پاسخ اصلی واحد اندازه گیری گرما در جدولهای کلمات متقاطع با توجه به تعداد خانهها، کلمه ۳ حرفی «ژول» یا کلمه ۴ حرفی «کالری» است.
حل کردن جدولهای کلمات متقاطع علاوه بر سرگرمی، یک راه عالی برای به چالش کشیدن اطلاعات عمومی و یادگیری نکات علمی جدید است. یکی از سوالات تکرارشونده و پایه در این جدولها، به یکاهای سنجش انرژی و حرارت اختصاص دارد. بسته به اینکه طراح جدول چند خانه را برای این سوال در نظر گرفته باشد، گزینههای مختلفی پیش روی شماست که در ادامه تمام آنها را تفکیک کردهایم.
راهنمای سریع حل جدول برای واحد اندازه گیری گرما
اگر در حال حل جدول هستید و به این سوال برخورد کردهاید، به تعداد حروف خانههای خالی خود نگاه کنید و یکی از گزینههای استاندارد زیر را انتخاب نمایید:
هرکدام از این کلمات در دورههای مختلف تاریخی یا صنایع گوناگون برای سنجش میزان انرژی حرارتی ابداع شدهاند که در بخشهای بعدی مقاله، کاربرد علمی و دقیق هر یک را بررسی خواهیم کرد.
تعریف علمی گرما و تفاوت بنیادی آن با دما
برای درک بهتر واحدهای اندازهگیری، ابتدا باید یک اشتباه رایج عمومی را تصحیح کنیم. در بسیاری از مکالمات روزمره، کلمات «گرما» و «دما» به اشتباه به جای یکدیگر به کار میروند. این اشتباه گاهی حتی به طراحان مبتدی جدول نیز سرایت میکند.
- در علم فیزیک، گرما یک ماده مستقل یا یک وضعیت ثابت نیست؛ بلکه به انرژی منتقلشده میان دو جسم به دلیل اختلاف دما گفته میشود. گرما همیشه به طور خودبهخودی از جسم گرمتر به جسم سردتر جریان مییابد.
- بسیاری از افراد به اشتباه کلماتی مانند سلسیوس یا سانتیگراد را به عنوان واحد گرما در نظر میگیرند؛ در حالی که این یکاها مربوط به کمیت دما (میزان داغی یا سردی) هستند.
- از آنجا که گرما از جنس کار و انرژی است، ابزار اندازهگیری آن کالریمتر (گرماسنج) نام دارد، در حالی که دما را با دماسنج (ترمومتر) میسنجند.
نکته مهم: اگر در جدول با عبارت «واحد دما» مواجه شدید، پاسخ شما بسته به تعداد حروف میتواند کلماتی مثل درجه، سلسیوس، سانتیگراد، فارنهایت یا کلوین باشد. اما برای «واحد گرما»، فقط باید به سراغ واحدهای انرژی (مانند ژول و کالری) بروید.
معرفی ژول؛ واحد رسمی و بینالمللی گرما (SI)
ژول (Joule) با نماد J، واحد رسمی و فرعی هماهنگ در سیستم بینالمللی یکاها (SI) برای سنجش تمام اشکال انرژی، کار و گرما است. این نام به پاس قدردانی از تلاشهای جیمز پرسکات ژول، فیزیکدان نامدار انگلیسی، روی این یکا گذاشته شده است.
یک ژول از نظر فیزیکی معادل مقدار کاری است که نیروی یک نیوتن در جابهجایی یک جسم به اندازه یک متر در جهت نیرو انجام میدهد. در کتابهای درسی علوم هفتم و فیزیک دبیرستان ایران، انتقال گرما به طور انحصاری بر حسب ژول یا کیلوژول (kJ) آموزش داده میشود تا دانشآموزان از ابتدا با سیستم استاندارد بینالمللی آشنا شوند.
معرفی کالری؛ واحد محبوب در شیمی و علوم تغذیه
اگرچه ژول واحد رسمی فیزیک مدرن است، اما کلمه ۴ حرفی کالری (Calorie) قدیمیترین و ملموسترین واحد برای سنجش حرارت است. کالری به مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای ۱ گرم آب خالص به اندازه ۱ درجه سلسیوس (در فشار استاندارد اتمسفر) اطلاق میشود.
در مباحث مربوط به شیمی ترمودینامیک و همچنین علوم تغذیه (انرژی مواد غذایی)، کالری کماکان کاربرد بسیار گستردهتری نسبت به ژول دارد. جالب است بدانید کالری موجود در پشت بستهبندی مواد غذایی در واقع کیلوکالری (کالری بزرگ) است که معادل ۱۰۰۰ کالری کوچک ترمودینامیکی میباشد و انرژی آزاد شده از سوختوساز غذا در بدن را نشان میدهد.
راهنمای حل فیزیک: در محاسبات ترمودینامیک، ثابت جهانی گازها ($R$) که کاربرد کلیدی دارد، بر حسب ژول برابر $۸.۳۱۴$ و بر حسب کالری حدود $۱.۹۸۷$ است که نسبت آنها همان ضریب همارزی مکانیکی گرما را نشان میدهد.
فرمول و نحوه تبدیل واحد کالری به ژول
از آنجا که هر دو واحد ژول و کالری برای بیان یک کمیت یکسان (انرژی گرمایی) به کار میروند، میتوان آنها را با یک ضریب مشخص به یکدیگر تبدیل کرد. رابطه دقیق و پذیرفتهشده ترموشیمیایی میان این دو واحد به صورت زیر تعریف میشود:
$$۱ \text{ Calorie} \approx ۴.۱۸۴ \text{ Joules}$$
برای تبدیل سریع کالری به ژول در محاسبات فیزیک و حل مسائل درسی، مقدار عددی کالری را در ۴.۱۸ (یا برای سادگی در عدد ۴) ضرب میکنند. عکس این عمل نیز صادق است؛ یعنی برای تبدیل ژول به کالری، باید مقدار ژول را بر عدد ۴.۱۸۴ تقسیم نمود.
واحدهای صنعتی و خاص گرما در صنایع ایران
گاهی اوقات در جدولهای تخصصیتر یا نیازمندیهای فنی، با واحدهایی برخورد میکنید که خارج از سیستم SI هستند اما در بازار تاسیسات ایران کاربرد فراوان دارند:
BTU (واحد حرارتی بریتانیا): این کلمه ۵ حرفی، مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای یک پوند آب به اندازه یک درجه فارنهایت است. ظرفیت اسپلیتها و کولرهای گازی در بازار ایران (مثلاً کولر ۱۲۰۰۰ یا ۲۴۰۰۰) دقیقاً با همین واحد سنجیده میشود.
وات (W): در سیستم SI برای بیان توان گرمایی یا نرخ انتقال گرما (مقدار ژول منتقلشده در یک ثانیه) استفاده میشود که معمولاً روی بخاریهای برقی و تجهیزات گرمایشی درج میگردد.
کیلوکالری بر ساعت: یک واحد ترکیبی و قدیمی که مهندسان تاسیسات در ایران برای بیان توان حرارتی دیگهای موتورخانه، پکیجها و مشعلها از آن استفاده میکنند.
جمعبندی برای حل جدول
جواب پیشنهادی: اگر برای پاسخ واحد اندازه گیری گرما در جدول به دنبال کلمه هستید، ابتدا کلمه ۳ حرفی ژول و سپس کلمه ۴ حرفی کالری را امتحان کنید. این دو کلمه بیش از ۹۰ درصد پاسخهای مد نظر طراحان جدول را پوشش میدهند.
چرا واحد گرما و واحد کار مکانیکی در فیزیک یکی است؟
زیرا جیمز پرسکات ژول با آزمایشهای خود ثابت کرد که گرما و کار مکانیکی کاملاً به یکدیگر قابل تبدیل هستند و ماهیت یکسانی از جنس انرژی دارند؛ به همین دلیل قانون اول ترمودینامیک شکل گرفت.
هر BTU چند ژول انرژی گرمایی است?
هر واحد حرارتی بریتانیا (BTU) تقریباً معادل ۱۰۵۵ ژول انرژی گرمایی در سیستم بینالمللی یکاها است.
تفاوت کالری ترموشیمیایی با کالری جدول بینالمللی چیست؟
کالری ترموشیمیایی دقیقاً ۴.۱۸۴ ژول است اما در جدولهای مهندسی بخار (IT) این ضریب را ۴.۱۸۶۸ ژول در نظر میگیرند؛ این اختلاف جزئی به دلیل تغییرات ظرفیت گرمایی آب در دماهای مختلف است.
نظرات