پیام از طریق واتس اپ
دما؛ عجیب تر از آنچه فکر می کردیم!
فروشگاه اینترنتی دانش لند | خرید کتاب کمک درسی | خرید بازی فکری | خرید کتاب کودک و نوجوان

دانش لند خرید اینترنتی کتاب کمک درسی بازی فکری محصولات آموزشی

مشاوره تحصیلی
312/99

دما؛ عجیب تر از آنچه فکر می کردیم!

خلاصه:

تبدیل دمای سرد به گرم، به راحتی افتان از دوچرخه به وقوع می پیوندد؛ اما چرا پایین آوردن دما و خنک شدن به نسبت گرما، بسیار سخت است؟

تخفیف ویژه کتاب های گاجخرید اسباب بازی با تخفیفخرید کتاب کمک درسیخرید منابع کنکور هنرخرید کتاب های کودک | نوجوانمشاوره تحصیلی | کنکورفروش کتاب های کمک درسی به مدارس
هنوز فصل بهار به پایان نرسیده است و هوا روز به روز رو به گرم تر شدن می رود. خیلی زود هوا تابستانی خواهد شد. افراد معمولا دوست دارند محیط اطراف خود را تغییر دهند. وقتی هوا سرد است، محیط را گرم کنند و وقتی گرم است، به دنبال سرد کردن و کاهش دما هستند. به این دلیل است که انسان موجودی پیچیده است.
افزایش حرارت و گرما، کار سختی نیست؛ زیرا فعالیت های روزمره حتی به صورت ناخواسته هم منجر به افزایش دما می شوند. از سوی دیگر، کاهش دمای محیط کار دشوارتری است. معمولا دما به عنوان موجودیتی دارای بعد در نظر گرفته می شود که می توان سطح آن را کاهش یا افزایش داد. بر اساس این تعریف، عملکرد دما را می توان به کنترل نور صفحه نمایش تشبیه کرد؛ اما اگر در خاه ترموستات داشته باشید متوجه می شوید، تعریف بالا اشتباه است؛ در فصل بهار، معمولا ترموستات روی حالت AC تنظیم می شود؛ و فرایند متفاوتی اجرا می شود.
قبل از بررسی روش های مختلف افزایش یا کاهش دما در طول تاریخ، بهتر است با تعریف دما آشنا شویم. برخلاف تصور بیشتر انسان ها، دما بعد نیست، بلکه بسیار بسیار پیچیده تر از این تعاریف است.

دما واقعا چیست؟

دما کمینی یکسان برای دو شیء است که برای مدتی طولانی با یکدیگر در تماس بوده اند. اگر فنجان داغ قهوه را روی یک میز قرار دهید و سپس حواس تان به موضوعی در شبکه های اجتماعی پرت شود، دمای قهوه خیلی زود با دمای میز یکسان خواهد شد. انرژی گرمایی دو شیء یکسان نیست اما دمای آن ها یکسان خواهد شد. اما انرژی گرمایی چیست؟ تعریف انرژی گرمایی هم راستا  با تعریف دقیق دما است.

دما مقیاسی از انرژی جنبشی میانگین ذرات یک شیء است؛ که انرژی جنبشی در این تعریف به جرم و سرعت اولیه وابسته است.

انرژی گرمایی به معنی مجموع انرژی های جنبشی ذرات نیست و این تعریف بیش از حد ساده است؛ اما نکته اصلی اینجاست که دو شیء می توانند دمای یکسان اما انرژی گرمایی متفاوتی داشته باشند. اگر پیتزا را روی فویل آلومینیومی در فر قرار دهیم، هر دوم به دمای یکسانی خواهند رسید. با این حال، فویل دارای جرم و انرژی گرمایی کمی است. به همین دلیل است که دستان شما را نمی سوزاند.
اما تا این قسمت از مقاله، از کلمه گرما استفاده نشده است، زیرا معنای این کلمه مانع از درک موقعیت های ترمودینامیک می شود. معمولا بهتر است از گرما به عنوان یک فعل استفاده شود؛ برای مثال نور خورشید بدن افراد را گرم می کند یا آب برای دم کردن چای، گرم می شود؛ س اما از این کلمه به عنوان موجودیتی واقعی در دنیای اطراف هم استفاده می شود.
چگونه می توان اشیا را داغ کرد؟
روش های متعددی برای افزایش انرژی گرمایی اشیا وجود دارد؛ اما در اصل نیاز به نوعی انتقال انرژی است. در ادامه به برخی از روش ها اشاره می کنیم:

۱- تابش نور روی شیء

امواج الکترومغناطیسی یکی از روش های انتقال گرما هستند. نور مرئی یکی از انواع تشعشعات الکترو مغناطیسی است؛ همچنین پرتوهای گاما، اشعه ایکس و مادون قرمز هم در این امواج وجود دارند. امواج یکسان هستند اما طول موج متفاوتی دارند و همه آن ها می توانند انرژی منتقل کنند.
به همین دلیا وقتی یک شیء را مقابل نور خورشید قرار می دهیم، داغ می شود. البته مردم سال هاست از نور خورشید برای افزایش دمای اشیاء استفاده می کنند. امروز از لامپ ها می توان به جای نور خورشید استفاده کرد. اما نور خورشید به کم ترین فناوری نیاز دارد.

۲- سوزاندن

آتش، انواع مختلفی دارد. با این حال، متداول ترین نوع آتش، واکنش شیمیایی بین کربن و اکسیژن است. در طول این واکنش، از پیوند اکسیژن و کربن، کربن دی اکسید به دست می آید. وقتی پیوندی شیمیایی بین این دو عنصر شکل می گیرد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. در نتیجه می توان از ایجاد پیوندها به انرژی رسید نه صرفا شکستن آن ها.
افراد در زندگی روزمره خود بارها فرایند فوق را انجام داده اند. آن ها شاخه های درخت را جمع آوری کرده اند و سپس با افزایش دمای آن، واکنش بین اکسیژن و هوا را امکان پذیر ساخته اند. البته برای چنین واکنشی لزوما نیاز به چوب نیست.
سوخت های فسیلی هم گزینه مناسبی هستند (البته اگر نابود کردن گیاهان برای نسل های آینده را نادیده بگیرید). می توان از سوزاندن فلزهایی مثل آهن یا آلومینیوم هم به آتش رسید اما این فرایند کمی پیچیده تر است.

۳- ایجاد جریان الکتریکی

ساخت مدار الکتریکی از صفر کار دشواری نیست. برای این کار تنها به یک باتری و سیم جریان نیاز دارید. یک باتری ساده از دو فلز متفاوت و نوعی اسید در میان آن ها تشکیل شده است. حتی می توانید با سکه برای خود باتری بسازید.
باتری،‌میدان الکتریکی را داخل سیم ایجاد می کند و این میدان شتاب الکترون های آزاد را افزایش می دهد. با این حال، الکترون ها نهیتا با اتم های تشکیل دهنده سیم فلزی برخورد می کنند، با این اتفاق، سرعت شان کم تر شده و انرژی جنبشی خود را از دست می دهند. از طرف دیگر، انرژی ذخیره شده به بخشی دیگری انتقال می یابد و در نهایت کاهش انرژی جنبشی الکترون ها منجر می شود تا انرژی گرمایی سیم افزایش یابد. تمام سیم های حامل جریان الکتریکی، گرم می شوند و در نتیجه دما را افزایش می دهند.

دفعه بعد که خواستید از جارو برقی استفاده کنید، دست خود را بر روی کابل آن قرار دهید تا گرمای آن را حس کنید؛ زیرا جارو برقی ها معمولا دارای جریان زیادی هستند.

روش هایی برای سرد کردن اشیاء

اما چگونه می توان دمای اشیاء را پایین آورد؟ معمولا کاهش دما دشوارتر است. در ادامه به برخی روش های سردسازی اشیاء اشاره شده است.

۱- قرار دادن شیء کنار شیء سرد

این ترفند ساده است. اگر نوشیدنی خود را در تشتی پر از یخ قرار دهید، تعامل گرمایی، بین دو شیء رخ می دهد. یخ گرم می شود و نوشیدنی شما به لطف جادوی ترمودینامیک سرد می شود. اما یک مشکل وجود دارد. برای این روش باید شیء سرد آماده باشد. یخ انتخاب خوبی است زیرا با دریافت انرژی زیاد، دمای آن افزایش پیدا می کند و از فاز جامد وارد فاز مایع می شود. در نتیجه، نوشیدنی گرم انرژی زیادی را به یخ منتقل می کند.
امروز می توانید در هر فروشگاهی کیسه های یخ را پیدا کنید اما در سال های دور، یخ فقط در زمستان پیدا می شد. البته خانه های یخی عایق داری وجود داشتند که راز ذوب نشدن یخ ها، استفاده از قطعات و بلوک های یخی بزرگ بود. هر چقدر توده یخی بزرگ تر باشد، زمان بیشتری برای  ذوب آن لازم است. برای مثال در فیلم یخ زده، شعل کریستف برداشت یخ دریاچه و ذخیره سازی آن برای تابستان بود.

۲- فرایند تبخیر

در این روش، مایع انرژی کافی را برای تبدیل به گاز دریافت می کند. اگر مایع مدنظر آب باشد، به بخار آب تبدیل می شود. از آن جا که این گذار فاز نیاز به انرژی دارد، مقداری از آب با انرژی کم تر باقی می ماند و بنابراین دما را کاهش می دهد.
تعریق بدن انسان هم نوعی فرایند تبخیر است. پوست آب را ذخیره می کند و با تبخیر رطوبت پوست، بدن خنک می شود. تعریق بدن معمولا در شرایط رطوبت بالای هوا افزایش می یابد. آب از روی پوست، تبخیر می شود و در عین حال بخار آن مجددا رای پوست می نشید و نتیجه آن پیراهنی خیس است.
فرایند سرمایش تبخیری را می توان در اشیای دیگر هم مشاهده کرد. یکی از یخچال های باستانی برای خنک نگه داشتن غذاها، کوزه های رسی هستند. با قرار دادن غذا در کوزه رسی و سپس قرار دادن آن کوزه در کوزه دیگری و ریختن لایه ای از شن و آب بین آن ها، دمای غذا را بالا نمی برد و در نتیجه آن غذا فاسد نمی شد. در نهایت با تبخیر آب‌، کوزه داخلی خنک می شد. البته این فرایند در مناطق خشک نتیجه بخش است که سرعت تبخیر آب نسبتا بالا است.
اما درباره پنکه چه می توان گفت؟ اگر یک روز داغ مقابل پنکه بنشینید، حس خنکی می کنید؛ اما پنکه ها معمولا دمای هوا را کاهش نمی دهند بلک صرفا جریان هوا را افزایش می دهند. به این ترتیب سرعت تبخیر روی پوست افزایش پیدا می کند؛ اما اگر پوست شما همیشه عرق نمی کند، پنکه نتیجه چندان مفیدی نخواهد داشت.
برخی اوقات، فن ها برای اشیای دیگر نتیجه بخش هستند. برای مثال فن داخل کامپیوتر، جریان هوا روی سی پی یو داغ را افزایش می دهد. در نتیجه تماس گرمایی بین هوا و پردازنده گرم افزایش یافته و دمای پردازنده یکسان با دمای اتاق باقی می ماند؛ اما فن یا پنکه داخل کامپیوتر نمی تواند از حد مشخصی دمای هوا را پایین تر بیاورد.

۳- انبساط و اقباض

اما فرایندهای مدرن سرمایشی مثل کولر داخل خودرو یا خانه چگونه عمل می کنند؟ یخچال چطور؟ هر دو دستگاه، تقریبا عملکرد مشابهی دارند. هر دو دستگاه، در درجه اول با تولید گرمایش، محیط اطراف را خنک می کنند.
برای درک بهتر فرایند کولر و یخچال، نواری لاستیکی بردارید. هر چقدر نوار ضخیم تر باشد، نتیجه بهتری به دست خواهد آمد. سپس آن را سریع بکشید و تا زمانی که به لب بالایی تان برسد، این کار را ادامه دهید(لب بالایی تان به دما حساس است). در این مرحله گرمای لاستیک را احساس می کنید. تا وقتی که دمای لاستیک کاهش پیدا کند آن را در حالت کشیده نگه دارید. پس از آن که دمای لاستیک به دمای اتاق رسید، بگذارید نوار لاستیکی آرام آرام به حالت اول خود بازگردد. اگر دوباره نوار را به لب خود نزدیک کنید، احساس سرما می کنید.
 
منبع: Wired
مترجم: شروین محمدی‌مقم

ارسال نظر

ارسال نظر

5/5 0 0 0