دانلود تحقیق گرما مادر انرژی‌ها

نور یکی از مباحث و پدیده هایی است که از قرن هیجدهم دانشمندان را به خود معطوف کرده است .

دوگانه بودن خواص نور ، یکی از مهم ترین عامل جذب دیگران به خود بوده است .

الکترون ها نیز همانند نور دارای خواص موجی و مادی می باشند ، هنگامی که الکترون های یک اتم ، انرژی دریافت می کنند به سطوح بالای اتم می روند که حالت برانگیختن به اتم دست داده می شود .

هنگامی که الکترون ها از سطوح انرژی بالاتر به سطوح انرژی پایین تر می روند ، آن مقدار انرژی که دریافت کرده اند را به صورت نور پس می دهند .

ارتعاش اتم ها باعث تولید نور می شود ، و نور گسیل شده از الکترون های یک اتم ، در یک جهت و راستا قرار دارند .

اما نور های گسیلی از مجموعه اتم ها در تمام جهات و به خط مستقیم سیر می کنند .

در لیزر نور های گسیلی در یک جهت و راستا است .

نور را می توان در فرآیند های فیزیکی ، واکنش های شیمیایی ، سوختن و شکاف های هسته ای ، مشاهده کرد .

قبل از شروع در مورد تولید نور در این فرآیند ، بهتر است ابتدا بحثی در مورد گرما داشته باشیم .

با پی بردن به ماهیت گرما ، می توانیم نور را به آسانی بشناسیم .

گرما موجی است که طول موجش بزرگتر از طول موج نور مرئی است .

هنگامی که امواج گرما انرژی دریافت می کنند ، طول موج آن ها کاهش می یابد و با دریافت انرژی به طور متداول ، این امواج در محدوده طیف رنگی ( نور مرئی ) قرار می گیرند ، که در این حالت ما ، این امواج گرما را به صورت نور مشاهده می کنیم .این امواج با دریافت انرژی بیشتر ، از محدوده نور مرئی خارج می شوند ( مانند شکاف های هسته ای) .

پس امواج گرما در دو حالت ، نامرئی هستند : امواجی که طول موجشان بیشتر از طول موج پرتو فرو سرخ و همچنین امواجی که طول موجشان کمتر از طول موج پرتو فرا بنفش است .

با این ایده ، عقیده همفری دیوی مبتنی بر اینکه نور از تمرکز گرما در یک نقطه ایجاد می شود ، اثبات می شود .

پس به این نتیجه می رسیم که مبنای نور گرما ست .

حال به بحث اول خود بر می گردیم ، و ابتدا از تولید نور در فرآیند فیزیکی می پردازیم : اگر به یک لامپ نگاه کرده باشید متوجه می شوید که عامل روشنایی آن یک رشته فلزی است که می درخشد ، و یا اگر به یک آهن گداخته ای توجه کرده باشید ، می بینید که آهن بر اثر حرارت روشنایی بدست آورده است .

‌● عوامل انتشار نور در این فرآیند ها : تمام مواد از ذرات بسیار ریزی ( مولکول ها و اتم ها ) تشکیل شده اند که این مواد پیوسته در حال حرکتند .

در ترمو دینامیک جنبش مولکول ها را گرما می نامند ، پس مواد در خود گرما دارند ، بنابراین از مواد امواج گرمایی تولید می شود .

هنگامی که این مواد انرژی دریافت می کنند ، امواج گرمایی آن ها نیز با دریافت این مقدار انرژی طول موجشان کاهش پیدا می کند ، ودر نتیجه در محدوده نور مرئی قرار می گیرند .

فلز مقاوم رسانایی است که مقاومت الکتریکی آن زیاد است .

هنگامی که آن را در مدار می گذاریم و جریان را از آن عبور می دهیم ، الکترون های حامل انرژی در مدار ، بر اثر بر خورد با اتم های فلز ، مقداری از انرژی خود را به فلز منتقل می کنند ، و از این طریق امواج گرمای فلز ، انرژی دریافت می کنند .

و در نهایت ما این امواج گرمایی را به صورت نور مشاهده خواهیم کرد .

طرز و مبنای ساختار روشنایی لامپ اینگونه است .

وهمچنین می توان با حرارت دادن برخی از فلزات ، به امواج گرمایی آن ها انرژی داد .

(البته موادی که از این طریق برای تولید نور مورد استفاده قرار می گیرند ، باید نقطه ذوبشان بالا باشد ، تا انرژی دریافتی باعث ذوب و تغییر حالتشان نشود ) .

واکنش های شیمیایی زمانی رخ می دهند که در طی یک فرآیند ، پیوند میان دو اتم یا دو یون شکسته شود و از طریق تشکیل پیوند جدید ، یک ماده جدید ایجاد می شود .

برای شکستن پیوند مقداری انرژی مصرف و بر اثر تشکیل پیوند مقداری انرژی آزاد می شود .

انرژی مبادله شده در این واکنش ها به صورت گرما ست .

اگر گرما انرژی بیشتری را دریافت کند ، آنگاه به نور تبدیل می شود .

پس اساس و پایه تبادل انرژی در واکنش های شیمیایی ، انرژی گرمایی است .

می دانیم که پیوندها بر اثر تبادل یا به اشتراک گذاشتن الکترون های لایه ظرفبت ایجاد می شود .

الکترون ها بر اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی از نقطه ای به نقطه ای دیگر جابجا می شوند .

اگر الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح پایین تر برود ، مقداری از انرژی پتانسیل آن کاهش و به صورت انرژی جنبشی تبدیل می شود ، که می توان از انرژی آن در فعالیت های مختلف استفاده کرد .

اما اگر بخواهیم الکترون را از سطح انرژی پایین به سطح بالا ببریم ، باید مقداری انرژی به آن بدهیم .

تشکیل و شکستن پیوندها نیز بر اساس ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی است .

هنگامی که پیوندی تشکیل می شود ، الکترون های لایه ظرفیت یک اتم از سطح انرژی بالاتر ( اتمی که الکتروگا تیوی آن کم است ) به سطح انرژی پایین تر (اتمی که الکتروگاتیوی آن زیاد است ) می رود و درنتیجه در این مسیر مقداری انرژی آزاد می کند .

اما هنگامی که پیوند شکسته می شود ، الکترون از سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر منتقل می شود ، که برای این کار انرژی لازم است .

به همین دلیل است که شکستن پیوند گرماگیر و تشکیل آن گرماده .

در یک واکنش شیمیایی فقط پیوند هایی که حساس و ضعیف و یا در برابر پیوند های مواد دیگر ناپایدار هستند (ناپایداری پیوندها بر اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو محدوده اتم ایجاد می شود )، می شکنند .

و از طریق تشکیل پیوند جدید ، مواد جدیدی حاصل می شوند .

پس در یک واکنش شیمیایی بر اثر شکسته شدن و تشکیل پیوندها ، گرما مبادله می شود .

انرژی یک واکنش شیمیایی برابر است با مجموع انرژی آزاد شده بر اثر تشکیل پیوند ، و انرژی لازم برای شکستن پیوند .

اگر انرژی لازم برای شکستن پیوندها کمتر از انرژی آزاد شده بر اثر تشکیل پیوند باشد ، آنگاه واکنش گرماده است ،که در این واکنش ها می توان گرما و نور مشاهده کرد .

سوختن تمام هیدروکربنات ها ، گرماده است .

انرژی چیست ؟

انرژی باعث وقوع پدیدههای مختلف در اطراف ما می شود.

در خلال روز ، خورشید روشنایی و انرژی گرمایی تولید می کند .

اما در شب لامپها با استفاده از انرژی الکتریکی مسیر خیابانها را برای ما روشن می سازد.

یک ماشین توسط بنزین ، که یک نوع انرژی ذخیره ای است ، حرکت می کند.حتی غذایی که ما می خوریم حاوی انرژی است.

از این انرژی برای کار و بازی استفاده می کنیم .

بدین ترتیب همانطوریکه در مقدمه گفته شد انرژی را می توان «توانایی انجام کار» تعریف نمود.

انرژی به شکلهای مختلفی وجود دارد که از آن میان می توان به انرژی شیمیایی ، انرژی الکتریکی ، گرما (انرژی حرارتی) ، نور ( انرژی تابشی) ، انرژی مکانیکی و انرژی هسته ای اشاره نمود.

انرژی ذخیره ای و حرکتی انرژی باعث وقوع پدیده های مختلف شده و به دو نوع تقسیم می شود: - انرژی ذخیره ای که انرژی پتانسیل نامیده می شود .

- انرژی ذخیره ای که انرژی پتانسیل نامیده می شود .

- انرژی حرکتی که انرژی جنبشی نامیده می شود.

حال جهت آشنایی بیشتر با این دو انرژی به کمک یک مداد آزمایش ذیل را انجام دهید.

مداد را در لبه میز گذاشته و آن را به طرف زمین هل دهید.

در این حالت انرژی جنبشی باعث حرکت مداد به طرف پایین می شود.

حال مداد را برداشته و دوباره روی میز بگذارید.

با استفاده از انرژی خود مداد را برداشته و حرکت دهید .

هرچه فاصله از کف زمین بیشتر شود به انرژی آن افزوده خواهد شد.

در این حالت اگر مداد برروی میز قرار گیرد دارای انرژی پتانسیل است.

هرچه مداد بالاتر باشد در فاصله دورتری خواهد افتاد یا به عبارت دیگر مداد انرژی پتانسیل بیشتری خواهد داشت.

چگونه انرژی را اندازه گیری کنیم ؟

انرژی به روشهای مختلفی اندازه گیری می شود.

یکی از واحدهای اصلی اندازه گیری انرژی Btu می باشد که یک واحد اندازه گیری حرارت بریتانیایی بوده که البته توسط انگلیسی ها ابداع شده است.

Btu مقدار انرژی گرمایی است که باعث افزایش حرارت یک پوند آب به میزان یک درجه فارنهایت ، در شرایط سطح دریا، می شود.

یک Btuمعادل حرارت یک چوب کبریت آشپرخانه است.

یک هزار Btu تقریباً معادل یک آب نبات متوسط یا 8/0 یک ساندویچ حاوی کرهء بادام زمینی و مربا است .

برای آماده نمودن یک قوری قهوه تقریباً Btu 2000 انرژی نیاز می باشد.

انرژی را می توان برحسب واحد ژول نیز اندازه گیری نمود.

تلفظ کلمه ژول (Joules) دقیقاً مثل کلمه Jewels (جواهرات) است.

یک هزار ژول برابر یک واحد حرارت بریتانیایی می باشد.

Btu 1 = 1000 ژول بنابراین آماده ساختن یک قوری قهوه دو میلیون ژول انرژی نیاز دارد.

واژه ژول برگرفته از یک دانشمند انگلیسی به نام جیمز پرس کات ژول است که در سالهای بین 1818 تا 1889 زندگی می کرده است.

او کشف نمود که حرارت یک نوع انرژی است.

یک ژول مقدار انرژی است که برای بلند کردن یک شیء یک پوندی تا ارتفاع 19 اینچ نیاز می باشد.

بنابراین اگر بخواهید یک گونی شکر به وزن 5 پوند را از زمین بلند کرده و برروی پیشخوانی به ارتقاع 27 اینچ قرار دهید ، حدوداً باید 15 ژول انرژی مصرف کنید.

در اقصی نقاط جهان دانشمندان از واحد ژول بیش از Btu جهت اندازه گیری انرژی استفاده می کنند.

این امر دقیقاً مصداق استفاده بیشتر از سیستم متر یک (مترو کیلوگرم) به جای سیستم انگلیسی (فوت و پوند) است.

همانند سیستم متریک می توان از کیلوژول نیز استفاده نمود.

کیلو به معنی 1000 می باشد.

Btu 1 = 1 کیلو ژول = 1000 یک تکه نان تست کره ای حاوی 315 کیلو ژول (315000 ژول ) انرژی است .

با این مقدار انرژی می توان اعمال زیر را انجام داد : 6- دقیقه پیاده روی آهسته 10 - دقیقه دوچرخه سواری 15- دقیقه پیاده روی سریع - خواب برای 1 تا 5/1 ساعت - حرکت دادن ماشین با سرعت 80 کیلومتر در ساعت برای 7 ثانیه - روشن نمودن یک لامپ 60 واتی برای 1 تا 5/1 ساعت - بلند نمودن گونی شکر فوق از کف زمین تا روی پیشخوان به میزان 21000 دفعه تبدیل انرژی انرژی غذایی در زنجیره غذایی ، شکل انرژی دائماً درحال تغییر است، به عنوان مثال یک خوشه ذرت را در نظر بگیرید.

نور خورشید از طریق برگهای ذرت جذب و از طریق فتوسنتز انتقال می یابدو گیاه نور خورشید را جذب و با دی اکسید کربن هوا ، آب و مواد معدنی زمین ترکیب می کند.

گیاه رشد کرده و دانه های ذرت تولید می شود.

انرژی نور خورشید در برگها و داخل دانه های ذرت ذخیره می شود.

دانه های ذرت پر از انرژی ذخیره شده از قبیل شکر و نشاسته است.

ذرت بعد از برداشت برای تغذیه جوجه و سایر حیوانات استفاده می شود.

جوجه، با استفاده از انرژی ذخیره شده در ذرت ، رشد نموده و شروع به حرکت می کند.

مقداری انرژی نیز در بافت ماهیچه ای حیوان (پروتئین) و در چربی ذخیره می شود.

هنگامی که جوجه بزرگ می شود، کشاورز آن را سر بریده و برای فروش به فروشگاههای مواد غذایی عرضه می کند.

والدین شما جوجه را از فروشگاه خریده ، به خانه آورده و آن را می پزند.

سپس شما گوشت جوجه را خورده و انرژی ذخیره شده را به بدن خود منتقل می کنید.

شاید جوجه ای را در پیک نیک خورده و سپس به بازی بیسبال پرداخته باشید.

شما از انرژی ذخیره شده آن جوجه برای چرخاندن چوب ، دویدن به دور زمین و پرتاب توپ استفاده می کنید.

هنگامی که بدن شما از انرژی جوجه استفاده می نماید ، شما اکسیژن را تنفس نموده و دی اکسید کربن را خارج می نمایید .

این دی اکسید کربن بعداًٌ برای رشد سایر گیاهان استفاده می شود.

انرژی به سایر شکلهای دیگر از انرژی قابل تغییر است ، اما تولید پذیر یا از بین رفتنی نمی باشد.

انرژی همیشه به یک شکل یا سایر اشکال دیگر وجود داشته است.

در اینجا تبدیل بعضی از انرژیها به یکدیگر توضیح داده شده است.

انرژی ذخیره شده در باتری های یک چرغ قوه را در هنگام روشن بودن آن می توان انرژی نوری نامید.

غذا یک نوع انرژی ذخیره شده بوده و مثل یک ماده شیمیایی دارای انرژی پتانسیل است.

هنگامی که بدن ما از این انرژی برای انجام کاری استفاده می کند ، باعث تبدیل آن به انرژی جنبشی می شود.

اگر شما بیش از حد غذا بخورید ، انرژی موجود در غذا سوخته شده و به صورت انرژی پتانسیل در سلولهای چربی ذخیره می شود.

زمانی که با تلفن صحبت می کنید ، صدای شما به انرژی الکتریکی تبدیل شده و از طریق سیم منتقل می شود.

گوشی تلفنی که در طرف دیگر قرار دارد انرژی الکتریکی را از طریق دهنی به انرژی صوتی تبدیل می نماید.

ماشین از انرژی شیمیایی ذخیره شده در بنزین برای حرکت استفاده می کند.

موتور، انرژی شیمیایی را به انرژی گرمایی و جنبشی تبدیل می کند.

یک دستگاه تست نان، انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی و نوری تبدیل می کند.

(اگر داخل دستگاه تست را نگاه کنید سیمهای درخشان را خواهید دید).

یک تلویزیون، انرژی الکتریکی را به انرژی صوتی و نوری تبدیل می کند.

انرژی گرمایی گرما شکلی از انرژی است .

این انرژی برای اهداف مختلفی از قبیل گرم نمودن خانه و پخت غذا استفاده می شود.

انرژی حرارتی به 3 طریق قابل انتقال است 1 – هدایت 2 – انتقال 3 – تابش زمانیکه انرژی مستقیماً از یک شئ به شئ دیگر عبور می کند به آن هدایت می گویند .

اگر یک ظرف سوپ برروی اجاق را با قاشق فلزی هم بزنید ، قاشق گرم خواهد شد.

بدین ترتیب گرما از محیط گرم سوپ به قاشق سرد منتقل می شود.

فلزات هادی های بسیار خوبی برای انرژی گرمایی هستند، اما چوب و پلاستیک چنین خاصیتی ندارند.

این گونه هادی های بد را عایق گویند.

به همین دلیل است که معمولاً ظرف از جنس فلز بوده اما دسته آن از جنس پلاستیک قوی است.

انتقال، عبارت است از حرکت گازها و سیالات از یک محل سردتر به محل گرمتر .

اگر ظرف سوپ از جنس شیشه باشد، می توان حرکت جریانات انتقالی در ظرف را مشاهده نمود.

سوپ گرمتر از ناحیه پایین ظرف، که حرارت بیشتری دارد، به سمت بالا، که سردتر است، حرکت می کند.

سپس سوپ سردتر به سمت پایین حرکت نموده و مکان سوپ گرمتر را اشغال می کند.

این حرکت باعث ایجاد یک الگوی چرخشی درون ظرف می شود (به شکل توجه کنید).

بادی که ما حس می کنیم غالباً ناشی از جریانات انتقالی است.

این امر توسط وزش بادهای نزدیک اقیانوس به سهولت قابل درک است.

هوای گرم سبکتر از هوای سرد بوده و بنابراین اوج می گیرد.

در خلال روز، هوای سرد روی آب حرکت نموده و در خشکی جایگزین هوایی می شود که در اثر دمای زمین اوج گرفته است.

اما به هنگام شب جهت این جایگزینی تغییر می کند، به عبارت دیگر بعضی اوقات سطح آب گرمتر و خشکی سردتر است.

انرژی Energy مقدمه از زمانی که انسانهای اولیه شروع به استفاده از انرژی کرده‌اند تا حال ، انرژی به انرژیهای قدیمی و انرژیهای نو تقسیم بندی می‌شود.

انرژیهای قدیمی شامل: چوب ، زغال سنگ ، انرژی باد (برای کشتیهای بادی) ، نفت و ...

می‌باشند.

انرژیهای نو شامل: انرژی خورشید ، باد (برای ماشینهای بادی امروزی) ، هیدروژن ، اتم ، انرژی هسته‌ای و ...

هستند.