انواع دماسنج ها و طرز کار آنها ( Thermometer  )
تاریخچه:
نخستین وسیله واقعی علمی را برای اندازه‌گیری درجه حرارت در سال ۱۵۹۲ گالیله اختراع کرد وی برای این منظور یک بطری شیشه‌ای گردن باریک انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگینی قرار گرفته بود. با تغییر دما هوای محتوی بطری منبسط یا منقبض می‌شد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین می‌رفت. وسیله گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود به طوری که وسیله وی بیشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال ۱۶۳۱ری تغییراتی را در دمانگار گالیله پیشنهاد کرد. پیشنهاد وی همان بطری وارونه گالیله بود که در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت می‌شد.
در سال ۱۶۳۵ دوک فردینالند توسکانی، که به علوم علاقه‌مند بود دماسنجی ساخت که در آن از الکل (که در دمایی خیلی پایین‌تر از دمای آب یخ می‌بندد.) استفاده کرد. و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود.سرانجام در سال ۱۶۴۰ دانشمندان آکادمی لینچی در ایتالیا نمونه‌ای از دماسنج‌های جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند. توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملاً تکامل یافت.
به دنبال کشف دماسنج گابریل دانیل فارنهایت دانشمند هلندی در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الکلی ساخت که با دقت اندازه‌گیری بیشتری می‌تواند دمای هوا را اندازه‌گیری کند. او به سال ۱۷۱۴ میلادی دماسنج جیوه‌ای را طراحی و با ضریب دقت بالایی با شیوه‌ای خاص درجه‌بندی نمود. فارنهایت نتایج تحقیقات خود را در سال ۱۷۲۴ میلادی منتشر ساخت.
آندرس سیلیسیوس دانشمند سوئدی به سال ۱۷۲۳ دماسنج جیوه‌ای را به صد قسمت مساوی تقسیم‌بندی نمود. اندازه‌گیری دمای هوا به روش سانتیگراد، (سیلیسیوس) به نام پرافتخار ایشان ثبت شده است.
ژول دانشمند انگلیسی با اعتقاد به این که گرما نوعی انرژی است آزمایش‌های فراوانی در این راستا به انجام رسانید. او با اندازه‌گیری اختلاف دمای آب در بالا و پایین یک آبشار صد و ده متری روی تبدیل انرژی پتانسیل آب به گرما بررسی‌های فراوانی به انجام رسانید. پس از انجام این بررسی‌ها او به این نتیجه رسید که مقدار انرژی در جهان ثابت است فقط می‌تواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود. پس اجسام می‌توانند در حالت تعادل گرمایی وجود داشته باشند. ژول در سال ۱۸۴۳ اظهار داشت که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به نظر ناپدید آید، همراه آن مقدار معینی گرما ظاهر شده است و این دلالت بر پایستگی چیزی دارد که امروزه آن را انرژی می‌نامیم. ژول می‌گوید که او خشنود است از اینکه عوامل بزرگ طبیعت به فرمان خالق فناناپذیر هستند و اینکه هرگاه (انرژی) مکانیکی صرف شود هم ارز گرمایی دقیقی از آن به دست می‌آید.
این گفته را ژول با کار خود در آزمایشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتی اندک برای تفکرات فلسفی درباره‌ یافته‌های خود داشت. در حالی که دیگران بر مبنای استدلالهای ذهنی به همان نتیجه رسیده بودند که مقدار کل انرژی در جهان ثابت است.
اینک پس از سالها گذر از نظریات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بکارگیری روابط و قوانین انرژی گرمایی را بیشتر شناخته و در نیروگاههای تولید برق، کارخانه‌های فولاد سازی، نیروگاههای هسته‌ای، موتور هواپیمای غول پیکر و هزاران هزاران پدیده او را مهار ساخته و بکار گیرد.

 

تعریف دما سنج
میزان الحراره که سرما و گرما را نشان میدهد، این لفظ فرانسوی است و در فارسی مستعمل است لیکن هنوز جزء زبان نشده است(فرهنگ نظام). ماخوذ از ترموس بمعنی گرما و مترون بمعنی اندازه یونانی و آلتی است که از روی آن میزان گرما اندازه گیری میشود و معمولا از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل تعبیه شده است تشکیل می گردد برای مدرج ساختن آن ، ترمومترهای جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است (کنار دریا) قرار میدهند، جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا میرود ودر نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد ۱۰۰ علامت می گذارند. سپس مخزن جیوه را در خرده یخ در حال گداز می گذارند. جیوه از لوله پائین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که آن را، نقطه صفر میزان الحراره فرض می کنند و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است . آنگاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نموده که هر قسمت را یک درجه نامند. و اینگونه ترمومترها که بصد درجه تقسیم شده اند ترمومتر سانتی گراد می نامند. چه غیر از این درجه بندی انواع دیگری نیز وجود داردکه از آنجمله است ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت . ترمومتر رئومور – در این گرماسنج نقطه یخ یا صفر درجه سانتی گراد برابر است ولی نقطه غلیان آب در این گرماسنج ۸۰ درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرماسنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را ۸۰ درجه تقسیم کرده و بالنتیجه ۸۰ درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتیگرادمیباشد.

محدوده کاری دما سنج
باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان سرماهای کمتراز ۳۵ درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در ۳۹ – درجه سانتی گراد منجمد میشود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در ۱۲۰ درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ درجه سانتی گراد بجوش می آید از این روی ترمومتر ماگزیما و منیما را بطور مرکب بکار می برند که از الکل و جیوه تشکیل می یابد این نوع میزان الحراره می تواند حداکثر درجه حرارت و حداقل آنرا در مدت معینی مثلا یک شبانه روز تعیین کند و از یک میزان الحراره الکلی دراز تشکیل شده است و برای اینکه جای زیاد نگیرد ساقه آنرا دو مرتبه خم کرده اند و در قسمت خمیده آن که بشکل «ایو»ی فرانسه می باشد جیوه ریخته شده و بدین ترتیب الکل به دو قسمت تقسیم می شود: یک قسمت در طرف راست لوله باقی می ماند که بالای آن حباب خالی از هواست کمی الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است . در بالای دو طرف جیوه دوسوزن فولادی موسوم به نشانه قرا دارد.

طرز عمل
طرز عمل – وقتی هوا گرم میشود الکل مخزن وسطی منبسط می گردد و جیوه را در شاخه چپ بطرف پائین میراند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه راهمراه می برد. وقتی هوا سرد میشود الکل منقبض می شود و بجای خود برمی گردد. ولی نشانه طرف راست بکنار لوله می چسبد و پائین نمی آید. در صورتی که جیوه در طرف چپ ، نشانه را بالا می برد و اگر دو مرتبه هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت معینی چندین بار ممکن است تکرار شود. هنگام بازدید ترمومتر نشانه طرف راست حداکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ حداقل آن را نشان میدهد در صورتی که سطح جیوه در این موقع در هر شاخه را که بگیریم درجه حرارت همان زمان را تعیین میکند. مثلا در حداعلای درجه حرارت ۵/۲۱ + و حداقل آن ۵/۱۰ – و درجه حرارت موقع بازدید ۱۲ درجه است و برای باز گرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده میشود.

انواع دما سنج

ترمومتر پزشکی
ترمومتر پزشکی ، این گرماسنج جهت اندازه گرفتن حرارت بدن بکار می رود و چون حد متوسط حرارت بدن انسان ۳۷ درجه سانتی گراد (۵/۹۸ درجه فارنهایت ) است در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتیگراد بین ۳۳ تا ۴۲ در میشود .و برای اینکه بمجرد جدا شدن ترمومتر از بدن انسان (زیر زبان – زیر بغل داخل مقعد…) و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر مکان پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه قرار میدهند و هر بار که بخواهند آنرا بکار برند چندین بار ترمومتر را بطرف مخزن تکان شدید میدهند تا جیوه داخل لوله از خمیدگی بگذرد و کاملا وارد مخزن گردد.

 
پیرومتر یا ترموالکتریک
ترمومتر دیگری در صنایع بکار میرود بنام : پیرومتر یا ترموالکتریک – اساس این ترمومتر بر این خاصیت است که اگر فصل مشترک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهیم جریان برق در آنها برقرار میشود و بوسیله یک «میلی آمپرمتر» دقیق میتوان ثابت کرد که هرچه درجه حرارت زیادتر شود شدت جریان حاصل نیز بیشتر خواهد شد و با اندازه گرفتن شدت جریان درجه حرارت را معلوم میسازند. باید دانست که اختراع ترمومتر را به بسیاری از دانشمندان نسبت میدهند ولی حقیقت آن است که گالیله دانشمند ایتالیایی پیش از سال ۱۵۹۷ م . این ابزار را اختراع کرده و سپس تکامل یافته است . (از لاروس قرن بیستم و کتاب فیزیک تالیف رهنما). و رجوع به گرماسنج و میزان الحراره شود.

 

دما سنج گازی
جنس ، ساختمان ، و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می‌برند. تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه ، چینی ، کوارتز ، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن به کار می‌رود ) ، که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه‌ای متصل است، می باشد. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می‌کند.

قوانین گازها
همان وقت که اسحاق نیوتن در کمبریج درباره نور و جاذبه می‌اندیشید، یک نفر انگلیسی دیگر به نام رابرت بویل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانیکی و تراکم پذیری هوا و سایر گازها بود. بویل که خبر اختراع گلوله سربی اوتوفون گریکه را شنیده بود، طرح خویش را تکمیل کرد، و دست به کار آزمایشهایی برای اندازه ‌گیری حجم هوا در فشار کم و زیاد شد.
نتیجه کارهای وی چیزی است که اکنون به قانون بویل ماریوت معروف است، و بیان می‌کند که حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود، بطور معکوس ، متناسب است با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود.
حدود یک قرن بعد ، ژوزف گیلوساک فرانسوی ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم دیگری پیدا کرد که بیان آن این است: فشار هر گاز محتوی در حجم معین به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما ، به اندازه ۲۷۳/۱ حجم اولیه‌اش افزایش می‌یابد. همین قانون را یک فرانسوی دیگر به نام ژاک شارل ، دو سال پیش از آن کشف کرده بود. و از این رو اغلب آن را قانون شارل گیلوساک می‌نامند. این دو قانون مبنای ساخت دماسنجهای گازی قرار گرفت.

 

دماسنج مایعی
این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنجهای مورد استفاد درصنعت و غیره می باشد. عمدتا این نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهای جیوه ای یا الکلی می شناسیم. ساختمان این نوع دماسنجها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین تشکیل شده که مایع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را نشان میدهد.
دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازگیری دما از ۳۷٫۸- تا۳۱۵ سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند ، می توان تا دمای ۵۳۸ درجه از آن استفاده نمود.

 

دماسنج انبساط سیال
این نوع دماسنج یکی از باصرفه ترین ، رایج ترین و تطبیق پذیر ترین وسایل اندازگیری دما در صنعت می باشد.اساس کار این دماسنج در شکل مقابل نشان داده شده است.همانگونه که ملاحظه می شود با افزایش دما فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع ، گاز یا بخار باشد ، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گیری می شود. طول لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد ؛ اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تاثیر گذار خواهد بود.بهترین حالت زمانی است که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل شده استفاده گردد.

 

دماسنج الکتریکی
این نوع دماسنجها اصولا کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری نمایند.که عمدتا بصورت مقاومتی و ترموکوپل هستند.

 

- دماسنج با مقاومت الکتریکی:
دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه می‌توان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد. در گستره دمای خیلی پایین ، ( دماسنجهای مقاومتی معمولا از مقاومتهای کوچک رادیویی باترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل می‌شوند. این دماسنج را می‌توان بر روی سطح جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفرهای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌توان برای کارهای خیلی دقیق در گستره –۲۵۳ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد به کار برد.

ترمیستور
ترمیستور یک وسیله نیمه رساناست که برخلاف فلزات ، دارای ضریب دمای مقاومت منفی است . بعلاوه مقاومت آن بصورت نمایی با دما تغییر می کند. ترمیستور یک وسطله بسیار حساس است و انتظار می رود که با درجه بندی مناسب ، دارای عملکرد ثابتی تا ۰٫۰۱ سانتی گراد باشد.یکی از ویژگی های جالب آن اینستکه می توان از آن بعنوان جبران کننده دمای مدار های الکتریکی استفاده نمود.

 

دماسنج کریستال کوارتز
یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار است .وقتی از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاد شود، یک تطابق کاملا خطی میان فرکانس و دما برقرار میگردد. مدلهای تجاری این وسیله از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه قرائت رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند.گستره دمایی کار کرد این دستگاه از منفی ۴۰ درجه تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد ادعا شده است.

دمانگاری کریستال مایع
کریستالهای مایع خمیری ، که از استرهای کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبی به دما از خود نشان می دهند . در یک گستره تکرار پذیر دما ، کریستال مایع همه رنگهای طیف رنگی را از خود آشکار می سازد.این پدیده بازگشت پذیر و تکرار پذیر است . با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توان از کریستالهای مایع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتی گراد استفاده نمود.

ترموکوپل
ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می‌گردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل. از ان ساخته شده است گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ ایرودیوم که ۱۰ درصد پلاتینیوم دارد از صفر تا ۱۶۰۰ درجه است است. مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک ، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می‌آید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می‌کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

انواع دماسنج های مورد استفاده در هواشناسی
-دماسنج معمولی استاندارد(Thermometer)
این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

-دماسنج حداکثر (Maximum Thermometer)
اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و تثبیت شود به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده می کنند. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریبا مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

-دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)
دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می رود دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد می باشد رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود، وقتی دمای هوا کاهش می یابد با انقباض مایع سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد با افزایش دما مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلا در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند. بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله دمای لحظه ای هوا را نشان میدهد.

-دماسنج حداقل – حداکثر(Max- Thermometer)
این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر می باشد، این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود می باشد. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده می باشد از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است. در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

-دمانگار (Thermograph)
دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما که دارای انحنا می باشد به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای بازو به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند

آذرسنج (Optical Pyrometer)
این نوع دماسنج که به آن دماسنج غیر تماسی هم گفته می شود ، بر پایه رنگ نور انتشار یافته از جسم بوده که در نهایت دمای جسم مورد نظر را براساس را اندازه گیری میکنیم این حقیقت که تمامی اجسام سیاه یک اندازه دمایی نور نشان خواهند داد ، نتیجه میگیریم که دامنه کاربردی این نوع دماسنج در دماهای بالای سرخ بوده و برای آهن تقریبا بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد.

طرز کار:
نور ایجاد شده توسط جسم از درون یک سیستم اپتیکال (با بزرگ نمایی معین) که در درون آن یک لامپ گداخته کوچک فرار داده شده ، گذرانده می شود . (بدین ترتیب اگر کسی از درون چشمی بدرون این سیستم نگاه می کند ، نوری بسیار باریکی را ملاحظه خواهد کرد.) در برخورد این نور با فیلمان لامپ ، جریانی را از فیلمان عبور خواهد داد که تعیین کننده میزان دمای جسم است. این جریان توسط پتانسیومتری که بین منبع تغذیه (یک باطری) و لامپ قرار داده شده کنترل میگردد. برای نمایش دما از یک آم متر (ammeter ) استفاده میگردد. دامنه آم متر از ۹۰۰F برای دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد تا۳۰۰۰F برای دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد متغییر است.

آذرسنج ثبتگر و کنترلگر
در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قراردادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبتگر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه میتوان جریان گاز به مشعلها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج کنترل گرنام دارد. امکان طراحی وسیله ای برای ثبت و کنترل دما متشکل از یک یا چند ترموکوپل نیز هست.

آذرسنج تابشی
اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل قرار دارد. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند. در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند. قانون استفان-بولتزمن که مبنای مقیاس دمای آذرسنج های تابشی است، نشان می دهد که آهنگ تابش انرژی از یک تابشگر کامل متناسب با توان چهارم دمای مطلق آن است:
که در اینجا:
آهنگ تابش انرژی = W
ثابت تناسب =K
دمای مطلق تابشگر کامل= T

آذر سنج نوری
ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موجهای تابش پاسخ می دهد آذر سنج تابشی نام دارد. با اینکه اصول کارکرد آذر سنج نوری با اذر سنج تابشی یکسان است اما آذر سنج نوری با طول موج منفرد یا نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار میکند. آذر سنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد، اندازه می گیرد. برای سهولت مقایسه رنگها، یک فیلتر قرمز که تنها طول موج پرتو قرمز را عبور میدهد به کار می رود.
متداول ترین نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیء تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند. این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است.
گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از˚۷۶۰ تا C˚۱۳۱۵ است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با به کارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله سازگاری درخشش در دماهای پایینتر رشته ممکن می شود.بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایینتر رشته، میتوان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با به کارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را میتوان تا C˚۵۵۰۰ (C˚۱۰۰۰۰) یا بیشتر افزایش داد.
برخی مزایای آذرسنجهای نوری و تابشی عبارتند از:
۱٫ اندازه گیری دماهای بالا؛
۲٫ اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس؛
۳٫ اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک؛
۴٫ هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست.

محدودیتهای آنها عبارتند از:
چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد؛
به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید؛
بسته به میزان انحراف از شرایط تابشگر کامل خطا ایجاد می شود.

+ نوشته شده در جمعه بیست و دوم آبان 1388ساعت 22:40 توسط علي محمد زارع |

ساعت آفتابی
ساعت آفتابی وسیله‌ای است که زمان را با استفاده از مکان خورشید در آسمان می‌سنجد. معمول‌ترین نوع ساعت آفتابی از میله‌ای ساخته شده‌است که روی صفحه‌ای قرار دارد و ساعت‌های شبانه‌روز روی صفحه نشانه‌گذاری شده‌اند. وقتی مکان خورشید در آسمان عوض می‌شود، مکان سایهٔ میله هم روی صفحه جابه‌جا می‌شود و ساعت را نشان می‌دهد.
  
بزرگ‌ترین ساعت آفتابی ایران در دانشگاه زنجان
 
 
نمونه‌ای از ساعت آفتابی (در هانوور آلمان)
 
 
ساعت آفتابی در مقابل دانشکدهٔ مهندسی کامپیوتر دانشگاه صنعتی شریف تهران
 
 
یک ساعت آفتابی در ونکوور درکانادا
تاریخچه
توالی فصل‌ها و تأثیر آن بر زندگی انسان‌ها از زمان‌های دور، دانش تقویم را به نیازی اصلی انسان در تمدن‌های بزرگ تبدیل کرد. موضوع اصلی تقویم سنجش و اندازه‌گیری زمان بود و در این میان دانستن مدت روز و داشتن زمان آن بسیار مهم می‌نمود. حضور خورشید در آسمان و تکرار روز و شب اندیشهٔ‌ ساخت نخستین ابزار برای سنجش زمان را در انسان ایجاد کرد و به این ترتیب ساعت‌های آفتابی به عنوان اولین ساعت‌ها ساخته شد و با درک بهتر انسان از کارایی کرهٔ آسمانی پیشرفت بیشتری کرد.
براساس نوشته‌های هرودوت قدمت این ساعت‌ها به ۵۰۰۰ سال قبل برمی‌گردد و او ساخت این ابزار را به سومری‌ها و کلدانی‌ها نسبت می‌دهد، اقوامی که در منطقهٔ بین‌النهرین می‌زیستند.[۱]
بر مبنای مدارک موجود نخستین کسی که به محاسبات نظری ساعت‌های آفتابی توجه کرد و باعث رواج آن‌ها شد، آنکسیماندر اهل ملطیه در قرن ۶ پیش از میلاد بود. در این دوران بود که ساعت‌های آفتابی در نقاط مختلف امپراتوری یونان گسترش یافت.[۲]
خارج از تمدن یونان، در حدود ۳۴۰ سال پیش از میلاد ستاره‌شناسی کلدانی به نام بروسوس نخستین ساعت آفتابی کروی را طراحی کرد. در این ساعت آفتابی جذاب شاخص درون نیمکره‌ای واقع بود که علاوه بر نشان دادن زمان بر حسب یک تقسیم‌بندی ۱۲ ساعتهٔ طول روز، بلندای سایه نیز فصل‌ها را مشخص می‌کرد.[۳]
نخستین ساعت‌های آفتابی که شاید حتی پیش از این اقوام نیز بوده‌است، تنها گذر خورشید را از نصف النهار ناظر را مشخص می‌کرد که همان ظهر شرعی است. سومری‌ها این ساعت را گسترش دادند و اولین نمونه ساعت‌های آفتابی عمودی را ساختند. در این ساعت‌ها که ساده‌ترین نوع ساعت‌های آفتابی است، یک شاخص عمودی سایه‌ای بر صفحه‌ای می‌اندازد که تقسیم‌بندی آن نشان‌گر ساعت‌های روز است.
ساعت‌های آفتابی در فرهنگ مردم
در بیشتر شهرهای بزرگ این ساعت‌ها در میدان اصلی نصب می‌شد تا مردم ساعت را بدانند. نمونه‌های بسیاری از اولین ساعت‌های آفتابی تا امروز وجود دارد که با پیشرفت علم و دانش انسان در زمینهٔ ریاضیات، کامل‌تر و دقیق‌تر شده‌است و امروزه این ساعت‌ها به عنوان نمادی از تمدن هر سرزمین مورد توجه قرار می‌گیرند.
شاخهٔ آماتوری انجمن نجوم ایران در روز ۳۱ خرداد هم‌زمان با انقلاب تابستانی، جشنوارهٔ ساعت‌های آفتابی را برگزار می‌کند که از اهداف آن بازیابی و احیای ساعت‌های آفتابی موجود در کشور در کنار ترویج فرهنگ ساخت و استفاده از آن‌ها است.
دقت ساعت آفتابی


بیشتر ساعت‌های آفتابی تزئینی برای عرض جغرافیایی ۴۵ درجه طراحی می‌شوند. اگر بخواهیم چنین ساعت‌هایی را برای عرض‌های جغرافیایی دیگر به کار ببریم، باید صفحهٔ ساعت را کج کنیم تا محور ساعت (راستای میلهٔ ساعت) موازی با محور چرخش زمین قرار بگیرد و راستایش (در نیم‌کرهٔ شمالی) به سمت قطب شمال باشد.
ساعت‌های آفتابی معمولی، زمان ظاهری خورشیدی را نشان می‌دهند. این زمان با زمانی که از ساعت می‌خوانیم کمی فرق دارد و در طول سال تا حدود ۱۵ دقیقه جابه‌جا می‌شود. این ساعت‌ها تنها ۴ روز در طول سال با ساعت‌های مکانیکی مطابقت دارند (۱۶ آوریل، ۱۴ ژوئن، ۲ سپتامبر و ۲۵ دسامبر).[۴] این پدیده به این خاطر است که راستای محور چرخش زمین به دور خود کاملاً ثابت نیست و زمین هنگام چرخش به دور خود کمی تاب می‌خورد. ساعت‌های آفتابی دقیق همیشه جدول یا نموداری در کنار خود دارند که این اختلاف زمان را در ماه‌های مختلف سال تصحیح می‌کند. برخی دیگر از ساعت‌های آفتابی پیچیده نیز با خمیده‌کردن خط ساعت‌ها روی صفحهٔ خود یا با روش‌های دیگر مستقیماً ساعت درست را نشان می‌دهند. 

+ نوشته شده در چهارشنبه شانزدهم اردیبهشت 1388ساعت 20:24 توسط علي محمد زارع |

بعضي‌ از اجسام مثل آب جوش يا شعله كبريت خيلي داغ هستند، آتقدر داغ كه مي‌توانند به ما آسيب برسانند. در طرف ديگر يك تكه يخ خشك خيلي سرد است. آنقدر كه مي‌تواند  بدن ما را بلرزاند. به همين دليل  گرمي يا سردي اجسام را با لمس كردن نمي‌توان بطور دقيق تعيين كرد. اگر آن جسم خيلي داغ يا خيلي سرد باشد، به ما آسيب مي‌رساند و اگر به اندازه‌اي كه ما احساس مي‌كنيم سرد يا گرم نباشد، تنها با لمس كردن نمي‌توان گفت كه آن جسم به چه اندازه گرم يا سرد است. ما براي سنجش گرمي يا سردي اجسام به كميتي نياز داريم، كه از لمس كردن مطمئن‌تر باشد. هرقدر جسمي سردتر باشد دمايش پايين تر و به هر اندازه گرمتر باشد دمايش نيز بالاتر است.

دما معياري براي اندازه‌گيري و سنجش گرمي و سردي جسم است. پس ابتدايي ترين روش اندازه گيري دما استفاده از حس لامسه است.

دماسنج

دماسنج  مي‌تواند اندازه‌گيري دقيقي از درجه سردي يا گرمي جسم داشته باشد. رايج‌ترين دماسنجها دماسنج جيوه‌اي يا الكلي است. اساس اين دماسنجها براساس انبساط مايعات است. تقريباً همه مواد چه جامد ، مايع يا گاز وقتي گرم  مي‌شوند منبسط مي‌شوند. هرگاه در اطراف يك دماسنج دماي محيط افزايش پيدا كند، ارتفاع مايع دماسنج افزايش پيدا مي‌كند و بالعكس هر گاه دماي محيط كاهش يابد، ارتفاع مايع درون دماسنج كاهش مي‌يابد. معمولترين دماسنجها، دماسنج جيوه‌اي والكلي مي‌باشند.

ساختمان دماسنج جيوه‌اي و الكلي

اين دما‌سنجها مطابق شكل از يك لوله شيشه‌اي باريك سربسته و خالي از هوا تشكيل شده كه قسمت پايين آن متصل به يك مخزن است. اين مخزن مي‌تواند مملو از جيوه يا الكل باشد. با بالا رفتن دماي محيط اطراف دماسنج، دماي مايع درون دماسنج انبساط پيدا كرده، حجم آن افزايش پيدا مي‌كند و مايع در لوله باريك بالا مي‌رود، تا جاييكه سطح بالايي آن در ارتفاع مشخصي قرار مي‌گيرد. هرچه دما بالاتر برود ارتفاع مايع بالاتر مي‌رود و هر چه دما پايين‌تر بيايد ارتفاع مايع پايين‌تر مي‌آيد.

دماسنجي كه ما اكنون به كار مي‌بريم درست همان كار دماسنج گاليله را انجام مي‌دهد. با اين تفاوت كه در دماسنج ما به بجاي هوا، جيوه تعبيه شده است. جيوه براثر حرارت يا بردوت منبسط يا منقبض شده و بدين وسيله در درون يك لوله شيشه‌اي بالا و پايين مي‌رود.

هنگامي كه جيوه گرم مي‌شود، خود را از ديواره شيشه بالا مي‌كشد، انبساط حجم پيدا مي‌كند و چون سرد مي‌‌شود منقبض شده و در حباب شيشه‌اي پائين لوله دماسنج، جمع مي‌شود. دماسنج جيوه‌اي را گراند دوك فرديناند دوم، در حدود سال 1654 ميلادي براي نخستين بار به كار برد.

دماسنج پزشكي

دماسنج پزشكي داراي يك لوله خيلي باريك شيشه‌اي است، كه به مخزن جيوه‌اي با جداره‌اي خيلي نازك مربوط شده است. وقتي دماسنج پزشكي در دهان يك مريض قرار مي‌گيرد، در اثر گرماي بدن بيمار جيوه در مخزن منبسط‌ شده، و در لوله بالا مي‌رود. اما اين جيوه به سهولت پايين نمي‌آيد. زيرا بين مخزن و لوله يك معبر خيلي تنگ پيش‌بيني شده است، تا جيوه فوراً پايين نرود، و پزشك امكان خواندن درجه تب مريض را داشته باشد. پايين نرفتن جيوه در لوله، علاوه بر وجود اين شكاف تنگ، علت ديگري هم دارد و آن اينكه نيروي جاذبه مولكولي مولكولهاي جيوه بيشتر از مولكولهاي شيشه و جيوه است، بنابراين از شكاف به سادگي عبور نمي‌كند. همان‌طور كه اگر به يك صافي چايي كه مانند يك الك كوچك است، روغن ماليده شود، يك قاشق آب را مي‌توان به سادگي داخل آن نگه داشت.

 زيرا جاذبه مولكولي مولكولهاي آب بيشتر از مولكولهاي آب و روغن است. اما راه ساده‌اي براي برگرداندن جيوه به مخزن دماسنج وجود دارد: اگر دماسنج را يك لحظه در آب گرم فرو برده، و فوراً بيرون بكشيم، جيوه به سهولت سرجاي خود برمي‌گردد. زيرا در اين صورت ظرف شيشه‌اي زودتر از جيوه گرم شده، منبسط مي‌شود و بزرگ شدن نسبي اين سوراخ باريك نيز باعث برگشت فوري جيوه به مخزن مي‌گردد. به شرطي كه آب بيش از حد گرم نباشد تا سبب شكستن دماسنج نشود.

+ نوشته شده در سه شنبه بیست و یکم آبان 1387ساعت 21:26 توسط علي محمد زارع

منابع انرژي تجديد پذير و تجدید ناپذیر

 

منابع انرژي تجديد پذير :
• منابع انرژي تجديد پذير تمام نمي شوند.
• منابع معمولاً محيط زيست را آلوده نمي كنند
• منابع انرژي چون انرژي خورشيدي و ... از جمله منابع انرژي تجديد پذير مي باشند.

 

 

منابع انرژي تجديد پذير :
• منابع انرژي تجديد پذير تمام نمي شوند.
• منابع معمولاً محيط زيست را آلوده نمي كنند
• منابع انرژي چون انرژي خورشيدي و ... از جمله منابع انرژي تجديد پذير مي باشند.

 

 

انرژي خورشيد :

1 – انرژي كه زمين از خورشيد مي گيرد چه مي شود؟
نيمي از اين انرژي به سطح زمين و آب اقيانوسها مي رسد و آب و هواي زمين را گرم مي كند و مقداري از آن بر اثر فتوسنتز به صورت انرژي شيميايي جذب گياهان و سبب گرم شدن آنها مي شود.


2 – مقدار كل انرژي دريافتي زمين از خورشيد چقدر است؟
در هر ثانيه معادل انرژي حاصل از سوختن سه ميليون تن بنزين است.


3- روش هاي بهره گيري از انرژي خورشيدي را بنويسيد.
الف) استفاده از صفحه هاي خورشيدي در آب گرم كن ها با دماي كم كه نور خورشيد را به انرژي گرمايي تبديل مي كند.
ب) استفاده از آينه هاي مقعر بزرگ در كوره هاي خورشيدي كه پرتوهاي خورشيد در ناحيه اي كوچك متمركز مي شود. از اين روش مي توان براي تبديل آب به بخار در يك نيروگاه برق استفاده كرد.
پ) استفاده از سلول هاي خورشيدي كه نور خورشيد را مستقيماً به الكتريسته تبديل مي كنند. از اين روش مي توان انرژي لازم براي دستگاههاي برقي ، مخابراتي و ماهواره ها را تهيه كرد.


ب : انرژي باد :
از انرژي باد چگونه استفاده مي شود؟
توربين هاي بادي نيروگاههاي بادي و پره هاي بزرگ آسياهاي بادي را در مسير باد قرار مي دهند تا پره هاي آنها را به گردش در آورد. اما توربين هاي بادي معمولاً پر سر و صدا هستند و منظره هاي طبيعي را خراب مي كنند. بنابراين طرفداران محيط زيست با استفاده از اين نيروگاهها مخالفند.


ج) انرژي امواج دريا :
1. از انرژي امواج دريا چگونه استفاده مي شود؟
افت و خير امواج دريا را به كمك نوعي مبدل مي توان به انرژي الكتريكي تبديل كرد. شكل (1-18) طرحي از چگونگي مهار انرژي امواج دريا را مشاهده مي كنيد.

 

 

 

 

ت ) انرژي هيدرو الكتريك( برق آبي) :
1. انرژي هيدروالكتريك چيست؟
جمع آوري آب از ارتفاع زياد به سطح پائين تر در پشت يك سد براي راه اندازي توربين آبي متصل به يك مولد برق را انرژي هيدروالكتريك (برق آبي) مي گويند.
بيشتر نيروگاهها در مناطقي ساخته مي شوند كه آب كافي دارند و ميزان بارندگي ساليانه در آنها بيشتر از نقاط ديگر است.

 


2. استفاده از سدهاي آبي چه مشكلاتي دارد؟
الف) زمين هاي منطقه ي پشت سد به زير آب مي رود
ب) زيستگاه منطقه عوض مي شود.


ث) انرژي زمين گرمايي:
1. منظور از انرژي زمين گرمايي چيست؟ و در چه مناطقي مي توان از آن استفاده كرد؟
گرماي موجود در زير سطح كره زمين انرژي زمين گرمايي مي گويند. در مناطقي كه به عنوان محل آتش فشان يا زلزله شناخته مي شوند مي توان ازاين انرژي استفاده كرد.



2. چگونه از انرژي زمين گرمايي استفاده مي شود؟
در يك سيستم آب سرد از طريق مجرايي به طرف صخره هاي داغ در عمق زمين مي رود و از طريق مجرايي ديگر به صورت آب گرم يا بخار خارج مي شود كه از آن براي گرم كردن خانه ها و يا به راه انداختن توربين بخار استفاده مي شود.
انرژي زمين گرمايي در صورتي تجديد پذير محسوب مي شود كه انرژي كه از آن برداشته مي شود. بيش از انرژي اي نباشد كه از طريق مركز جايگزين مي شود همچنين مقدار آب تزريق شده و آب خارج شده برابر باشد.


 

ج) سوخت هاي گياهي (بيومس)‌:
1. سوخت هاي گياهي (بيومس) شامل چه سوخت هايي مي باشند؟
اين سوخت ها شامل محصولات زراعي، بقاياي محصولات گياهان طبيعي، فضولات حيوانات و فاضلاب هاي انساني مي باشد.



2 – چگونه ازسوخت هاي گياهي استفاده مي شود؟
با تخمير سوخت هاي گياهي توسط آنزيم ها و يا تجزيه آن ها توسط باكتريها در نبود هوا مي توان مواد سوختي از قبيل الكل و گاز متان توليد كرد و سوخت هاي گياهي مايع را مي توان به جاي بنزين استفاده كرد.


3 – مزاياي استفاده از سوخت هاي گياهي مايع به جاي بنزين چيست؟
انرژي سوخت هاي گياهي مايع 50 درصد كمتر از بنزين است. ولي سرب و گوگرد ندارند و در اثر سوختن آنها آلودگي كمتري ايجاد مي شود.



4 – زيست گاز چيست؟
مخلوطي از متان و كربن دي اكسيد و با انرژي حدود 70 درصدگاز طبيعي است.



1-8 – بهينه سازي مصرف انرژي :
به هنگام استفاه از انرژيهايي كه در دسترس داريم، قسمتي از آنها به صورت انرژي دروني درآمده و به اصطلاح تلف مي شود. به طور مثال در موتور اتومبيل اصطكاك قسمت قابل توجهي از انرژي را به صورت گرما در مي آورد. براي استفاده از اين انرژي بايد موارد زير را بكار گرفت:
1. استفاده از وسايل نقليه ي عمومي
2. عايق بندي بهتر ساختمانها
3. استفاده از موتورهايي كه راندمان بالاتري دارند.
4. استفاده درست از انرژي الكتريكي
5. با استفاده ي مناسب از منابع كشاورزي و منابع طبيعي، انرژي شيميايي در گياهان و طبيعت وجود دارد را حفظ كنيم.

 

 

انرژي الكتريكي چيست؟
قابليت انجام كار به وسيله جريان الكتريكي را انرژي الكتريكي مي گويند. وقتي وسايل برقي روشن مي شوند، انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي تبديل مي شود و يا در يك لامپ روشن انرژي الكتريكي به انرژي نوراني و حرارتي تبديل مي شود.


واژه ها و فرمول هاي كليدي :
1 – قابليت انجام كار يا ظرفيت انجام كار را انرژي آن جسم مي گويند و در SI يكاي اندازه گيري آن ژول است.
2- قابليت انجام كار به لحاظ انرژي اي كه در مواد شيميايي مختلف وجود دارد را انرژي شيميايي مي گويند. در SI يكاي اندازه گيري آن KJ/g مي باشد.
3 – آهنگ مصرف انرژي ، مقدار انرژي است كه در يك زمان معين مصرف مي شود (توان مصرف انرژي) . در SI يكاي اندازه گيري آهنگ مصرف انرژي kj\min مي باشد.
4 – انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي گويند.
5 – به مجموع انرژيهاي جنبشي . پتانسيل ذرات يك ماده انرژي آلي آن جسم مي گويند.
6- در حالي كه انرژي پايسته مي ماند، ممكن است از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود (قانون پايستگي انرژي)
7 – انرژي ذخيره شده در يك جسم به خاطر اختلاف سطح با زمين را انرژي پتانسيل گرانشي مي گويند.
8 – انرژي ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.
9 – منابع انرژي به دو دسته ي تجديد پذير و تجديد ناپذير تقسيم مي شوند.
10 – منابع انرژي كه فقط يكبار قابليت مصرف دارند را تجديد ناپذير مي گويند (سوخت هاي فسيلي)
11 – منابع انرژي اي كه تمام نمي شوند را تجديد پذير مي گويند (انرژي خورشيد)


فرمول ها:

 

 

(مقدار انرژی در هر گرم بر حسب kJ / g)

* (جرم بر حسب گرم)

= مقدار انرژی یک ماده غذایی
  مقدار انرژی لازم برای یک فعالیت k = 1/2 mv2 = انرژی جنبشی
(زمان بر حسب دقیقه) ( KJ/MIN آهنگ مصرف بر حسب انرژی ) * V = mgh = انرژی پتانسیل
    E = K+V = انرژی مکانیکی
    E1 = E2 =>

K 1+V1=K2+V2

(پایستگی انرژی)
 

 

 

    



 


 
   
+ نوشته شده در شنبه چهارم آبان 1387ساعت 22:35 توسط علي محمد زارع

قانون پايستگي انرژي , انرژي پتانسيل گرانشي ..

 

1-4 – قانون پايستگي انرژي :
انرژي يك جسم هيچ گاه از بين نمي رود و خود به خود نيز بوجود نمي آيد و همواره پايسته (ثابت) مي ماند، مگر اينكه مقداري از آن را به جسم ديگري بدهد و يا اينكه از جسم ديگر انرژي دريافت كند.
در حالي كه انرژي پايسته مي ماند، ممكن است از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود.



تمرين 4:
در مثال 3، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژي به توپ منتقل شود و جرم توپ 5/0 كيلوگرم باشد، سرعت آن چقدر مي شود؟
انرژي منتقل شده به توپ برابر انرژي جنبشي توپ در لحظه اي شروع حركت است ، پس :

 




 

 

 

 

1-5- انرژي پتانسيل گرانشي :
هر گاه جسمي به جرم m را به ارتفاع h از سطح زمين بالا ببريم، كاري كه روي جسم انجام مي دهيم به صورت انرژي پتانسيل درآن ذخيره مي شود و اگر جسم به سطح اوليه خود باز گردد، همين مقدار كار را پس مي دهد. اين انرژي پتانسيل گرانشي گويند و از رابطه ي زير محاسبه مي گردد.

 

u=mgh

در رابطه بالا

 
M جرم جسم بر حسب كيلوگرم g شتاب گرانشي زمين كه برابر 9/8 /s2 است .

H ارتفاع از سطح زمين بر حسب متر v انرژي پتانسيل گرانشي جسم بر حسب ژول

در رابطه فوق g شتاب گرانشي زمين است

 
كه تقريباً در تمام نقاط و سطح زمين مقدار ثابت 9/8 m/s2 است. را دارد كه تقريباً برابر 10 m /s2

درنظر گرفته مي شود. مقدار g در ارتفاع هاي بسيار زياد تغيير مي كند.

 

 

 

 

مثال :‌انرژي پتانسيل توپي به جرم 5/0 کیلوگرم كه در ارتفاع 2 متري سطح زمين قرار دارد چقدر است؟

به عهده دانش آموز

تمرين 5
جرمي به جسم 200 گرم را با سرعت 10m/s در راستاي قائم به طرف بالا پرتاب مي كنيم. با ناديده گرفتن اتلاف انرژي،
الف : انرژي جنبشي آن در لحظه ي پرتاب چقدر است؟

 

 

 

ب) جسم تاچه ارتفاعي بالا مي رود؟
اگر از مقاومت هوا صرف نظر شود در هر لحظه انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل مي گردد و در نقطه اي اوج كه جسم براي يك لحظه ساكن مي شود و تمام انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل شده است پس مي توان نوشت :

 

 

 

 

 

 

V 1= 0

K1= 1/2 m V0

 

يعني جسم تا ارتفاع 5 متر بالا مي رود.


پ ) سرعت توپ در نيمه ي راه چقدر است؟
اگر انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي گلوله در نيمه راه k3,v3 باشد، مي توان نوشت :

V2 = V3 + K3

mgh = mg(h/2) + 1/2 m V23

0/2×10 × 5×= 0/2×10× 2/5 + 1/2 ×0/2 × V23 => V3 = 5√2 m/s


در تعيين انرژي پتانسيل گرانشي يك جسم انتخاب سطح پتانسيل صفر بسيار مهم است. اگر سطح زمين را پتانسيل صفر در نظر بگيريم، هر جسمي كه بالاتر از سطح زمين است داراي انرژي پتانسيل مثبت و هر جسمي كه پائين تر از سطح زمين است داراي پتانسيل منفي است.

– از نقطه اي به ارتفاع 15 متر از سطح زمين وزنه 5/0 كيلوگرمي با سرعت اوليه V0 در راستاي قائم به سمت بالا پرتاب مي شود تا ارتفاع 20 متر از سطح زمين بالا مي رود .' V برابر چند m/s است؟ مقاومت هوا ناچيز و g=10m/s2 فرض شود.

1) 5

2) 5/7

3)10

4)20


2 – جسمي به جرم 2kg را با سرعت m/s 10 در راستاي قائم رو به بالا پرتاب مي كنيم. انرژي مكانيكي جسم در نصف ارتفاع اوج چند ژول است (مبدأ پتانسيل گرانشي، محل پرتاب فرض شده است)

1)2√25

2)50

3)2√50

4)100

 


3 – جسمي به جرم 4kg از ارتفاع h بدون سرعت اوليه در خلاء سقوط مي كند. در لحظه اي كه انرژي جنبشي جسم به 200 ژول مي رسد، فاصله ي آن از سطح زمين4m است. ارتفاع h چند متر است؟(g=10m/s2)
1)9

2)10

3)20

4)5


4 – مي خواهيم جسمي به جرم 150kg را در مدت 5/1 دقيقه تا ارتفاع 12m بالا ببريم، توان لازم بر حسب وات به كدام گزينه نزديكتر است؟
1) 200

2) 120

3)1200

4)600

5 – در يك ماشين با كارآيي 80 درصد، نسبت توان تلف شده به توان مفيد چقدر است؟

1)4/1

2)5/4

3)4/5

4)4


6 – توان يك تلمبه ي برقي 2kw (كيلووات) و بازده آن 95% است. اين تلمبه در هر دقيقه چند كيلوگرم آب را از عمق  5/9 متر بالا مي آورد؟ (g=10m/s2)
1) 104 * 2/1

2)3 10 * 2/1

3) 200

4)20

7 – شخصي وزنه اي به جرم m را از سطح زمين تا ارتفاع h بالا مي برد و سپس آن را با سرعت v به طرف پائين پرتاب مي كند. اگر مقاومت هوا صفر باشد انرژي جنبشي جسم به هنگام برخورد با زمين كدام است؟

  1) mv2 2/1

  2) mgh


  3) mv2 1/2 mgh+
  4) mv2 mgh+ 1/2
 

1-6 – انرژي پتانسيل كشساني

در شكل بالا گلوله با سرعت V به فنر افقي برخورد كرده و آن را فشرده مي كند. در اين حركت انرژي جنبشي گلوله به فنر منتقل شده و در آن به صورت انرژي پتانسيل كشساني ذخيره مي شود پس از اينكه گلوله متوقف شد. انرژي پتانسيل كشساني فنر باعث مي شود گلوله اين بار بر خلاف جهت قبلي شروع به حركت كند و انرژي پتانسيل كشساني فنر به انرژي جنبشي در گلوله تبديل مي گردد. اگر از اصطكاك صرف نظر شود، بر اساس قانون پايستگي انرژي، سرعت جدا شدن گلوله از فنر برابر سرعت برخورد گلوله با فنر خواهد بود.


انرژي پتانسيل ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.

+ نوشته شده در شنبه بیست و هفتم مهر 1387ساعت 23:9 توسط علي محمد زارع

– انرژي جنبشي :
انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي گويند. اين انرژي با جرم جسم متناسب و با مجذور سرعت جسم نيز متناسب است و از رابطه ي زير محاسبه مي شود:

در اين رابطه k= 1/2 m v2
M جرم جسم بر حسب كيلوگرم (kg)

V سرعت جسم بر حسب متر بر ثانيه( K(m/s ، انرژي جنبشي جسم بر حسب ژول (J) براي تبديل يكاي Km/h به متر بر ثانيه و بالعكس به صورت زير عمل مي كنيم .


Km/h × /13/6 m/s
m/s × /13/6 km/h

نكته :‌انرژي جنبشي يك جسم با جرم جسم و مجذور سرعت آن نسبت مستقيم دارد. اگر جرم جسم دو برابر شود . انرژي جنبشي دو برابر و اگر سرعت جسم دو برابر شود، انرژي جنبشي آن چهار برابر مي شود.

تمرين 2 :
گلوله اي به جرم 100g و انرژي جنبشي 20j با سرعت ثابت در حال حركت است. سرعت اين گلوله چقدر است ؟
ابتدا جرم را به كيلوگرم تبديل مي كنيم




 

 

 

1-3- انرژي دروني :
به مجموع انرژيهاي جنبشي و پتانسيل ذرات يك ماده انرژي دروني آن جسم گويند. هر گاه به ماده گرما بدهيم. انرژي دروني آن افزايش مي يابد در اثر مالش دو سطح بر روي يكديگر مقداري انرژي به انرژي دروني دو جسم تبديل مي شود كه به آن اصطلاحاً اصطكاك مي گويند. در واقع انرژي حاصل از اصطكاك كه به صورت گرما در مي آيد تلف نشده و فقط انرژي مكانيكي به انرژي دروني تبديل شده است.


تمرين 3 :

  اتومبيلي به جرم 1000kg با سرعت 20m/s (72km/h) در حال حركت است.

اگر اتومبيل ترمز كند و متوقف شود. چه مقدار انرژي به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود؟
وقتي اتومبيلي ترمز مي كند، تمام انرژي جنبشي اتومبيل به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود، يعني تغيير انرژي جنبشي اتومبيل برابر افزايش انرژي دروني جاده و لاستيك ها مي باشد.

Q = -∆K = -(K2 - K2)

K1 = 1/2 mv2 = 1/2 * 1000 * 202 = 200000 J

K2 = 0

Q = -(0-200000) = 200000 J

 

تمرين- گلوله تفنگی به جرم 30 گرم با سرعت 300M/S از دهانه تفنگی خارج می شود،انرژی جنبشی گلوله به هنگام خروج چقدر است ؟ اگر سرعت گلوله دو برابر شود نسبت انرژی جنبشی آن نسبت به حالت اول چقدر است ؟

M=30 gr  v=300m/s
الف)

 

ب)


اگر سرعت دو برابر شود، انرژي جنبشي گلوله 4 برابر مي شود.


+ نوشته شده در جمعه نوزدهم مهر 1387ساعت 20:21 توسط علي محمد زارع

آموزش فیزیک 1 و آزمایشگاه(مقدمه وانرژي شيميايي )

س: فيزيك چيست؟

ج: فيزيك علم مطالعه پديده هاي مختلف طبيعت و كشف قانونهاي حاكم بر اين پديده ها است.

انرژي:

 قابليت انجام كار را انرژي گويند. واحد انرژي در سيستم si ژول است.

 

 

س: انرژي چگونه بدست مي آيد؟

ج: گاهي انرژي مستقيماً قابل دسترس است مثل انرژي نور خورشيد. اما در بيشتر مواقع انرژي ذخيره شده در مواد مختلف به انرژي قابل مصرف تبديل مي شود. مثلاً از سوختن چوب يا نفت كه يك تبديل شيميايي است، انرژي حرارتي به دست مي آيد. يا ماهيچه ها انرژي حركتي خود را از تبديل انرژي شيميايي ذخيره شده در مواد غذايي به دست مي آورند، يا دينام دوچرخه انرژي جنبشي چرخ را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.

انواع انرژي :

 انرژي الكتريكي ، انرژي شيميايي ، انرژي جنبشي ، انرژي دروني ، انرژي پتانسيل گرانشي ، انرژي پتانسيل الكتريكي ، انرژي پتانسيل كشساني ، انرژي نوراني ،.....

انرژي الكتريكي:

 انرژي اي است كه از طريق برق توليد مي شود . مانند : انرژي حاصل از يك لامپ روشن

 

 

 

 

انرژي شيميايي:

 انرژي اي است كه از طريق يك تغيير شيميايي در ماده توليد مي شود .مانند :انرژي شيميايي موجود در مواد غذايي مختلف

 

 

 

 

 

جدول 1-6
انرژي موجود در غذا هاkJ/gr 
سيب 2.4 نوشابه 1.5 پرتغال 2.1
حبوبات 5 پلو 4.6 نخود 3
كره 30.2 انگور 2.9 تخم مرغ  6.8
هويج  1.8 گوشت پخته  9.4 گوشت راسته   7
كرفس 0.6 بستني  9.3 سيب زميني 3.9
پنير تازه   4.5 چربي  39.1 شكر  16.8
مرغ  6.7 شير  2.7 گوجه  0.9
شكلات  22.2 شير كم چربي   1.8 تن ماهي  8.3
جدول 1-6
انرژي موجود در مواد سوختني
زغال 33.6
نفت 47.9
گاز طبيعي 54.6
چوب 16.8
مثال :

 انرژي موجود در سيب 2.4 كيلو ژول بر گرم است . يعني چه ؟

جواب : يعني يك گرم سيب 2.4 كيلو ژول انرژي براي ما فراهم مي كند .

 مسئله :

 با خوردن نيم كيلو گوشت پخته چه مقدار انرژي شيميايي در بدن توليد مي شود ؟

جواب :

 توجه : چون واحد داده شددر جدول 1-6 بر حسب Kj/gr است لذا بايد Kg را به gr تبديل كنيم .

گوشت پخته شده =9.4 کيلو ژول بر گرم

نيم کيلو = 500 گرم

 در نتيجه داريم :

 9.4*500=4700 kj

آهنگ مصرف انرژي

 مقدار انرژي اي است كه در يك زمان معين مصرف مي شود. ( توان مصرفي )

 

 

 

 

آهنگ مصرف انرژي براي فعاليتهاي زير (واحد بر حسب كيلوژول بردقيقه)
آهنگ مصرف نوع فعاليت آهنگ مصرف نوع فعاليت
7.1 نشستن در حالت استراحت 5 خواب
12.6 نشستن در كلاس 7.6 ايستادن در حالت معمولي
42 دوچرخه سواري با سرعت21 Km/h 16 به آرامي راه رفتن
26.5 تنيس 111.3 دوچرخه سواري مسابقه
41.2 بالا رفتن از پله 28.6 شنا
    47.9  بسكتبال
سوال :

 آهنگ مصرفي انرژي در هنگام مسابقه دوچرخه سواري111.3  كيلو ژول بر دقيقه است يعني چه؟

 يعني در هر يك دقيقه دوچرخه سواري 111.3 كيلو ژول انرژي مصرف مي شود

 مسئله:

 در يك ساعت بازي تنيس چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟

تنيس = 26.5 كيلو ژول بر دقيقه

 يك ساعت =60 دقيقه

 60*26.5=1590 kj

مسئله:

 نيم كيلو مرغ چه مقدار انرژي توليد مي كند و براي مصرف آن چند دقيقه بايد به آرامي راه برويم ؟

 با استفاده از جدول 1- 6  داريم :

 مرغ =6.7 کيلو ژول بر گرم

 به آرامي را ه رفتن = 16 کيلو ژول بر گرم

 با توجه به اينكه نيم كيلو مرغ=500گرم است ، لذا خواهيم داشت :

 500*6.7=3350 kj                              3350/16 =209.37 min

 فعاليت 2:

 فهرستی از غذاهايي که در يک روز معين مصرف می کنيد ، بهمراه مقدار تقريبي آنها تهيه کنيد . با استفاده از اين فهرست و جدول (1-1) کتاب ، مشخص کنيد که در اين روز معين بدن شما چه مقدار انرژي از اين مواد غذايي کسب ميکند؟

وعده غذايي مواد غذايي مصرفي مقدار مصرف بر حسب g مقدار انرژي مصرفي
صبحانه پنير تازه
شکر
نان لواش
شير
50
20
400
250
4.5*50
16.8*20
11.3*400
2.7*250
نهار حبوبات و غله
گوشت پخته
چربي
پلو
200
150
50
400
200*5
150*9.4
50*39.1
400*4.6
شام تخم مرغ
نان لواش
سيب زميني
گوجه فرنگي
100
200
150
100
100*6.8
200*11.3
150*3.9
100*0.9
جمع کل

15576  Kj

 

تمرين 1 :
الف )در ده دقيقه دوچرخه سواري با سرعت      21 ، چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟
ب)اگر بازده بدن شخصي 15 درصد باشد ، با خوردن چه مقدار شير اين مقدار انرژي براي او فراهم مي شود؟
جواب:
الف) از جدول( 2-1) كتاب درسي معلوم مي شود آهنگ مصرف انرژي براي سرعت    21  برابر 42Kjبراي يك دقيقه است. لذا براي ده دقيقه نتيجه مي شود:

ب)

420*0.15=63
+ نوشته شده در سه شنبه بیست و ششم شهریور 1387ساعت 8:2 توسط علي محمد زارع