واحد اندازه گیری گرما چیست علوم هفتم
در کتاب علوم تجربی پایه هفتم، واحد اصلی و بینالمللی اندازهگیری گرما و انرژی ژول (Joule) با نماد استاندارد J معرفی شده است؛ البته واحد قدیمیتر و رایج دیگری به نام کالری (Calorie) نیز وجود دارد.
گرما چیست؟ مفهوم انرژی حرارتی در علوم هفتم
بر اساس فصل دهم کتاب علوم هفتم، گرما شکلی از انرژی است که به دلیل اختلاف دما، به طور خودکار از جسم گرمتر (با دمای بالاتر) به جسم سردتر (با دمای پایینتر) منتقل میشود. این انتقال تا زمانی که هر دو جسم به دمای یکسان یا اصطلاحاً تعادل گرمایی برسند، ادامه مییابد.از آنجا که گرما از جنس انرژی و کار مکانیکی است، در سیستم بینالمللی یکاها (SI) واحد اندازهگیری آن دقیقاً همان واحد انرژی یعنی ژول است. در فیزیک و شیمی هر جا که با انتقال یا تبدیل انرژی سر و کار داشته باشیم، ژول به عنوان یکای مرجع خودنمایی میکند.
ذرات سازنده مواد دائماً در حال جنبش و حرکت هستند؛ با دریافت گرما، سرعت و جنبش حرارتی این ذرات افزایش یافته و انرژی داخلی جسم بالاتر میرود. بنابراین، گرما پدیدهای پویا و ناشی از جابجایی انرژی در سطح مولکولی است.
آشنایی با واحدهای اندازهگیری گرما: ژول و کالری
برای سنجش میزان انرژی حرارتی مبادله شده بین اجسام، دانشمندان در طول تاریخ از واحدهای مختلفی استفاده کردهاند که در فیزیک متوسطه اول با دو مورد از مهمترین آنها آشنا میشوید:
تفاوتهای اساسی میان دما و گرما
یکی از رایجترین اشتباهات دانشآموزان پایه هفتم، یکسان فرض کردن مفهوم «دما» و «گرما» است. این دو مفهوم در عین ارتباط نزدیک، تفاوتهای بنیادی با یکدیگر دارند که شناخت آنها برای امتحانات پایان ترم الزامی است:
- تعریف و ماهیت: دما معیاری برای سنجش میزان گرمی و سردی یک جسم و نشاندهنده میانگین انرژی جنبشی ذرات است، اما گرما مقدار انرژی حرارتی منتقلشده میان دو جسم است.
- وابستگی به جرم: دما به تعداد ذرات و جرم ماده بستگی ندارد (دمای یک قطره آب جوش با یک دیگ آب جوش برابر است)، اما گرما به جرم و تعداد ذرات وابسته است.
- ابزار اندازهگیری: برای سنجش دما از دستگاه دماسنج (جیوهای، الکلی یا دیجیتال) استفاده میشود، در حالی که مقدار گرمای مبادله شده را با دستگاهی به نام گرماسنج (کالریمتر) اندازهگیری میکنند.
فرمول محاسبه گرما و نحوه تبدیل ژول به کالری
رابطه اصلی محاسباتی گرما در فیزیک به صورت فرمول ریاضی بیان میشود که مقدار انرژی مبادله شده را به جرم، ظرفیت گرمایی و تغییرات دما مرتبط میسازد. در این فرمول، جرم بر حسب کیلوگرم یا گرم و تغییرات دما بر حسب درجه سلسیوس سنجیده میشود.
رابطه دقیق بین دو واحد نشان میدهد که هر ۱ کالری معادل حدوداً ۴.۱۸ ژول است. بنابراین برای تبدیل کالری به ژول، عدد مربوطه را در ۴.۱۸ ضرب میکنیم. این عدد نشاندهنده مقدار ژول معادل برای تغییر دمای یک گرم آب است.
برای تبدیل ژول به کالری، باید مقدار انرژی بر حسب ژول را بر عدد ۴.۱۸ تقسیم کنیم. به عنوان مثال، اگر جسمی ۸۳۶ ژول گرما دریافت کند، این مقدار معادل ۲۰۰ کالری انرژی خواهد بود. فرمولها و روابط کلیدی این بخش در صنایع غذایی و محاسبات مهندسی حرارت کاربرد فراوانی دارند.
روشهای انتقال گرما در فصل دهم علوم هفتم
حرارت همیشه تمایل دارد از نقاط گرم به نقاط سرد حرکت کند. این حرکت و جابجایی انرژی حرارتی در طبیعت به سه روش اصلی صورت میگیرد که در کتاب علوم هفتم به طور مفصل بررسی شدهاند:
رسانش (هدایت گرمایی): این روش عمدتاً در جامدات و فلزات رخ میدهد که در آن انرژی گرمایی از طریق ضربه و ارتعاش اتم به اتم، بدون جابجایی خود ماده منتقل میشود.
همرفت (جابهجایی): این مکانیسم مخصوص مایعات و گازها (سیالات) است؛ با گرم شدن بخشهای پایینی، چگالی آنها کاهش یافته و به سمت بالا حرکت میکنند و جای خود را به ذرات سردتر میدهند.
تابش (اشعه حرارتی): این روش نیازی به محیط مادی و وجود ماده ندارد و انرژی گرمایی به صورت امواج الکترومغناطیسی (مانند رسیدن گرمای خورشید به زمین) منتقل میشود.
جمعبندی فصل گرما
جواب پیشنهادی: اصلیترین واحد گرما در علوم هفتم ژول (J) است که یکای استاندارد بینالمللی انرژی محسوب میشود. واحد فرعی آن کالری (cal) است که هر کالری معادل ۴.۱۸ ژول انرژی حرارتی میباشد. انتقال گرما نیز به سه روش رسانش، همرفت و تابش انجام میپذیرد.
نظرات