماد آن گرفته شود ) همچنین برای تبدیل Kg 1 آب در 100 درجه سانتی گراد برای بخار شدن لازم است یا( هنگامی که kg 1 بخار در 100 درجه سانتی گراد تبدیل به آب می شود ) اجسام دیگر از گرماهای ویژه متفاوتی دارند .
در این آزمایش ، گرماهای ذوب و تبخیر آب بارویه گرما سنجی بنام روشها مخلوطی methodsoft mixture انجام می گردد . ( آزمایش 20 را ببینید ) . اگر چندین ماده در دماهای گوناگون با هم قرار گیرد ، گرمترین ماده گرما از دست می دهد و سردترین ماده گرما جذب می کند تا وقتی که تمامی مواد به یک دمای تعادلی برسند . این حتی اگر یک یا چندین ماده در یک فرایند فاز تغییر جسم قرار بگیرند صادق می باشد . اگر سیستم طوری باشد که هیچ گونه گرمایی از دست ندهد بنابراین بانگه داشتن انرژی ، گرمای از دست رفته از اجسام گرم معادل گرمای جذب شده توسط اجسام سردتر می باشد .
A گرمای ذوب
اگر یک مقدار از یخ به جرم در به یک مقدار مشخص از آب گرم در یک فنجان کالری متر با یک همزن کالری متر ، در یک دمای اولیه اضافه گردد ، یخ آب می شود و سیستم به دمای تعادل نهایی میرسد کالری متر در مقابل گرمای از دست دادن گرما محافظت می شود شکل 20.1 را ببینید ) .
= گرمای جذب شده بوسیله فنجان کالری متر و همزن +گرمای ذوب فشرده یخ
گرمای از دست رفته بوسیله فنجان کالری متر و همزن + گرمای از دست رفته به وسیله آب گرم
or

and
21.3
که در اینجا m و c و جرمها و گرماهای ویژه موادی گوناگونی که در اینجا استفاده شده اند هستند نظیر ( یخ = I آب = w و کالری متر و همزن = cs ) می باشند از اینجا به بعد ، معادله 21.3 ممکن است برای تعیین گرمای ذوب آب استفاده شود.
اگر تمامی مقادیر دیگر شناخته شده باشد .
B . گرمای تبخیر
اگر یک مقدار از بخار یک ماده در به آب خنک در یک فنجان کالری متر با یک همزن در یک دمای اولیه اضافه گردد ، بخار منقبض می شود و سیستم به یک دمای تعادل نهایی می رسد . با در نظر گرفتن اینکه هیچ گرمایی از سیستم از دست نرود بانگه داری انرژی
=گرمای از دست رفته بوسیله آب داغ منقبض شده +گرمای از دست رفته تبخیر بوسیله بخار در وضعیت انقباض
گرمای جذب شده بوسیله فنجان کالری متر و همزن + گرمای جذب شده بوسیله آب خنک
or

and

که در اینجا m و c ها و جرمها و گرماهای ویژه موارد گوناگونی که در اینجا استفاده شده اند که توضیح داده شد می باشند . از حالا به بعد ، معادله ( 21.4 ) ممکن است برای تعیین گرمای نهان تبخیر آب استفاده گردد اگر تمامی مقادیر دیگر شناخته شده باشند .

IV رویه آزمایش
A . گرمای ذوب
1-مقداری آب را در تنگ ( به اندازه باشد که تقریباً نیمی از فنجان داخل کالری متر را پر کند ) . تقریباً تا بالاتر از دمای اتاق حرارت دهید . وقتی که آب در حال حرارت دادن است ، جرم فنجان داخلی کالری متر ( بدون حلقه ) و همزن را توسط ارزوی آزمایشگاهی اندازه بگیرید و کل را mcs بنامید . همچنین نوع فلز و گرمای ویژه فنجان و همزن را ثبت کنید که معمولاً بر روی آن حک شده است
2-تقریباً نیمی از فنجان داخلی کالری متر را از آب گرم حرارت دهید ، پر کنید و آنرا با همزن به منظور تعیین جرم آب وزن کنید . فنجان کالری متر را با آب و همزن در ژاکت کالری متر قرار دهید و درپوش آنرا همراه یک دماسنج به داخل آب وارد کنید آب را به آرامی بهم بزنید و دمای آنرا ثبت کنید .
3-چند قطعه کوچک از یخ را تقریباً به اندازه انتهای شصت انتخاب کرده و آن را با کاغذ خشک کنید . ( این مهم است که یخ خشک باشد ) بدون لمس یخ با انگشتان ( از کاغذ خشک کن استفاده کنید ) با دقت آنها را در فنجان کالری متر یکی در یک زمان بریزید ، خوب است که آب را هم بزنید و درجه دمایش را قبلاً از اضافه کردن یخ چک کنید . اگر آن تغییر کرده است آن را Tn بنامید .
به آرامی مخلوط آب و یخ را هنگام اضافه کردن یخ به هم بزنید و تا وقتی که دمای مخلوط به یا ( زیر دمای اتاق ) نرسد به آن یخ اضافه کنید البته بعد از اینکه یخ ، آب شد عمل هم زدن را ادامه دهید تا اینکه به دمای تعادل برسید که در حالت یخ می بایست آب شده باشد سپس جرم فنجان کالری متر را محتویاتش ( آب و همزن ) اندازه بگیرید و ثبت کنید که از آن برای تعیین جرم آب یخ آب شده و یا جرم یخ استفاده کنید . گرمای ذوب را با استفاده از معادله 21.3 محاسبه کرده و آن را با مقادیر قابل قبول خودتان مقایسه کرده و درصد خطای خودتان را بیابید .

B . گرمای تبخیر
6-همانند شکل 21.2 تولید کننده بخارو دیگ بخار سرهم بندی کنید و تقریباً از دیگ بخار را آب کنید و آن را حرارتدهید یک زانویی آب در خط بخار به منظور جلوگیری از ورود آب داغ منقبض شده در شیلنگ به کالری متر استفاده کنید . این مهم است که جلوی رفتن آب داغ منقبض شده به کالری متر گرفته شود به شکل 21.2 توجه کنید .
7-فنجان داخلی کالری متر را تقریباً آب خنک با دمای زیر دمای اتاق پر کنید . یا از آب خنک آزمایش گرمای ذوب می توانید استفاده کنید یا می توانید دوباره اینکار را جهت رسیدن به دما انجام دهید . ( اطمینان حاصل کنید از اینکه تمامی یخ آب شده باشد ) جرم فنجان کالری متر را با آب و همزن را وزن و ثبت کنید . سپس فنجان را د اثر حرکت کالری متر قرار داده و درپوش آن را قرار دهید . به آرامی آب را به هم بزنید و دمای تعادل آن را بخوانید و ثبت کنید .
8-آب موجود در دیگ بخار به آرامی بخار شده و از شیلنگ بخار به سمت کالری متر جاری می گردد ، رویه خوبی است که آب را به هم بزنید و دمایش را در قبول از ورود بخار به آن چک کنید اگر آن تغییر کرده است آن را بنامید .
وقتی که دمای آب تقریباً به بالای دمای اتاق رسیده است ، منبع گرمایی را خاموش کنید و با دقت خط بخار را از کالری متر جدا کنید به آرامی به هم بزنید و دمای تعادل را بخوانید و ثبت کنید . در آخر دوباره فنجان کالری متر و محتوایش دوباره وزن کنید و از آن برای تعیین آن جرم بخار منقبض شد ms استفاده کنید .
9-گرمای تبخیر را با استفاده از معادله 21.4 محاسبه کرده و با تعداد قابل قبول

مقایسه کنید و در صد خطاهای خود را بنویسید.
گرمای نهان : گرمای ذوب و تبخیر
آزمایش
گرمای نهان چیست
گرمای تبخیر آب تقریباً 7 برابر گرمای ذوب آن است این حاکی از چیست .
چرا آب استفاده شده در رویه های آزمایشی گرمایی ذوب و گرمایی تبخیر در ابتدا می بایست بالاتر از دمای اتاق گرم شود یا پایین تر از دمای اتاق خنک شود .
چرا قطعات یخ در رویه گرمای ذوب خنک می شود و با کاغذ خشک کن گرفته می شود . در مورد تاثیر اینکه یخها خشک نباشد توضیح دهید .
هدف از وجود داشتن زانوی آب در مسیل حرکت بخار در رویه گرمای تبخیر چیست. تاثیر اینکه این وضعیت در آ›مایش وجود نداشته باشد را توضیح دهید .
در مورد چگونگی اینکه گرمای نهان با استفاده از اطلاعاتی که از طریق آزمایش جمع آوری شده است محاسبه کنید .

گرمای نهان : گرمای ذوب و تبخیر
گزارش آزمایش
A:
جرم فنجان کالری متر و همزن _______
Aگرمای ذوب ________
جرم کالری متر بعلاوه آب_________
جرم آب _________
جرم کالری متر و آب و یخ آب شده ________
نوع فلز و گرمای ویژه فنجان کالری متر و هم زن ________
دمای اولیه آب ______
دمای تعادل نهایی _________
جرم یخ _______
آزمایشگاهی ________
قابل قبول _______
درصد خطا ______

B.گرمای تبخیر
جرم کالری متر بعلاوه آب_________
جرم آب _________
جرم کالری متر آب و بخار منقبض شده _________
جرم بخار _________
دمای اولیه آب _________
دمای نهایی _________
آزمایشگاهی _________
پذیرفته شده _________
درصد خطا _______

سوالات
1- مهمترین منابعی خطا در رویه آزمایش را توضیح دهید اگر دمای یخ اضافه شده به کالری متر در آزمایش گرمای ذوب کمتر از صفر درجه سانتی گراد باشد تاثیر آن بر نتایج چه خواهد بود ؟ چرا شما می بایست از قطعات یخ کوچک به جای قطعات بزرگ استفاده کنید.
2- در مورد اینکه چرا سوختن با بخار در 100 درجه سانتی گراد جدی تر از همان مقدار در همان دما وبوسیله آب جوش می باشد ، توضیح دهید.
3- چگونه گرمای نهان آب برای برای مکیزم خنک سازی بدن ما استفاده می شود ؟
4- گرمای تصعید چیست ؟
5- یک قطعه یخ به جرم 30گرم در صفر درجه سانتی گراد به 100 میلی متر در 20 درجه سانتی گراد می شود با فرض اینکه هیچ گرمایی از دست نمی رود وقتی که تعادل گرمایی حاصل می شود آب چه وضعیتیپیدا می کند ؟ از کالری متر یا ظرف حاوی آب صرفنظر کنید .

دمای وابسته به مقاومت
I معرفی و اهداف
مقاومت الکتریکی تمام مواد تا اندازه ای با دما تغییر می کند . برای فلزات خالص و اکثر آلیاژها ، مقاومتبا افزایش دما ، افزایش می یابد . به هر حال ، برای بعضی مواد ، نظیر کربن و چندین ماده الکترولیتی مقاومت با افزایش دما کاهش می یابد .برای بعضی آلیاژهای خاص ] برای مثال کنستاتن()[ مقاومت مجازاً مستقل از یک محدوده خاص از دماست . دمای وابسته به مقاومت برای یک ماده معمولاً اصطلاح ضریب دمای مقاومت نامیده می شود که تغییر جزئی در مقاومت بر تغییر درجه دما می باشد ، برای کاربرد های مختلف الکتریکی ، دانستن ضریب دما ضروری است .
در این آزمایش ، این وابستگی مورد بررسی قرار خواهد شد و ضرایب دمایی بعضی از اجسام تعیین خواهد شد .
بعد از انجام این آزمایش و تحلیل اطلاعات شما می بایست قادر باشید :
1- در مورد اینکه چگونه مقاومت های فلزات معمول با دما متفاوت است .
2- در مورد ضریب دمای مقاومت برا فلزات گوناگون و تفاوت بین آنها توضیح دهید.
3- معنی ضریب دمای Thermistorرا توضیح دهید .

II تجهیزات مورد نیاز
– پل ارتباطی ( با یک باتری 3 ولت و یک تک پل با کلید
– جعبه استاندارد مقاومت دهگانه
– سیم پیچی مسی
– سیم پیچ کنستان یا منگنز
– Themistor
– Thermometer
– بخار فرو رونده و منبع نیرو (یا سوزاننده Bunser و صفحه داغ
– 2 برگ کاغذ گراف کارترین
– پل ارتباطی وانسن

III تئوری
تغییر دمای یک ماده متناسب باتغییر دمای است . این تغییر در مقاومت معمولاً به صورت جزئی بیان می گردد که مقاومت اولیه است . برای چندین ماده ، برای مثال فلزات تغییر در مقاومت یک تغییر خطی از دمارا به صورت تقریب خوبی بیان می کند .
30.1
که در اینجا ثابت متناسب بوده و ضریب دمای مقاومت نامیده می شود و دارای واحدهای عکس دما ( یا )است . برای تغییر دما قرار دادن کار راحتی است و ، معادل 30-1 را می توان بصورت :

or 30.2
می توان نوشت . که R مقاومت رسانا در دمای و مقاومت می باشد . خطی بودن دمای وابسته تقریبی است، امامعادله 30.2 می تواند برای محدوده های معتدل دما برای تمامی یااکثر آنها درست کار کند . در فلزات خالص که دارای ضریب مقاومت مثبت (افزایش در دما ) بعضی از فلزات دارای ضرایب دمایی منفی می باشند . (کاهش در مقاومت با افزایش در دما ) ضرایب دمایی مقاومت منفی معمولاً در مواد نیمه رسانا یا واسط قابل انتقال اتفاق می افتد که کربن مثال خوبی در این مورد است . کربندارای یک ضریب دمای مقاومت منفی کوچکی در مقایسه با دیگر نیمه رسانا های دیگر است . چنین موادی با ضریب دمای منفی بزرگ در قطعات تجاری بنام Thermistor ها استفاده می شود . یک Thermistor یک مقاومت حساس حرارتی ساخته شده از مدار نیمه رسانایی نظیر اکسیدهایی از منگنز نیکل و کبالت می باشد . بدلیل داشتن ضریب دمای نسبتاً بزرگ Thermistorخیلی حساس به تغییرات دمای پایین بوده و برای اندازه گیری دما و کاربردهای مخحتلفی که نیاز به حساس دمایی دارند نظیر تنظیم کردن ولتاژ سوئیچهای تاخیر زمان استفاده می گردد. در فلزات رسانای رایج ، تغییر مقاومت با تغییر دما برای Thermistor غیر خطی است و در معادله (3001) ثابت نمی باشد . دمای وابسته به یک Thermistor با یک تابع نمایش داده شده است .
30.3
در کلوین )Tمقاومت در یک دمای‏
مقاومت در دمای
) نزدیک به دمای محیط اتاق در آزمایشگاه Kدمای اولیه(

B=است (K)ضریب دمای مقامت که دارای واحد
در این حالت اگر T افزایش یابد توانتابع و از آنجامقاومت کوچکتر می شود : این معادله می تواند بدین صورت نیز نوشته شود :

که با قرار دادن y=ln(R/Ra) در مقابل در یک گراف کارتزین ، B شیب خط خواهد شد . این یک تقریب است اما B منطقاً برای محدوده های ملایم شده دما ثابت می باشد ، ضریب دمای مقاومت یک ماده می تواند با استفاده از یک آزمایشی که از پل واتسن استفاده می کند ، انجام می گردد و در شکل (30.1) نمایش داده شده است تعیین می گردد مقاومت یک ماده (سیم مسی ) وقتی که محیط پل تنظیم گردد بدین صورتمی باشد .

or 30.5
که در اینجا یک مقاومت استاندارد و و نرخهای مقاومت ها و طول قطعات پل وانسن می باشند (آزمایش 28 و برای درک تئوری پل واتسن ببینید ) با اندازه گیری مقاومت یک ماده در دماهای گوناگون ، ضریب دمامی تواند تعیین گردد.

IV رویه آزمایش
A فلزات رسانا
محیطی را که شکل 30.1 می بینید را ببینید که در آن سیم پیچ مسی در داخل آب (نزدیک به دمای اتاق )قرار داد و سیستم گرمایی را برای گرم کردن آب در آن تعبیه شده است . دماسنج را در آب قرار دهید . از معلمتان بخواهید که سیستم تعبیه شده توسط شما را چک کند .

این دیاگرام برای رویه آزمایش جهت اندازه گیری دمای وابسته به مقاومت طراحی شده است . متن را برای توضیح بیشتر بخوانید .
پس از نصب و چک شدن آن محیط پلرا موازنه کنید . مقدار مقاومت استاندارد می بایست طوری انتخاب شود که پل (bridg) با کلید اتصال C نزدیک مرکز سیم پل وانسن موازنه می شود پس با لایه به ، دارای به (معادله 30.5) خواهیم بود .
اطلاعات دمای اولیه آب و مقدار و طولهای قطعات پل سیمی را ثبت کنید.
3- به آرامی دمای اولیه اب را تا 10 درجه سانتی گراد بالا ببرید ، آب را در هنگام گرم کردن هم بزنید و وقتی که دماآب تقریبآً 2 درجه سانتی گراد زیر دمای مطلوب رسید گرم کردن را متوقف کنید . پل را موازنه کرده و مقادیر را ثبت کنید . را اگر لازم باشد تنظیم کنید دما را ثبت کنید و مقادیر طول پل را در جدول اطلاعاتی ثبت کنید .
4- رویه 3 را تکرار کنید البته با فواصل 10 درجه سانتی گراد دما تا وقتی که دما به 90 درجه سانتی گراد برسد و سپس هر بار مقادیر را ثبت کنید .
5- (اختیاری ) رویه های از پیش گفته شده از سیم پیچ کنستانتان و نزدیک به دمای اتاق دوباره تکرار کنید (جدول اطلاعاتی 1A)
6- سیم پیچ را در دماهای مختلف محاسبه کرده و یک پلاتی (نمودار ) را بصورت در مقابل دما با یک دمای بین 10 تا 100 درجه سانتی گراد رسم کنید. خطوط قسمتی را که بهترین اطلاعات مناسب را دارند را رسم کنید و سپس شیب را محاسبه کنید . از شیب خطها ضریب دمای مقاومت را برای نمونه ها پیدا کرده و با مقادیر قابل قبول در ضمیمه A جدول مقایسه کرده و درصد خط هارا مقایسه کنید .

Thermistor- B
بجای سیم پیچ در محیط پل Thermistor بگذارید و رویه های اندازه گیری قبلی را از 1-4 در یک دمای نزدیک به دمای اتاق تکرار کنید . در این قسمت از آزمایش خیلی مواظب باشید که دما برای اندازه گیری مقاومت تا اندازه مککن ثابت باشد . چون یک Thermistor با تغییر دما مقاومتهای متفاوتی را از خود نشان می دهد .
8(a) مقادیر لیست شده در قسمت دوم جدول 2 را پیدا کنید .
(b ) گرافی را رسم کنید از در مقابل و خطوط قسمتی که بهترین اطلاعات مناسب را دارند را ترسیم کنید .
(C) شیب خط را تعیین کرده و آنرا B بنامید . این را با مقادیر قابل قبول آماده شده مقایسه کرده و با استادتان خطاها را مقایسه کنید .
دمای وابسته به مقاومت
آیا مقاومت تمامی اجسام با افزایش دماافزایش می یابد . ت.ضیح دهید .
ضرایب دمای مقاومت چیست و واحد های آن ها کدام است .
بین یک ضریب دمای مقاومت مثبت و منفی چه تفاوتی وجود دارد .
آیا ی یک فلز رسانا و یک Thermistor یکسان است ؛ توضیح دهید .
شرایط محیطی ، وقتی که یک پل whedt stone بحا موازنه در می آید چیست .

دمای وابسته به مقاومت
گزارش آزمایشگاه
.A فلزات رسانا
جدول اطلاعاتی 1
هدف تعیین ضریب دمای مقاومت
ـــــــ جسم
شیب

آزمایش
قابل قبول
درصد خطا
مقاومت سیم پیچ

( )

( )
جعبه مقاومت دهگانه
RS( )
دما
( )

شیب
قابل قبول
ـــــــ درصد خطا

دما
tk+fc+273

ادامه آزمایش
A فلز رسانا :
2- مقدار برای مس در درجه فارنهایت ()چیست ؟ اگر مقاومت یک تابع خطی در مقیاس سلسیوس باشد، آیا تابع برای مقیاس فارنهایت خطی خواهد بود ؟ توضیح دهید .
2- دوباره برای مس اطلاعات بدست آمده را در یک نمودار در مقابل T با مقیاس کمتر دما تا 300 درجه سانتی گراد ترسیم کرده و خط محور دما را امتداد دهید . در چه دمایی مقاومت صفر می شود .مفاهیم موارد علمی الکتریکی برابر یک رسانا برابریک رسانا با مقاومت صفر چیست .
(جالب است که گفته شود مقدار برای چندین فلزات خالص تقرایباً یکسان است ، تقریباً یا این همانند مقدار ضریب انبساط یک گاز می باشد . همچنین بعضی از فلزات و آلیاژها ابر رسانا می شوند یا دارای مقاومت صفر در دماهای پایین می باشند . اخیراً کشف کرده اند مواد سرامیکی "دمای بالای " ابر رسانایی در دماهای نیتروژن مایع ( یا یا ) را نشان میدهد )
3- یک سیم پیچ مسی دارای یک مقاومت بوده و یک سیم پیچ نقره ای دارای یک مقاومت در دمای صفر درجه سانتی گراد می باشد . در چه دمایی مقاومت سیم پیچ ها یکسان خواهد شد .
B – Thermistor
4- توضیح دهید چرا دمای مجهول برای Thermistor نمی تواند بصورت باشد و معادله مقاومت بصورت نوشته شود به طوریکه T درجه ساسیوس است .
5- فرض کنید که B ثابت بماند مقاومت Thermistor در آزمایش وقتی که دما به صفر برسد چه خواهد شد .
6- فرض کنید که ضریب دمای مقاومت در محدوده دمای که یا بشود. نشان دهید که برای یک Thermistor ، تابعی از دما بصورتزیر است .

گرمای ژول
I معرفی و اهداف
هر وقت که یک جریان الکتریسیته در یک رسانا وجود داشته باشد مقداری انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل می شود . برای یک جریان I داده شده تبدیل انرژی در یک مقاومت بزرگتر ، بیشتر است . این قابل مقایسه با تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی های گرمایی به واسطه مقاومت جزئی می باشد . گرمای تولید شده در یک محیط الکتریکی معمولاً گرمای ژول نامیده می شود James Prescott Joule (1818-1889) دانشمند انگلیسی در مورد تبدیل انر=ی الکتریکی به گرنا تحقیق کرده است (و همچنین انرژی مکانیکی با گرمایی ) در بعضی کاربردهای دیگر نظیر بخاریهای الکتریکی و توسیترها ، انرژی الکتریکی فقط به منظور تبدیل به انرژی حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند . در این آزمایش ، تاثیر گرمایی الکتریسیته جاری و معادل الکتریکی گرما مورد بررسی خواهد گرفت . بعد از انجام این آزمایش شما می بایست قادر باشید :
1- معنی گرمای ژول را توضیح دهید .
2- فاکتورهایی که گرمای ژول به آن وابسته است را توضیح دهید .
3- در مورد چگونگی اینکه گرمای ژول از طریق آزمایش می تواند سنجیده شود توضیح دهید .

II تجهیزات مورد نیاز
– الکتروکالری
– منبع برق یا باتری
– اهم متر (3A تا 0 )
– ولت متر (30V)
– رئوستات ( )
– سیم های ارتباطی
– ساعت زمانگیر آزمایشگاهی
– ترازوی آزمایشگاهی
– یخ

III تئوری
کار W انجام شده ( یا انرژی مصرف شده ) بر واحد شارژ در انتقال یک شارش q از یک نقطه به نقطه دیگر اختلاف پتانسیل یا ولتاژ V است

نرخ زمان جریان شارش I بصورت نمایش داده می شود . از حالا به بعد معادله ممکن است بدین صورت نوشته شود .
که نمایانگر کار انحام شده یا انرژی مصرف شده در یک محیط در یک زمان t باشد . تقسیم بر t کار یا انرژی بر زمان را می دهد و نمایانگر توان P است وقتی که جمله عمومی برای یک مقاومت R که بصورت (قانون اهم ) بکار برده شود انرژی مصرف شده یا کار در معادله می تواند بدین صورت نوشته شود.

انرژی الکتریکی مصرف شده بعنوان انرژی گرمایی محسوب می شود و معمولاً گرمای ژول یا اتلاف انرژی نامیده می شود . توان یا انرژی مصرف شده در زمان می باشد . معدله چگونگی تفاوت گرمای ژول را با مقاومت نشان می دهد .
1- برای یک مقدار ثابت جریان ثابت I ، گرمای ژول مستقیماً متناسب است با مقاومت ،
2- برای یک ولتاژ ثابت V ، گرمای ژول بصورت معکوس با مقاومت در ارتباط است انرژی مصرف شده در یک محیط الکتریکی نظیر معادله دارای واحد ژول می باشد . ارتباط (فاکتور تبدیل ) بین واحد های ژول و گرما در کالری توسط James Joule از نقطه نظراتی که در این مورد داشت ( هم ارزی معادل ) مکانیکی و گرما .
شما ممکن است بخاطر بیاورید که در آزمایش مکانیکی Joule با چرخش چرخ مایع در مایع کاهش وزن حاصل می شود . او سپس انرژی پتانسیل مکانیکی (جاذبه ای ) تلف شده حاصل از کاهش وزن را به گرمای تولید شده در مایع مربوط کرد . نتیجه اش این بود :
Kcol=4186Jیا 1cal=4.186J
یک آزمایش الکتریکی مشابه ممکن است برای تعیین هم ارزی الکتریکی گرما انجام شود با نگه داری انرژی
شکل 1-33 تعیین گرمای ژول محیط دیاگرام برای رویه آزمایش جهت اندازه گیری گرمای ژول . برای توضیحات بیشتر متن زیر را ببینید .

از طریق آزمایش مقدار گرمای الکتریکی ژول تولید شده در یک محیط با مقاومت R با روشهای کالری متری اندازه گیری می شود . اگر یک جریان از یک مقاومتی که در آب وجود دارد عبور کند که در شکل 1-33 نشان داده شده است . با نگه داری انرژی ، انرژی الکتریکی مصرف شده در مقاومت معادل است با انرژی گرمایی و(انرژی ژول)Q که توسط سیستم جذب شده است .
انرژی الکتریکی مصرف شده = انرژی جذب شده w=Q
یا
که m و c ها و جرم ها و گرماهای ویژه آب ، فنجان کالری متر ، سیم پیچ فرو رفته در آب می باشد . و آخرین و اولین ماهای سیستم می باشد . (آزمایش 20 برای شروع تغییر در مورد تئوری رویه کالری متری ببینید )

IV رویه آزمایش
جرمهای داخلی فنجان کالری متر (بدون حلقه) و سیم پیچ بخار شکل فرو رفته در آب را بسنجید و در گزارش آزمایشگاهی ثبت کنید . همچنین نوع مواد و گرمای ویژه شان را ثبت کنید . انواع ماده و گرمای ویژه فنجان معمولاً روی آن نوشته شده است . برای سیم پیچ معمولاً مس ، 0یک جدول گرمای ویژه در ضمیمه A جدول داده شده است ).
2-فنجان کالری متر را تقریباً پر از آب خنک کنید بطوریکه چندین درجه زیر دمای اتاق باشد (فنجان می بایست به اندازه با آب برگردد که تمامی بخاری فرو روند در آب فرا گیرند ) جرم فنجان کالری متر را با آب تعیین کرده و ثبت کنید .
3- بخاری را در فنجان کالری متر قرار دهید و سیمی را همانند شکل 1-33 ببینید و رئوستات را در بیشترین مقاومتش قرار دهید . اطمینان حاصل کنید که گرمای سیم پیچ کاملاً در آب می رود یعنی آب کل آن را می پوشاند . اگر چنین نیست آب بیشتری را اضافه نموده و دوباره فنجان آب را به همان صورتیکه در رویه 2 گفته شد وزن کنید منبع برق یا باتری را تا زمانی که محیط توسط معلمتان هنوز کوچک نشده است وصل نکنید.
4- بعد از اینکه محیط سیستم چک شد ، منبع برق را وصل کرده و آن را بین 10 تا 12 ولت تنظیم کنید – رئوستات را تنظیم کنید تا وفتی که یک جریان ثابتی بین 2 تا 3 آمپر در محیط برقرار گردد این تنظیم را با اهم متر می توانید انجام دهید . سپس منبع برق رابردارید . این رویه می بایست به سرعت انجام شود تا از گرم شدن آب جلوگیری شود .
5- مقداری یخ را در آب موجود در فنجان کالری متر که درون آن سیم پیچ یا دماسنج قرار دارد اضافه کنید . هنگامی که یخ کاملاً آب گردید ، دمای تعادل آب را اندازه گرفته و آنرا بنامید . این دما می بایست 5تا 8 درجه سانتی گراد زیر دمای اتاق باشد . پس منبع برق را وصل کرده و در حین انجام زمان گیر آزمایشگاهی را بکار بیاندازید . فوراً اعداد اولیه اهم متر را و ولت متر را بخوانید و ثبت کنید.همانطوری که زمان سپری می شود جریانرا با تغییر یافتن رئوستات تا آنجایی که ممکن است ثابت نگه دارید . ولتاژ و جریان در هر دقیقه را ثبت کنید ، همزدن آب را متناوباً انجام دهید .
6- وقتی که دمای آب و سیستم کالری متر 10 تا 10 دیجه فارنهایت بالای دمای اولیه است منبع برق را جدا ساخته و زمان سنج را بعد از رسیدن به یک دقیقه خاصی (از نظر فاصله زمانی )متوقف کنید . هم زدن آب راادامه دهید تا وقتی که بیشترین دما برسید و در این هنگام این دما را ثبت کنید ().
7- انرژی الکتریکی مصرف شده در سیم پیچ را از انرژی الگتریکی و زمان خوانده شده محاسبه کنید – از میانگین مقدار ولتاژ به عنوان ولتاژ موثر سراسر سیم پیچ استفاده کنید .
8(a)انرژی گرمایی (در کالری ) جذب شده توسط سیم کالری متر را محاسبه کنید .
(b)سپس نرخ نتایج الکتریکی و انرژی گرمایی را برای یافتن (jlkcal یا ylcal ) بدست آورید .
این را با مقدار با محاسبه درصد خطا انجم دهید .
اگر زمان اجازه بدهد ( با اجازه استاد) آزمایش را تکرار کنید و از میانگین نتایج بدست آمده درصد خطا را تعیین کنید و این نتایج را به گزارش آزمایش اطلاق کنید .

گرمای ژول
1-() گرمای ژول و (b)اتلاف را توضیح دهید .
2-تفاوت بین گرمای Joule و توان چیست
3-2 مقاومت مختلف داده شده است . اگر آنها متصل به یک باطری با ولتاژ ثابت باشد کل گرمای ژول چقدر خواهد شد اگر
1)مقاومت ها بصورت سری بسته شوند
2)مقاومت هابصورت موازی بسته شوند .

گزارش کار آزمایشکاه :
گرمای ویژه
ماده
جرم

ــــــــــ
ــــــــــ
ــــــــــ
فنجان کالری متر
ــــــــــ
ــــــــــ
ــــــــــ
سیم پیچ غوطه ور در آب
ــــــــــ
ــــــــــ
ــــــــــ
فنجان کالری متر در آب
ــــــــــ
ــــــــــ
ــــــــــ
آب

جدول اطلاعاتی
ــــــــــ میانگین ولتاژ
ــــــــــ میانگین جریان
ــــــــــ انرژی الکتریکی مصرف شده
ــــــــــ انرژی گرمایی جذب شده
ــــــــــ نرخ نتایج
ــــــــــ درصد خطاها
دما
( )
جریان I
( )
ولتاژ V
( )
زمان
( )

ــــــــــ
ــــــــــ

سوالات
1- منابع اصلی خطا در آزمایش کدامند . چرا می بایست دمای اولیه آب چنددرجه زیر دمای اتاق باشد .
2- چرا تنظیمات برای ثابت ساختن جریان در محیط لازم بود .
3- اگر ارزش الکتریسیته 12 سنت بر kwh باشد ارزش الکتریسیته استفاده شده در این آزمایش چقدر است؟
4- قطعه شماره 24 سیم پیچ (AWG) 3 برابر قطعه شماره 18 سیم پیچ می باشد اگر همین ولتاژ برای سیمها بکار گرفته شود .کدام سیم گرمای ژول بیشتری را خواهد داشت و چند برابر بیشتر ؟(اشاره آزمایش 29 را ببینید و ضمیمه A و جدول را ببینید )
5- آیا وسائل کاربردی برای گرمای نظیر توستروپتوی الکتریکی مقاومت بالایی دارند یا پایینی . توضیح دهید ؟

فهرست مطالب
معرفی و اهداف
تجهیزات مورد نیاز
تئوری
انجام آزمایش
آزمایش تکالیف مطالعه آزمایش
معرفی و اهداف
تجهیزات لازم
آزمایش
گرمای ویژه فلزات
گرمای ویژه فلزات . گزارش آزمایشگاهی
گرمای نهان : گرمای ذوب و تبخیر
مقدمه و اهداف
تجهیزات مورد نیاز
تئوری
گرمای ذوب
گرمای تبخیر
رویه آزمایش
گرمای نهان : گرمای ذوب و تبخیر
دمای وابسته به مقاومت
معرفی و اهداف
تجهیزات مورد نیاز
تئوری
فلزات رسانا
دمای وابسته به مقاومت
گرمای ژول

1

(5)