Ավագ դպրոցի ֆիզիկա

Համակարգերի և միջավայրի ըմբռնում

Համակարգը ուսումնասիրվող օբյեկտ կամ օբյեկտների խումբ է: Տիեզերքի մյուս օբյեկտները կոչվում են միջավայր: Սովորաբար համակարգը իր միջավայրից բաժանվում է «բաժանման/սահմանափակիչի/բաժանիչի» միջոցով:

Օրինակ, ենթադրենք, որ մենք ուզում ենք ուսումնասիրել թերմոսի մեջ եղած ջուրը։ Թերմոսի ներսում գտնվող ջուրը կազմում է համակարգը, մինչդեռ օդը և թերմոսից դուրս գտնվող այլ առարկաները կազմում են միջավայրը։ Թերմոսի պատերը՝ թե՛ ներսի ապակին, թե՛ դրսի պլաստիկը, ծառայում են որպես բաժանարար։ Ջրային թերմոսը մեկ օրինակ է։

Կարդալ ավելին

Լատենտ ջերմության հասկացումը

Եթե ​​սնդիկային ջերմաչափը մտցնեք սառը ջրի և սառույցի խառնուրդ պարունակող տարայի մեջ, կնկատեք, որ ներքև շարժվելուց հետո սնդիկի մակերեսը անշարժ է կամ այլևս չի շարժվում: Սնդիկի մակերեսը դադարում է շարժվել ջրի հալման կամ սառչման կետին (0 ^° C) հասնելուց հետո: Եթե տարան բաց է, ջերմությունը հոսում է ավելի բարձր ջերմաստիճանի օդից դեպի ավելի ցածր ջերմաստիճանի սառույցի և ջրի խառնուրդը: Օդից եկող լրացուցիչ ջերմությունը հանգեցնում է սառույցի հալվելուն: Սառույցի հալվելուն զուգընթաց փոխվո՞ւմ է սառույցի և ջրի խառնուրդի ջերմաստիճանը : Սառույցի հալվելուն զուգընթաց ջրի և սառույցի խառնուրդի ջերմաստիճանը չի փոխվում:

Կարդալ ավելին

Տեսակարար ջերմությունը (c) այն ջերմաքանակն է ( Q), որը անհրաժեշտ է մարմնի մեկ միավոր զանգվածի (մ) ջերմաստիճանը (T) մեկ աստիճանով բարձրացնելու համար : c-ի բանաձևն է՝

Միավորների միջազգային համակարգ Ջ/կգ Կ է։

Մարմնի տեսակարար ջերմունակությունը փոխվում է ջերմաստիճանի հետ։ Եթե ջերմաստիճանի փոփոխությունը չափազանց մեծ չէ, ապա արժեքը կարելի է համարել հաստատուն։ Ստորև բերված են c-ի արժեքները մի քանի մարմինների համար 1 մթնոլորտ ճնշման և 20 ^° C ջերմաստիճանի դեպքում (ստացվել են փորձարարական եղանակով)։

Կարդալ ավելին

Եթե ​​տարբեր ջերմաստիճաններ ունեցող մարմիններ շփվում են միմյանց հետ, ջերմությունը բնականաբար տեղափոխվում է ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից դեպի ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմինը։ Ջերմափոխանակումը դադարում է, երբ երկու մարմինները հասնում են ջերմային հավասարակշռության ։ Կարելի է ասել, որ ջերմափոխանակումը առաջացնում է շփման մեջ գտնվող մարմինների ջերմաստիճանի փոփոխություն ։ Այս կարճ բացատրության հիման վրա եզրակացվում է, որ ջերմությունը (Q) կապված է մարմնի և այդ մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխության (դելտա T) հետ։ Յուրաքանչյուր մարմին ունի զանգված (մ), և մարմնի տեսակը նույնպես տարբեր է։

Կարդալ ավելին

Ջերմության միավորը կալորիան է (կրճատ՝ կալ): Կալորիան ջերմության այն քանակն է, որը պահանջվում է 1 գրամ ջրի ջերմաստիճանը 1°C-ով բարձրացնելու համար ⁽ ճշգրիտ 14,5 ^° C-ից մինչև 15,5 ^° C): Պահանջվող ջերմության քանակը տարբեր է ջրի տարբեր ջերմաստիճաններում : Նույն քանակությամբ ջերմության դեպքում ջրի ջերմաստիճանը 1°C- ^ով բարձրանում է միայն 14,5 ^° C-ից մինչև 15,5 ^° C: Ջերմության միավորը, որը հաճախ օգտագործվում է, մասնավորապես սննդի էներգետիկ արժեքը արտահայտելու համար, կիլոկալորիան է (կկալ): 1 կկալ = 1000 կալորիա: 1 կկալ-ի մեկ այլ անվանում = 1 կալորիա (մեծատառ K): Բրիտանական համակարգի ջերմության միավորը Btu-ն է (բրիտանական ջերմային միավոր): 1 Btu = ջերմության այն քանակը, որը պահանջվում է 1 ֆունտ ջրի ջերմաստիճանը 1°F-ով բարձրացնելու համար ⁽ ճշգրիտ 63 ^° F-ից մինչև 64 ^° F):

Կարդալ ավելին

Ջրային անոմալիաների հասկացումը

Յուրաքանչյուր մարմին ընդարձակվում է (ծավալը մեծանում է), երբ մարմնի ջերմաստիճանը բարձրանում է, և կծկվում (ծավալը փոքրանում է), երբ մարմնի ջերմաստիճանը իջնում ​​է։ Ջուրը նույնպես ընդարձակվում է, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, և կծկվում է, երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է, բայց ոչ 0 ^° C – 4 ^{° C ջերմաստիճաններում։ 0 °} C և 4 ^° C ջերմաստիճանների միջև ջրի ծավալը փոքրանում է (ջուրը կծկվում է) ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Եթե ջուրը տաքացնում ենք 0 ^° C ջերմաստիճանում , որքան տաք է ջուրը, այնքան ջրի ծավալը փոքրանում է։ Կծկման գործընթացը դադարում է, երբ ջուրը հասնում է 4 ^° C ջերմաստիճանի։ 4 ^° C-ից բարձր ջրի ծավալը մեծանում է (ջուրը ընդարձակվում է) ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Հակառակը, ջուրը ընդարձակվում է (ջրի ծավալը մեծանում է), երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է 4 ^° C-ից մինչև 0 ^° C։ Ջրի այս տարօրինակությունը հայտնի է որպես ջրի անոմալիա ։

Կարդալ ավելին

Եթե ​​ուշադիր դիտարկեք էլեկտրական մալուխները, կնկատեք, որ դրանք կորացած են դեպի ներքև՝ թուլացման պատճառով: Ինչո՞ւ են էլեկտրական մալուխները միտումնավոր թուլացնում, այլ ոչ թե պարզապես ձգում: Արևելյան Նուսա Թենգարայի Ֆլորես և Լեմբատա քաղաքների տանիքների մեծ մասը պատրաստված է ցինկից (Zn): Ցերեկը կամ գիշերը ցինկապատ տանիքները աղմուկ են հանում: Ինչո՞ւ է ցինկը աղմուկ հանում: Եթե ապրում եք Ճավա կղզում, հնարավոր է, որ նկատած լինեք երկաթուղային գծեր: Ռելսերի միացումների մոտ կան ճեղքեր: Ո՞րն է այդ ճեղքերի գործառույթը ռելսերի միացումների մոտ: Կան բազմաթիվ բաներ, որոնց մասին կարող եք մտածել և հարցնել՝ կապված ընդլայնման թեմայի հետ :

Կարդալ ավելին

Եթե ​​մենք կարգաբերենք տարբեր տեսակի ջերմաչափեր, օրինակ՝ սնդիկային և սպիրտային ջերմաչափերը, երկու ջերմաչափերի սանդղակները նույնն են միայն 0 ^° C (կամ 32 ^° F) և 100 ^° C (կամ 212 ^° F) ջերմաստիճաններում: Եթե մենք օգտագործենք երկու ջերմաչափերն էլ օդի ջերմաստիճանը չափելու համար, յուրաքանչյուր ջերմաչափի ցույց տված թվերը պարտադիր չէ, որ նույնը լինեն: Հնարավոր է, որ սնդիկային ջերմաչափը ցույց տա 48 ^° C, մինչդեռ սպիրտային ջերմաչափը՝ 46 ^° C: Դա պայմանավորված է նրանով, որ սնդիկի և սպիրտի ընդարձակման արագությունը տարբեր է: Նմանապես, այլ տեսակի ջերմաչափերի դեպքում, ինչպիսիք են երկմետաղական ջերմաչափերը և այլն: Այս կերպ որոշվող ջերմաստիճանի սանդղակը շատ կախված է օգտագործվող նյութերի հատկություններից:

Կարդալ ավելին

Ցելսիուսի և Ֆարենհայտի սանդղակները տարբեր ջերմաստիճանային սանդղակներ են։ Եթե առարկայի ջերմաստիճանը չափվում և արտահայտվում է Ցելսիուսով, և մենք ցանկանում ենք այն արտահայտել Ֆարենհայտով, մենք փոխակերպում ենք Ցելսիուսից Ֆարենհայտի։ Այս բաժնում մենք կսովորենք, թե ինչպես փոխակերպել կամ կատարել ջերմաստիճանի չափումներ ։

1 մթնոլորտային ճնշման դեպքում, Ցելսիուսի ջերմաչափի սառցակալման կետի ջերմաստիճանը = 0 է։ ^oC, մինչդեռ Ֆարենհայտի ջերմաչափի սանդղակը = 32 ^oՖ. Հակառակը, 1 մթնոլորտային ճնշման դեպքում, Ցելսիուսի սանդղակի ջերմաչափի գոլորշու կետի ջերմաստիճանը = 100 ^oC, մինչդեռ Ֆարենհայտի ջերմաչափի սանդղակը = 212 ^oՖ. Ուշադրություն դարձրեք ստորև բերված նկարին։

Կարդալ ավելին

Ջերմաչափի սանդղակի տեսակները

Որպեսզի ջերմաչափը օգտագործվի ջերմաստիճանը չափելու համար, այն պետք է սահմանվի սանդղակի վրա: Ջերմաչափի երկու լայնորեն օգտագործվող սանդղակներն են՝ Ցելսիուսի սանդղակը և Ֆարենհայտի սանդղակը: Ինդոնեզիայում ամենատարածված օգտագործվող ջերմաստիճանի սանդղակը Ցելսիուսի սանդղակն է: Ցելսիուսի սանդղակի մեկ այլ անվանումն է ցելսիուսի սանդղակը: Ցելսիուսի սանդղակը = հարյուր աստիճան: Ֆարենհայտի սանդղակը հաճախ օգտագործվում է Միացյալ Նահանգներում կամ ցուրտ ձմեռներ ունեցող երկրներում: Գիտության մեջ հատկապես կարևոր ջերմաստիճանի սանդղակ է բացարձակ սանդղակը կամ Կելվինի սանդղակը: Կելվինի սանդղակը կքննարկվի ավելի ուշ:

Ցելսիուսի և Ֆարենհայտի սանդղակները ջրի սառեցման և եռման կետերն օգտագործում են որպես ֆիքսված կետեր: Նյութի սառեցման կետը այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում պինդ և հեղուկ փուլերը գտնվում են ջերմային հավասարակշռության մեջ : Եվ հակառակը, նյութի եռման կետը այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում հեղուկ և գազային փուլերը գտնվում են ջերմային հավասարակշռության մեջ: Սառեցման և եռման կետերը միշտ փոխվում են օդի ճնշման հետ, ուստի նախ պետք է որոշել օդային ճնշումը: Մենք սովորաբար օգտագործում ենք ստանդարտ ճնշում, որը 1 մթնոլորտ է (մեկ մթնոլորտ): Մթնոլորտը օդային ճնշման միավոր է:

Կարդալ ավելին