گام به گام فصل دهم علوم هفتم

 گرما و بهینه سازی 

 فعالیت صفحه ۸۳ 

در مورد پوشش، رنگ لباس و روش گرم کردن منزل مسکونی و عایق بندی ساختمانها در نواحی سردسیر و نواحی گرمسیر تحقیق کنید و به کلاس گزارش دهید (تشابه ها و تفاوت ها را مشخص کنید).

نواحی سردسیر:

در نواحی سردسیر رنگ لباس‌ها تیره و جنسشان از چرم و پشم ضخیم است و از بخاری یا شوفاژ برای گرم کردن منازل استفاده می‌شود. در این مناطق عابق بندی اهمیت بیشترب نسبت به مناطق گرمسیر دارد؛ پشت بام ساختمان‌ها با ایزوگام عایق‌بندی می‌شوند. برای عایق‌بندی سقف‌های شیروانی از پشم شیشه و یونولیت استفاده می‌شود. برای جلوگیری از اتلاف انرژی از پنجره‌ی دو جداره استفاده می‌شود. دیوارهای آجری دو لایه هستند و یک عایق گرمایی در بین این دولایه قرار می‌دهند.

نواحی گرمسیر:

در نواحی گرمسیر لباس‌های با رنگ روشن و از جنس نخی و نازک  پوشیده می‌شود و کمتر به گرم‌کردن خانه نیاز می‌شود اما در صورت نیاز مانند مناطق سردسیر از بخاری و شوفاژ استفاده می‌شود. جنس دیوارها از سنگ و چوب و خاک است. این مواد نارسانا هستند که باعث می‌شوتد در فصل‌های گرم، گرما به داخل ساختمان نفوذ نکند و در فصل‌های سرد گرما از ساختمان خارج نشود.

 آزمایش کنید صفحه 83 

در سه ظرف مشابه به طور جداگانه، آب سرد، آب معمولی و آب گرم بریزید. یکی از دست ها را در آب گرم و دست دیگر را در آب سرد قرار دهید و حدود 30 ثانیه صبر کنید. حال هر دو دست را بیرون آورید و در آب معمولی قرار دهید و احساس خود را بیان کنید.

آن دستی که ابتدا در آب سرد فروبرده‌بودم، احساس گرما میکرد و آن دستی که ابتدا در آب گرم برده بودم احساس سرما میکرد.

وقتی دست خود را در آب گرم قرار می‌دهیم دمای سطحی پوست زیاد می‌شود. وقتی دما زیاد شود یعنی انرژی گرمایی گرفته‌ایم.

وقتی دست خود را در آب سرد قرار می‌دهیم دمای سطحی پوست کاهش می‌یابد. وقتی دما پایین می‌آید یعنی انرژی گرمایی از دست داده‌ایم.

وقتی بعد از 30 ثانیه دو دستم را در آب معمولی قرار دادم، دستی که سرد بود در حال گرفتن گرما و دستی که در آب گرم بود در حال از دست دادن گرما بود. ولی بعد از  چند دقیقه هر دو دستم دوباره به دمای تعادل ‌رسید.

 فعالیت های صفحه 84 

به همراه گروه خود نخست به طراحی یک دماسنج بپردازید و سپس با آوردن وسایل مورد نیاز، آن دماسنج را بسازید و درجه بندی کنید. با استفاده از این دماسنج چند اندازه گیری را انجام دهید.

یک ظرف آزمایشگاهی برمی‌داریم و درون آن محلول رنگی می‌ریزیم تا پُر شود. حال درپوشِ چوب‌پنبه‌ای را سوراخ می‌کنیم و یک لوله شیشه ای از آن رد می‌کنیم ( درپوش و لوبه باید کاملاً کیپ باشد تا منفذی برای عبور محلول رنگی و هوا وجود نداشته باشد). داخل لوله مقداری محلول رنگی اضافه می‌کنیم.

ابتدا ظرف را در مخلوط آب و یخ فرو می‌بریم و مقابل سطح محلول رنگی، روی لوله علامت گذاشته و عدد 0 را مقابل آن می‌نویسیم.

حال ظرف را درون آب جوش فرو می‌بریم و مقابل سطح محلول رنگی، روی لوله علامت گذاشته و عدد 100 را مقابل آن می‌نویسیم.

بین این رقم 0 و 100 را به 100 قسمت مساوی تقسیم می‌کنیم که هر کدام، یک درجه‌ی سلسیوس می‌باشند.

 فعالیت صفحه ۸۴ 

در هر یک از موارد زیر ابتدا دما را پیشبینی و سپس با استفاده از یک دماسنج آن را اندازه گیری و جدول را کامل کنید و به کلاس گزارش دهید. توجه کنید برای اندازه گیری دما، دماسنج به اندازه ی کافی در تماس با جسم مورد نظر قرار گیرد.

 آزمایش کنید صفحه ۸۵ 

وسایل و مواد: لیوان، دماسنج، میخ نسبتاً بزرگ و انبرک یا دم باریک

روش آزمایش

1- لیوان را تا نیمه از آب سرد پر کنید و دمای آن را اندازه بگیرید.

2- میخ را به کمک انبرک روی شعله‌ی اجاق قرار دهید و پس از داغ شدن، داخل لیوان بیندازید.

3- دوباره دمای آب را اندازه بگیرید.

4- نتیجه‌ی مشاهده‌ی خود را گزارش کنید.

- در این آزمایش دمای آب چگونه تغییر کرده است؟ دمای میخ چطور؟ آب انرژی از دست داده است یا میخ؟ کدام یک انرژی گرفته اند؟

وقتی میخ داغ شده را داخل لیوان آب سرد می‌اندازیم، آب اطراف میخ شروع به جوشیدن می‌کند و ناگهان قطع می‌شود. زیرا دمای میخ به حوالی 100 درجه رسیده است و در لحظه‌ی برخورد با آب سرد تقریباً 20 درجه (دمای آب لوله کشی) می‌شود. بنابراین میخ به صورت ناگهانی گرمای خود را به آب می‌دهد و ما جوشیدن آن را مشاهده می‌کنیم.

اما پس از دقایقی، دمای آب بالا رفته و دمای میخ پایین آمده و میخ و آب هر دو به دمای تعادل می‌رسند.

میخ انرژی را به شکل گرمایی از دست داده است و آب، انرژی گرفته است زیرا همیشه گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود.

 فکر کنید صفحه 85 

اگر درون آب به جای میخ داغ، میخ سردی که درون یخ‌زن (فریزر) یا جایخی قرار داشته است، بیندازیم، چه اتفاقی می افتد؟ دمای میخ و آب چگونه تغییر می کنند؟ این بار کدام یک انرژی از دست می دهد و کدام یک انرژی می گیرد؟

این‌بار دمای آب کاهش یافته و دمای میخ افزایش می‌یابد. یعنی آب انرژی از دست می‌دهد و سردتر می‌شود و میخ انرژی گرمایی می‌گیرد و گرمتر می‌شود.

 فعالیت صفحه ۸۶ 

دو محفظه‌ی A و B که در آنها مولکول های یکسانی قرار دارند را در نظر بگیرید، محفظه‌ی A داغ و محفظه‌ی B سرد است.

الف) جنبش مولکولی A و B را با هم مقایسه کنید.

از آنجاییکه گرما شکلی از انرژی است پس ذراتِ جسم داغ، انرژی زیادی دارند. بنابراین جنبش مولکولی محفظه‌ی B زیاد است و در نتیجه هر مولکول به مولکول مجاورش ضربه وارد می‌کند.

ذرات ماده جامد در جای خودشان در حال لرزش و جنبش هستند. هرچه دمای جسمی بیشتر باشد مولکول‌های آن با سرعت بیشتری می‌لرزند.

محفظه‌ی B که سرد است پس جنبش مولکولی آن کم بوده و جنبش و لرزش مولکول‌ها در جایشان بسیار کمتر از محفظه‌ی A می‌باشد.

ب) اگر دو محفظه را در تماس با یکدیگر قرار دهیم، جنبش مولکولی کدام محفظه کم و کدام محفظه زیاد میشود؟

جنبش مولکولی محفظه‌ی B زیاد می‌شود و جنبش مولکولی محفظه‌ی A کم می‌شود، چون محفظه‌ی A گرم است و انرژی گرمایی را به محفظه‌ی سرد منتقل می‌کند تا هر دو به یک دمای یکسان (دمای تعادل) برسند.

پ) پس از رسیدن به حالت تعادل، جنبش مولکولی دو محفظه را با هم مقایسه کنید.

پس از رسیدن به حالت تعادل، جنبش مولکولی دو محفظه‌ی A و B یکسان می‌شود.

 آزمایش کنید صفحه ۸۷ 

وسایل و مواد: سه میله‌ی هم طول و هم ضخامت از جنس مس، فولاد یا آهن و شیشه، شمع، کبریت، سه پایه و پارافین.

روش آزمایش

به کمک پارافین به سر میله ها، چوب کبریت بچسبانید.

مطابق شکل سر دیگر میله‌ها را روی شعله قرار دهید.

مدتی صبر کنید تا چوب کبریت‌ها بیفتند.

نتیجه‌ی مشاهدات خود را بنویسید و درباره‌ی آن گفت و گو کنید.

- در این آزمایش کدام میله سریعتر از بقیه گرما را منتقل میکند؟ کدام میله گرما را بسیار کند منتقل میکند؟

میله‌ی مسی سریعتر از بقیه گرما را منتقل می‌کند و چوب کبریتِ متصل به میله مسی زودتر از چوب کبریت‌های متصل به میله‌های آلومینیومی و آهنی می‌افتد.

بعد از مس، آلومینیوم رتبه‌ی دوم را دارد.

و در نهایت این میله‌ی آهنی است که گرما را بسیار کند منتقل می‌کند.

 فعالیت صفحه ی ۸۸ 

با استفاده از وسایل در دسترس، یک لیوان عایق در دار طراحی کنید و بسازید؛ سپس مقداری آب داغ در آن بریزید و دمای آب را اندازه بگیرید. پس از یک ساعت دوباره دمای آب را اندازه بگیرید. ظرف کدام گروه گرمای کمتری را منتقل کرده است؟ کدام ظرف گرمای بیشتری را منتقل کرده است؟

دمای آب در ظرفِ آن گروه که لیوانشان عایق بهتری است، تغییر چندانی نداشته است بنابراین ظرفشان گرمای کمتری را منتقل کرده است.

همچنین ظرف گروهی که لیوانشان عایق خوبی برای گرما نبوده است و آب داخل آن سرد شده است، گرمای بیشتری را منتقل کرده است.

 آزمایش کنید صفحه ۸۸ 

وسایل و مواد: یک ظرف شیشه‌ای نشکن، منبع گرما (شمع یا چراغ گاز یا چراغ الکلی)، قطره چکان، جوهر

روش آزمایش

1- تا سه چهارم ظرف شیشه ای را با آب پر کنید و آن را مطابق شکل روی شعله قرار دهید.

2- با قطره چکان، چند قطره جوهر در یک طرف ظرف بریزید.

3- به مسیر حرکت جوهر توجه، و مشاهدات خود را به طور دقیق یادداشت کنید.

4- در گروه خود درباره‌ی علت رفتار مشاهده شده، بحث کنید.

وقتی آب را از پایین گرم می کنیم، مولکول های آن تندتر حرکت می کنند و بیشتر از هم دور می شوند؛ یعنی آب منبسط میشود. در نتیجه چگالی آن کم میشود و به طرف بالا رانده می شود. در این هنگام آب خنک تر، جای آبی را میگیرد که گرم شده و به طرف بالا رفته است. با تکرار این فرایند، همه‌ی آب گرم می‌شود.

مشاهداتی که یادداشت کردیم:

مشاهده می‌کنیم جوهر از بالای ظرف پایین می‌آید سپس به طرف قسمتی از ظرف که بالای شمع قرار دارد می‌رود، سپس جوهر دوباره بالا می‌رود و حرکت چرخشی پیدا کرده و کم کم جوهر در آب پخش می‌شود.

بحث درباره‌ی علت رفتار مشاهده شده:

مولکول‌های قسمتی از آب که به شمع نزدیکتر هستند زودتر از بقیه‌ی قسمت‌ها گرم می‌شوند پس سبک شده و بالا می‌روند و آب قسمت دیگر ظرف که خنکتر است، جای آبِ گرم‌شده را می‌گیرد. در نتیجه گرما به روش همرفت منتقل می‌شود.

 فعالیت صفحه ی 88 

دو بشر هم اندازه انتخاب کنید. یکی را از آب و دیگری را از ماسه پر کنید و آن را در آفتاب قرار دهید. هر 30 دقیقه یک بار دمای آنها را اندازه گیری و یادداشت کنید و سپس نمودار دما برحسب زمان آنها را رسم کنید، از این آزمایش چه نتیجه ای میگیرید؟

مشاهد می‌کنیم که دمای ماسه سریعتر بالا می‌رود و گرم می‌شود. ولی آب گرمای کمتری جذب کرده و بسیار دیرتر از ماسه گرم می‌شود.

نتیجه میگیریم که ماسه به علت جامد بودن و رنگ تیره انرژی تابشی را بیشتر جذب میکند ولی آب به علت شفافیت، رسانایی کم و ظرفیت گرمایی بالایی که دارد، گرمای کمتری جذب می‌کند.

 فکر کنید صفحه ۸۹ 

اگر در ساحل، آتش روشن کنید، متوجه میشوید در طول روز، دود به طرف خشکی و در طول شب به طرف دریا کشیده میشود. علت را توضیح دهید.

در طول روز هوای اطراف خشکی گرمتر و در نتیجه سبکتر از هوای اطراف دریا می‌باشد به همین دلیل هوای اطراف خشکی بالا رفته و هوای اطراف دریا جای آن را می‌گیرد. در نتیجه هوا از طرف دریا به سمت خشکی حرکت می‌کند.

در طول شب، برعکس است؛ چون دمای هوای اطراف دریا گرمتر و سبکتر از دمای هوای اطراف خشکی است، بالا رفته و هوای اطراف خشکی جای آن را می‌گیرد و اینگونه هوا از طرف خشکی به سمت دریا حرکت می‌کند.

 خود را بیازمایید صفحه 89 

شکل مقابل نحوه ی گرم شدن اتاق را به وسیله ی یک رادیاتور نشان میدهد. توضیح دهید چگونه قسمتهایی از اتاق که با رادیاتور فاصله دارند، گرم میشوند.

اول هوای اطرافِ رادیاتور توسط رادیاتور گرم می‌شود و به همین دلیل سبکتر شده و به سمت بالا حرکت می‌کند و هوای سردِ اطراف، جای آن را می‌گیرد. این چرخه تکرار می‌شود و هوای قسمت‌هایی که از رادیاتور فاصله دارند نیز گرم می‌شود.

 فعالیت صفحه ی ۸۹ 

با همکاری معلم یا والدین خود یک اتوی برقی را روشن، و مدتی صبر کنید تا سطح اتو کاملاً داغ شود. پشت دست خود را مطابق شکل در فاصله‌ی چند سانتی متری زیر اتو قرار دهید. آیا گرمای اتو را در پشت دست خود احساس میکنید؟

بله گرمای اتو را در پشت دست خود احساس میکنم.

- آیا ممکن است گرما از طریق رسانش یا همرفت به پشت دست شما رسیده باشد؟ توضیح دهید.

خیر ممکن نیست، زیرا رسانش در جامدات و همرفت در مایعات و گازها رخ می‌دهد. ولی بین دست ما و اتو فاصله بسیار کمی وجود دارد و این گرما از طریق تابش که نیازی به ماده ندارد به دست ما منقل می‌شود و دست ما را گرم می‌کند. در تابش اتو مقدار زیادی پرتوهای نامرئی به نام فروسرخ وجود دارد.

فکر کنید صفحه 90 

کدام مورد بیشتر تابش گرمایی خورشید را جذب می کند؟ چرا؟ 

الف) آسفالت

ب) آینه

آسفالت،تابش گرمایی خورشید را بیشتر جذب می‌کند. چون اجسام تیره و ناهموار انرژی تابشی بیشتری را جذب می‌کنند و سطوح صاف و براق مقدار کمتری از انرژی تابشی را جذب کرده و بیشترِ آن را بازتابش می‌کنند.

 آزمایش کنید صفحه 90 

وسایل و مواد: دو قوری یا لیوان کاملاً یکسان که رنگ یکی تیره و دیگری سفید باشد، دو دماسنج و یک فلاسک (دمابان) آب داغ.

روش آزمایش

1- در هر یک از لیوان‌ها یا قوری‌ها، مقدار مساوی آب داغ بریزید و با دماسنج دمای آنها را اندازه‌گیری کنید.

2- هر 5 دقیقه دمای آب درون ظرف‌ها را اندازه‌گیری کنید و نمودار دما را بر حسب زمان برای هر یک از ظرف‌ها رسم کنید.

از این آزمایش چه نتیجه ای میگیرید؟

به زودی اضافه خواهد شد