پایهٔ ۱۰ · فصل ۴
۸ مبحث منتخباین برگه، گزیدهای برای مرور سریع است: رابطه را همراه شرطش بخوان، سپس دام و نمونهٔ حل را بررسی کن.
در دستگاه عایق و بدون تغییر حالت، دمای تعادل از میانگین وزنی دماها با وزن ظرفیت گرمایی مؤثر هر سهم به دست میآید؛ برابری همهٔ این ظرفیتها شرط کافی برای تبدیل آن به میانگین ساده است.
در تماس گرمایی، اختلاف دما جهت انتقال خودبهخودی گرما را تعیین میکند؛ دما بهتنهایی مقدار انرژی درونی جسم را مشخص نمیکند. گرما انرژیِ در حال انتقال بر اثر اختلاف دماست، نه انرژی ذخیرهشده در جسم.
تغییر طول با طول اولیه و تغییر دما متناسب است.
رابطهٔ Q=mcΔT را برای بخش تغییر حالت به کار نبر.
رسانش، همرفت و تابش میتوانند همزمان رخ دهند.
افزودن ۲۷۳ به اختلاف دما اشتباه است؛ این جابهجایی برای مقدار دماست.
شرط کاربرد: در مسئلههای با تقریب ۲۷۳، همان تقریب اعلامشده را رعایت کن.
تصور نادرست: دو جسم همدما حتماً انرژی درونی برابر دارند.
اصلاح علمی: دمای برابر به معنی تعادل گرمایی است، نه برابر بودن انرژی درونی.
در رابطهٔ افزایش طول، طول اولیه را بگذار؛ افزایش طول با طول نهایی یکی نیست.
شرط کاربرد: انبساط کوچک، ضریب تقریباً ثابت و مادهٔ همسانگرد برای تقریب سطحی.
تصور نادرست: سوراخ ورقهٔ فلزی با گرم شدن آزاد ورقه کوچک میشود.
اصلاح علمی: در انبساط آزاد و یکنواخت، ابعاد سوراخ نیز افزایش مییابد.
بیشینهٔ چگالی آب در فشار معمول نزدیک ۴ درجهٔ سلسیوس است، نه صفر.
شرط کاربرد: جرم نمونه ثابت، ضریب انبساط حجمی در بازهٔ دما تقریباً ثابت و رفتار انبساطی عادی باشد؛ رابطهٔ چگالی بر پایهٔ همین مدل است و در بازهٔ رفتار غیرعادی آب به کار نمیرود.
تصور نادرست: آب در همهٔ بازههای دما با گرم شدن منبسط میشود.
اصلاح علمی: آب از صفر تا حدود چهار درجهٔ سلسیوس با گرم شدن منقبض میشود و چگالیاش افزایش مییابد.
برای جسم سردشونده ΔT منفی و در قرارداد گرمای دریافتی، Q منفی است.
شرط کاربرد: بدون تغییر حالت، با گرمای ویژهٔ تقریباً ثابت در بازهٔ مورد بررسی.
تصور نادرست: گرمای ویژهٔ یک ماده با دو برابر کردن جرم نمونه دو برابر میشود.
اصلاح علمی: ظرفیت گرمایی نمونه دو برابر میشود؛ گرمای ویژه در شرایط یکسان ویژگی ماده است.
دمای تعادل بدون تغییر حالت و منبع انرژی اضافی باید بین دماهای اولیهٔ اجزا باشد.
شرط کاربرد: دستگاه عایق، نبود تغییر حالت و ثابت بودن تقریبی گرمای ویژهها.
تصور نادرست: دمای تعادل دو جسم همیشه میانگین سادهٔ دماهای اولیهٔ دو جسم است.
اصلاح علمی: دمای تعادل به ظرفیتهای گرمایی و سهم ظرف وابسته است؛ میانگین ساده فقط در حالتهای خاص درست است.
در بخش افقی نمودار از mcΔT برای کل انرژی استفاده نکن، چون ΔT صفر ولی Q غیرصفر است.
شرط کاربرد: تغییر حالت در فشار مشخص؛ L باید برای همان ماده و فرایند باشد.
تصور نادرست: در هنگام ذوب، چون دما ثابت است، ماده انرژی دریافت نمیکند.
اصلاح علمی: انرژی دریافتی در تغییر حالت مصرف میشود؛ ثابت بودن دما به معنی صفر بودن گرما نیست.
تبخیر را به دمای جوش محدود نکن؛ لباس خیس در دمای اتاق نیز خشک میشود.
شرط کاربرد: گرمای نهان تبخیر و نقطهٔ جوش به شرایط ماده و فشار وابستهاند.
تصور نادرست: آب فقط در صد درجهٔ سلسیوس تبخیر میشود.
اصلاح علمی: تبخیر سطحی در دماهای مختلف رخ میدهد؛ دمای جوش نیز به فشار محیط وابسته است.
عایق بودن به معنی صفر مطلق انتقال گرما نیست؛ عایق آهنگ انتقال را کاهش میدهد.
شرط کاربرد: آموزش کیفی مطابق کتاب؛ فرمول کمّی رسانش و قانون توان چهارم تابش در این نسخه سؤال الزامی ندارند.
تصور نادرست: تابش برای انتقال انرژی به هوا نیاز دارد.
اصلاح علمی: تابش الکترومغناطیسی در خلأ هم منتقل میشود؛ برخلاف همرفت به جابهجایی شاره نیاز ندارد.
دو جسم همدما با جرم متفاوت در تماساند. آیا صرف جرم بیشتر موجب گرما دادن آن جسم میشود؟
دمای تعادل دو مقدار آب را میانگین ساده گرفتهاند. چه شرطی باید دربارهٔ سهمها کنترل شود؟
در خلأِ بین دیوارههای فلاسک، کدام سازوکار باقی میماند و چرا سطح براق مفید است؟
پیشنیاز این فصل: انرژی، جرم، دما و پایستگی انرژی
راهنمای شکل و نمودار: محور زمان یا دما و ناحیههای گرمشدن و تغییر حالت را جدا بخوان؛ بخش تخت به معنی نبود تبادل انرژی نیست.
کنترل نهایی پاسخ: ژول برای گرما، سازگاری اختلاف دمای سلسیوس/کلوین و قرارگرفتن دمای تعادل میان دماهای آغازین را کنترل کن.
معیاری برای وضعیت گرمایی و تعیین جهت خودبهخودی انتقال انرژی.
انرژیِ در حال انتقال به علت اختلاف دما، نه چیزی ذخیرهشده در جسم.
انرژی لازم برای تغییر دمای واحد جرم ماده به اندازهٔ یک درجه.
انرژی لازم برای تغییر حالت واحد جرم در دمای تغییر حالت؛ Q انرژی کل مبادلهشده و L گرمای نهان ویژه است.
برداشت نادرست: در زمان ذوب چون دما ثابت است انرژی منتقل نمیشود.
اصلاح: انرژی برای تغییر آرایش ذرهها و تغییر حالت مصرف میشود، هرچند دما ثابت بماند.
برداشت نادرست: دمای تعادل را از دماهای آغازین بالاتر به دست میآورم و میپذیرم.
اصلاح: بدون منبع انرژی دیگر، دمای تعادل باید میان دماهای آغازین باشد.
بیشتر مواد با سردشدن متراکمتر میشوند، اما آب در بازهٔ نزدیک انجماد رفتار ویژه دارد و چگالی آن در حدود ۴ درجهٔ سلسیوس بیشینه است. آب سردتر از این دما کمچگالتر میشود و به سمت سطح میرود.
یخ از آب مایع کمچگالتر است و روی آن میماند. لایهٔ یخ سطحی انتقال گرما را کند میکند؛ بنابراین دریاچه معمولاً از سطح یخ میزند و آب زیرین میتواند مایع بماند.
۲۰۰ گرم آب با دمای ۸۰ درجهٔ سلسیوس با ۳۰۰ گرم آب ۲۰ درجه در ظرف عایق مخلوط میشود. ظرفیت ظرف ناچیز است. دمای تعادل را بیاب.
برای ذوب کامل ۰٫۱۰ کیلوگرم یخِ صفر درجه، با Lf=۳۳۴۰۰۰ ژول بر کیلوگرم، چه مقدار گرما لازم است؟ چرا از mcΔT استفاده نمیکنیم؟
چرا در یک شب سرد زمستانی، یخزدن دریاچه از سطح آغاز میشود و نه از کف؟
چرا بطری کاملاً پر آب ممکن است در فریزر آسیب ببیند؟
آب هنگام یخزدن منبسط میشود؛ در ظرف کاملاً پر و بسته فضای کافی ندارد و میتواند فشار زیادی به دیواره وارد کند.
محورها، جهتها و برچسبهای شکل را جدا بخوان.
ببین شکل کدام نسبت یا تغییر را نشان میدهد.
نتیجه را فقط در محدودهای بگو که شکل پشتیبانی میکند.
چرا دمای تعادل نمیتواند از هر دو دمای اولیه بیشتر باشد؟
هنگام جوشیدن آب، انرژی ورودی کجا میرود؟
این صفحه برای جستوجوی «جزوه فیزیک دهم فصل ۴»، «نکات ناب فیزیک» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.