رپیتیچ > بلاگ > آموزش درس 1 فصل 4 فیزیک دهم + تدریس ویدیویی

آموزش درس 1 فصل 4 فیزیک دهم + تدریس ویدیویی

آنچه در این پست میخوانید

آموزش درس 1 فصل 4 فیزیک دهم به‌صورت تست‌بیس، همراه با تدریس ویدیویی «شهاب نصیری» را، در این پست از رپیتیچ ببینید.

در سه فصل قبلی با «فیزیک و اندازه‌گیری»، «ویژگی‌های فیزیکی مواد» و «کار، انرژی و توان آشنا» شدیم. قرار است در اولین درس فصل آخر، دما و دماسنجی را بررسی کنیم.

برای دسترسی به کل مباحث فصل چهارم، روی لینک زیر کلیک کنید.

فیلم و جزوه فصل چهارم فیزیک دهم

خب، اول از همه بریم که ویدیوی آموزشی این بخش رو ببینیم.

آموزش ویدیویی درس 1 فصل 4 فیزیک دهم

در این قسمت، بخشی از «آموزش درس اول فصل چهارم فیزیک دهم» را به‌صورت ویدیویی می‌توانید ببینید. مدرس این قسمت، جناب مهندس شهاب نصیری، مولف برتر آزمون‌های موسسات معتبر هستند.

فرم دریافت آموزش های ویدئویی فیزیک:

اگه تو هم میخوای کل فیزیکت رو تو کمترین زمان و با تدریس انیمیشنی مفهومی تستی مهندس شهاب نصیری جمع کنی؛ کافیه این فرم رو پر کنی و منتظر تماسمون باشی:

روی نمره 20 و درصد بالای 70 فیزیکت (مثل رتبه های برتر هر سالمون) حساب کن!

ابتدای کار با کمیت دماسنجی و مقیاس‌های دما آشنا می‌شویم. پس از آن با حل تمرین 4-1 به سراغ یکای فارنهایت می‌رویم. مبحث آخر نیز به دماسنج‌های معیار اختصاص دارد.

دما و دماسنجی؛ درس اول فصل چهارم فیزیک دهم

وقتی شخص بیماری به پزشک مراجعه می‌کند، یکی از مهم‌ترین اطلاعات برای پزشک، تعیین دمای بدن بیمار است. برای این منظور پزشک از دماسنج استفاده می‌کند. برای نگهداری مواد غذایی و جلوگیری از فاسد شدن‌ آنها، دمای یخچال بسیار مهم است. اگر دما نامناسب باشد، ممکن است در زمان کوتاهی مواد غذایی فاسد شود. بنابراین، ایجاد دمای معین و حفظ آن در فناوری و صنعت و پژوهش‌های علمی، اهمیت فراوان دارد.

دما، کمیتی است که میزان سردی و گرمی اجسام را مشخص می‌کند. برای اندازه‌گیری دما لازم است مقیاس دمایی داشته‌ باشیم. برای این کار می‌توانیم از هر مشخصه قابل اندازه‌گیری بهره بگیریم که با گرمی و سردی جسم تغییر می‌کند. به این ویژگی اصطلاحا، کمیت دماسنجی می‌گویند. تغییر کمیت دماسنجی، اساس کار دماسنج‌هاست. ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع دماسنج، دماسنج‌های جیوه‌ای و الکلی است. در این دماسنج‌ها، کمیت دماسنجی، ارتفاع مایع درون لوله دماسنج است. به جز چند مورد استثنا تمام مواد با افزایش دما، منبسط و با کاهش آن منقبض می‌شوند.

مقیاس‌های دما

یکی از مقیاس‌های متداول دما، مقیاس دما بر حسب درجه سلسیوس است.

این مقیاس مبتنی بر دو نقطه ثابت است:

دمایی که در آن آب خالص در فشار جو متعارف (1atm) شروع به یخ‌زدن‌ می‌کند.
دمایی که آب خالص در فشار جو متعارف در حال جوشیدن‌ است.

به نقطه اول، عدد صفر و به نقطه دوم، عدد 100 را اختصاص می‌دهند. فاصله بین این دو را به 100 قسمت مساوی تقسیم می‌کنند و هر قسمت را 1 درجه می‌نامند.

قبلا به چنین دماسنجی، دماسنج با مقیاس سانتی‌گراد می‌گفتند. یکای درجه سلسیوس را با نماد C^° و دما بر حسب درجه سلسیوس را معمولا با Θ نمایش می‌دهند.

از سال 1954 میلادی، یکای کلوین به عنوان مقیاس بین‌المللی دما انتخاب شد. این یکا، با نماد K نمایش داده‌ می‌شود. دما بر حسب کلوین را معمولا با T نشان می‌دهند. رابطه میان دما در مقیاس‌های سلسیوس و کلوین به صورت زیر است:

T = Θ + 273/15 (1-4)

بنا به رابطه 4-1 صفرِ کلوین برابر 273/15- سانتی‌گراد است که این کمترین دمای ممکن نیز هست. با این حال برای دما، حد بالایی وجود ندارد. گستره برخی از دماهای مشهور را بر حسب کلوین در شکل پایین مشاهده می‌کنید.

تمرین 4-1

نشان دهید که تغییر دما در مقیاس‌های سلسیوس و کلوین با هم برابر است (ΔT=ΔΘ).

پاسخ:

ΔT = T₂ – T₁

= (Θ₂ + 273/15) – (Θ₁ + 273/15)

= Θ₂ – Θ₁ = ΔΘ

یکای فارنهایت

یکای رایج دیگر دما که هنوز هم در صنعت و هواشناسی کاربرد دارد، فارنهایت است. مقایسه‌ای از سه یکای دما در شکل زیر آمده‌ است.

بیایید کمی در تصویر بالا دقیق‌تر شویم. می‌بینیم که رابطه مقیاس دمای فارنهایت (F) و سلسیوس (Θ) به‌صورت زیر است:

تمرین 4-2

الف) دمای بدن یک انسان سالم تقریبا 37 درجه سانتی‌گراد است. این دما را بر حسب کلوین و فارنهایت بنویسید.

پاسخ: اگر از رابطه تقریبی T=Θ+273 استفاده بکنیم، داریم:

T = 37 + 273 = 310K

همچنین برای تبدیل به فارنهایت داریم

F = ((9÷5) Θ) + 32 = 98/6°F ≈ 99°F

ب) گرم‌ترین نقطه روی زمین، ناحیه‌ای در کویر لوت است که دمای آن تا حدود 70 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. سردترین نقطه نیز در قطب جنوب است که دمایش تا 89- درجه سانتی‌گراد گزارش می‌شود. این دماها را بر حسب کلوین و فارنهایت به دست آورید.

پاسخ: بر حسب کلوین داریم:

T₁ = 70 + 273 = 343K

T₂ = -89 + 273 = 184K

و بر حسب فارنهایت داریم:

فعالیت 4-1

تحقیق کنید برای نگهداری یاخته‌های بنیادی بندناف خون، به چه دمایی نیازمندیم. این دما چگونه ایجاد و حفظ می‌شود؟

پاسخ: این دما چیزی در حدود 196- درجه سانتی‌گراد است. نمونه در ظرف‌های مخصوص و برای مدت طولانی جهت پیوند نگهداری می‌شود. این دما را می‌توان از طریق نیتروژن (یا هیدروژن) مایع به دست آورد. اگر نمونه‌ها را در ظرف‌های حاوی نیتروژن مایع نگهداری کنیم، تا مدت 15 سال قابل استفاده خواهند بود.

دماسنج‌های معیار

امروزه از انواع دماسنج‌ها در زندگی روزمره استفاده می‌شود. برخی از آنها را می‌توانید در اشکال پایین ببینید.

دانشمندان برای کارهای علمی، سه دماسنج را به عنوان دماسنج‌های معیار برای اندازه‌گیری گستره‌ دماهای مختلف پذیرفته‌اند:

دماسنج گازی
دماسنج مقاومت پلاتینی
تف‌سنج (پیرومتر)

دماسنج ترموکوپل

تا پیش از سال 1990 میلادی، یک دما سنج دیگر نیز به عنوان معیار شناخته‌ میشد. این دماسنج که ترموکوپل نام دارد به دلیل دقت کم‌تر نسبت به 3 مورد دیگر، از معیارها کنار گذاشته‌ شد. با این حال این دماسنج همچنان کاربرد فراوانی در صنعت و آزمایشگاه‌ها دارد. به همین خاطر در ادامه به معرفی این دماسنج می‌پردازیم. کمیت دماسنجی این دماسنج، ولتاژ است. نمونه‌ای طرح‌وار از این دماسنج را در شکل پایین مشاهده می‌کنید.

دو سیم رسانای غیر هم‌جنس مانند مس و کنستانتان را می‌بینید که در دمای ذوب یخ قرار گرفته‌اند. از طرف دیگر این دو سیم در مکانی به هم متصل‌اند که می‌خواهیم دمای آن را به دست آوریم. این مجموعه با سیم‌های مسی رابط به یک ولت‌سنج بسته‌ می‌شود. با تغییر دمای محل مورد اندازه‌گیری، عددی که ولت‌سنج نشان می‌دهد، تغییر می‌کند. در صورت تکرار چندین باره‌ آزمایش برای دماهای متفاوت، ولتاژهای مربوط به هر دمایی مشخص می‌شود.

گستره‌ دماسنجی یک ترموکوپل به جنس سیم‌های آن بستگی دارد. مثلا در نظر بگیرید که در یکی از انواع ترموکوپل، جنس سیم‌ها از آلیاژهای آلومل و کرومل باشد. در این صورت گستره‌ دماسنجی آن از 270- تا 1372 درجه سانتی‌گراد است.

محل اتصال ترموکوپل، جرم کوچکی دارد. از این‌رو خیلی سریع، با دستگاهی که دمای آن اندازه‌گیری می‌شود، به حالت تعادل گرمایی می‌رسد. جدای آن، توانایی به‌کارگیری در مدارهای الکترونیکی را دارد که در بسیاری از وسایل صنعتی، گرمایشی و سرمایشی یافت می‌شود. در شکل پایین، روشی از اندازه‌گیری دما با دماسنج‌هایی از این دست را مشاهده می‌کنید.

فعالیت 4-2

به دماسنج‌های مایعی که بیشینه و کمینه دما را در یک مدت زمان معین نشان می‌دهد، دماسنج بیشینه – کمینه می‌گویند. از این دماسنج‌ها معمولا در مراکز پرورش گل و گیاه، باغداری، هواشناسی و … استفاده می‌شود.

در مورد چگونگی کار این دماسنج‌ها تحقیق کنید.

پاسخ: زمانی که دما بالا رود، الکل یا روغن موجود در مخزن وسطی و لوله سمت چپ دماسنج منبسط می‌شود. همین هنگام جیوه در لوله سمت راست به بالا رانده‌ می‌شود و شاخص فولادی لوله سمت راست را با خود بالا می‌برد. حالا در نظر بگیرید که سطح جیوه در لوله سمت راست، پایین بیاید. حالا شاخص فولادی که به آن فنرهای متصل است، همراه آن حرکت نمی‌کند. در همان محلی قبلی خود، در مقابل دمای بیشینه می‌ایستد.

وقتی الکل به علت کاهش دما منقبض شود، جیوه از طرف چپ لوله Uشکل بالا می‌رود. همزمان شاخص فولادی دیگر را در این طرف لوله بالا می‌راند. فرض کنید سطح جیوه در لوله سمت چپ پایین بیاید. شاخص فولادی سمت چپ که به آن نیز فنرهای ریزی متصل است، همراه با آن حرکت نمی‌کند. در همان محل قبلی خود، در مقابل دمای کمینه می‌ایستد.

با استفاده از آهنربا، این دو شاخص در پایان مدت زمان مورد نظر، به سطح جیوه برگردانده‌ می‌شود. همان‌طور که احتمالا می‌دانید جیوه سمی و خطرناک است. از این‌رو در طراحی‌های جدید، یک مایع ترکیبی جدید را جایگزین آن کرده‌اند. این دماسنج به دماسنج six معروف است و می‌توانید در سایت‌ها و منابع اینترنتی، مطالب زیادی درباره آن بخوانید.