چگالی

در علوم پایه چگالی را مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده می‌دانند.  و آن را با علامت اختصاری ρ نشان می‌دهند که از رابطه ρ=m/V به دست می‌آید. در صورتی که در علوم پیشرفته، این تعریف از چگالی صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته می‌باشد. در علم کل، وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم‌حجم آن را در شرایط استاندارد، چگالی می‌گویند و ان را با S نشان می‌دهند. در رابطهٔ ذکر شده، ρ چگالی ماده، m جرم جسم و V حجم اشغال شده توسط آن ماده‌است. همچنین، بین چگالی و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد. چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم است، ولی وزن مخصوص به معنی وزن واحد حجم ماده‌است. 

جرم مخصوص یا دانسیته جرم واحد حجم است. جرم مخصوص را با ρ نشان می‌دهند.

برای تعریف جرم مخصوص در یک نقطه، حجم کوچکی در اطراف نقطه در نظر گرفته و جرم سیال را داخل آن حجم تقسیم نموده و حد این نسبت را وقتی تغییرات حجم به اپسیلون میل می‌کند می‌گیریم. درخور ذکر است که اپسیلون در اینجا درست است که واحد بسیار کوچکی است، اما از فاصلهٓ متوسط مولکول‌های جسم، بزرگ‏تر است.

یکاهای رایج

یکای اس‌آی برای چگالی:

• کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m³)

یکاهای متری بیرون از اس‌آی:

• کیلوگرم بر لیتر (kg/L). آب عموماً چگالی ۱ kg/L دارد، که یکای مناسبی را فراهم می‌سازد.
• کیلوگرم بر دسی‌متر (kg/dm³)
• گرم بر میلی‌لیتر (g/mL),
• گرم بر سانتی‌متر مکعب (g/cc یا g/cm³).

این‌ها از نظر عددی برابرند با kg/L (۱ kg/L = ۱ kg/dm³ = ۱ g/cm³ = ۱ g/mL).

در یکاهای سفارشی ایالات متحده یا یکاهای امپراتوری، یکاهای چگالی این‌ها را هم شامل می‌شود:

• اونس بر اینچ مکعب (oz/cu in)
• پوند بر اینچ مکعب (lb/cu in)
• پوند بر فوت مکعب (lb/cu ft)
• پوند بر یارد مکعب (lb/cu yd)
• پوند بر گالون (برای آمریکا یا گالون امپراتوری) (lb/gal)
• پوند بر بوشل آمریکا (lb/bu)
• اسلاگ بر فوت مکعب.

چرا هنگام سرما می‌لرزیم

بدن شما نیاز دارد درجه حرارت مرکزی خود را در حد ۳۶٫۹ درجه حفظ کند. مغز شما برای جلوگیری از سرمازدگی و سایر پیامدهای سرد شدن درون آن، به دقت دمای بدن را تحت نظارت دارد.

اگر سطح پوست بیش از حد خنک شود، گیرنده‌ای پوست پیام‌هایی را به مغز می‌فرستند که رشته‌ای از شگردهای گرم‌کننده را به راه می‌اندازد. لرزیدن یکی از این تاکتیک‌هاست، که در آن عضلات شما با سرعت زیاد منقبض و منبسط می‌شوند. علاوه بر جنبیدن ماهیچه‌های دست و پا، ماهیچه‌های آرواره هم ممکن است شروع به لرزش کند و در نتیجه دندان‌هایتان به هم بخورد. این فعالیت غیرارادی عضلانی گرما تولید می‌کند که به بدن کمک می‌کند تا درجه حرارتش را بالا ببرد. این حالت همچنین هشداری برای شماست که خود را به پناهگاهی گرم و نوشیدنی داغ برسانید.

هم چنین می‌توان از راه‌های تولید سرما: تبخیر سطحی و اعمالی همچون چگالش و سرمایش نام برد.

باتشکر

گرما

گرما نوعی انرژی است که به علت اختلاف دما بین دو سیستم، از یکی به دیگری منتقل می‌شود. (گرما همواره در حال عبور از مرزهای سیستم است.)

تاریخچه درک مفهوم فیزیکی گرما

تصادفی نیست که نیمه اول سده نوزدهم شاهد پیشرفت‌های فراوان و رشد بینش‌های عمیق درباره ماهیت‌های گرما بودیم. در اواخر سده هجدهم انقلاب صنعتی از انگلستان به قاره اروپا و آن سوی اقیانوس اطلس گسترش یافت.

پیش از سال ۱۸۳۰ تصور می‌کردند که گرما و خواص گرمایی مواد با پدیده‌های مکانیکی الکتریکی ومغناطیسینظریهٔ کالریک که در آن زمان رایج بود. مقدار گرمای هر جسم متناسب با مقداری از سیال کالریک بود که در جسم وجود داشت یعنی هر چه مقدار سیال کالریک آن نیز بیشتر بود انبساط گرمایی را که از پدیده‌های آشنا به شمار می‌آمد این طور توجیه می‌کردند که برای پذیرش سیال کالریک اضافی فضایی بیشتر لازم است. هر چند دادن گرما به جسم هیچ تغییر قابل اندازه گیری در جرم آن ایجاد نمی‌کرد و این امر را با معضل روبرو کرده بود اما هواداران این نظریه برای حل مشکل می‌گفتند که کالریک یک سیال است (سنجش ناپذیر) یا (آذرین) یعنی سیالی بدون جرم است. ارتباطی ندارند. بنا بر

هرچند که نظریه کالریک را پیش از پایان نیمه اول قرن نوزدهم کنار گذاشتند. میراث آن واحد گرما، یعنی کالری هنوز هم کاربرد فراوانی دارد.

این واقعیت که ماشین بخار، با استفاده از گرمای ناشی از سوختن چوب یا زغال سنگ کار مکانیکی انجام می‌دهند.

دمای سطح زمین در میانه‌های ماه مارس و اوایل آوریل ۲۰۰۰.

نماد و واحد گرما

• واحد گرما در دستگاه SI، ژول است.
• گرما را با نماد Q نمایش می‌دهیم.

ژول

‎

ژول (به انگلیسی: Joule) واحد اندازه گیری انرژی برای گرما، الکتریسیته و کار مکانیکی در دستگاه اس‌آی است.ونامگذاری شده به نام جیمز ژول فیزیکدان انگلیسی است. 

تعریف

بنابر تعریف، یک ژول مقدار کاری است که نیروی یک نیوتن به جسمی را به اندازه یک متر جابجا کند.یعنی:

که برابر است با

تبدیلات

• 1 ژول دقیقاً برابر ۱۰^۷ ارگ است.
• ۱ ژول تقریباً معادل ۶٫۲۴۱۵۰۶۳۶۳۰۹ الکترون ولت (eV) است.

دما

کمیتی است بیانگر مقدار گرمای یک جسم. دما معیاری است برای تعیین میزان گرمی یا سردی یک جسم.

یکای این کمیت در سیستم متریک درجه کلوین می‌باشد. سایر واحدهای این کمیت عبارت‌اند از:

• درجه سلسیوس (درجه سانتیگراد)
• درجه فارنهایت

درجه رانکین نیز واحدی برای اندازه گیری دما است. ۲ واحد سانتی گراد و فارنهایت دمای نسبی، و ۲ واحد کلوین و رانکین دمای مطلق هستند. در واقع کلوین همان صفر مطلق در سیستم متریک است.

گرمای نهان

گرمای نهان (به انگلیسی: Latent heat) گرمایی است که ماده در هنگام تبدیل از حالتی به حالت دیگر از دست داده و یا جذب می‌کند.نام دیگر گرمای نهان گذار فازی نیز می‌باشد . این لفظ در سال 1750 میلادی توسط ژوزف بلک نامیده شد . این کلمه از لفظ لاتین ( Latere ) به معنای پنهان کردن گرفته شده است . اکنون این لغت به آنتالپی تبدیل نیز تعبیر شده است .اثر گرما در چنین دگرگونی هایی برگشت پذیر است.گرمای جذب شده توسط یک جامد در هنگام مایع شدن در نقطه ذوب را گرمای نهان ذوب و گرمای جذب شده توسط یک مایع برای تبدیل شدن به بخار در فشار یک اتمسفر و در نقطه جوش را گرمای نهان تبخیر می‌گویند. این تغییر زملنی که تغییر فاز جامد به مایع داریم گرماگیر ودر جهت عکس گرماده می‌باشد . برای مثال در اتمسفر زمانی که یک مولکول آب از سطح آب بخار می‌شود انرژی توسط مولکول های آب به بستهٔ هوایی با دمای کمتر منتقل می‌شود . این بستهٔ هوایی آب بخار شدهٔ بیشتری نسبت به اطراف خود دارد . از آنجایی که باید بر نیروهای جاذب بین ذرات آب غلبه کنیم مرحلهٔ تبدیل یک بستهٔ آبی به یک بستهٔ بخاری نیازمند گرفتن انرژی است . اگر آب بخاری فشرده شده و به شکل مایع یا جامد تبدیل گردد انرژی ای که قبلاً برای تبخیر شدن گرفته شده بود بصورت گرمایی محسوس آزاد می‌شود . انرژی زیاد آنتالپی انقباض بخار آب موجب می‌گردد که بخار آب از آب جوش در گرمادهی بهتر باشد . معادلهٔ گرمای نهان ذوب به این صورت است : Q = mL

         Q:مقدار انرژی دریافتی یا آزاد شده هنگام تغییر فاز (  ژول )
         m:  جرم مادهٔ مورد نظر
         L:  گرمای نهان ویژهٔ یک مادهٔ مشخص ( J/kg ) 

گرماهای نهان را معمولا بر حسب واحد ژول بر مول می سنجند.گرماهای نهان انتروپی های تغییر فاز هستند.

جدول گرماهای نهان

همرفت

همرفت یا کنوکسیون یکی از روش‌های انتقال گرما است. همرفت نه تنها در داخل یک سیال، بلکه بین دو جسم که یکی از آنها سیال باشد نیز اتفاق می‌افتد. فرآیند رسانش بین یک سطح جامد و یک سیال در حال حرکت، همرفت نامیده می‌شود. حرکت سیال می‌تواند طبیعی یا با اعمال نیروی خارجی باشد.

همرفت طبیعی

هنگامی که مایعات گرم می‌شوند، چگالی اکثر آنها کاهش می‌یابد. بنابراین در اثر گرانش مایعاتی که در نزدیکی سطح جامد قرار دارند، گرمتر شده و بالا می‌روند و مایعات سردتر جای آنها را می‌گیرند. این نوع همرفت را همرفت طبیعی می‌نامند.

همرفت اجباری (همرفت واداشته)

هنگامی که سیالی تحت یک گرادیان فشاری قرار گیرد، طبق قانون مکانیک شاره‌ها وادار به حرکت می‌شود. همرفت ناشی از این حرکت را همرفت اجباری می‌نامند.

باتشکر