پاسخ: مبانی تهویه و تبرید
فصل دوم ( ماده و گرما )
ساختمان ماده
? گرما و انرژی حرارتی
? درجه حرارت
? روش های انتقال حرارت
? گرمای نهان و آشکار
? مقدار یا کمیت گرما
? فشار
? اثر فشار بر روی تغییرات بیان شده
فصل دوم � ماده و گرما
پیشگفتار
در فصل اول آموختید که تبرید به سادگی گرما را از یک محیط و یا جسمی که می خواهید خنک شود جابجا می کند و از مایع مبرد برای همین منظور یعنی جابجایی گرما استفاده می گردد.
در این فصل شما خواهید آموخت که گرما در واقع یک حالتی از ماده است که بطور مکانیکی برای مقاصد گوناگون کنترل می گردد و همچنین فرا خواهید گرفت که ماده چیست و چگونه توسط تغییر فشار و گرما اثر پذیر می باشد. ضمناً می آموزید که چگونه تبرید مکانیکی را می توان ساخت.
ساختمان ماده
1-2 ماده. ماده منشاء تمامی اجسام است از قبیل آهن، چوب، سنگ و هوا یا هر جسمی که فضایی را اشغال کرده و دارای وزن باشد از ماده تشکیل شده است.
2-2 اتم ها. تمامی اجسام از ذرات بسیار ریزی بنام اتم تشکیل شده اند. اتم ها آنچنان کوچک هستن که دیده نمی شوند و برای مشاهده آنها بایستی از میکروسکوپ مناسب استفاده کرد اتم نیز از ذرات بسیار کوچکتری تشکیل شده است که مبه آنها ساب اتمیک گویند (مانند، پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها) و تعداد ذرات ساب اتمیک در یک اتم و نحوه شکل گیری آنها نوع اتم را معرفی می کند. شکل (1-2) را نگاه کنید). تقریباً 109 اتم اکنون شناخته شده است که بلوک اصلی جهان را ساخته اند.
3-2عناصر. یک عنصر در اصل از یک نوع اتم خالص ساخته شده است. از آنجایی که 109 اتم وجود دارد، بنابراین 109 عنصر مختلف هم وجود دارد. بعضی از عنصرهای معمولی مانند کربن، اکسیژن، آهن قلع، هیدروژن، طلا، جیوه و هلیوم را می توان نام برد. این 109 عنصر توسط خودشان تمامی ترکیبات دیگر موجودات را تشکیل می دهند، بطور مثال چوب تشکیل شده است از هیدروژن، کربن، اکسیژن و تعداد عنصر دیگر. هوا از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است.
4-2 مولکول ها. مولکول ذرات کوچکی می باشد که از دو یا چند اتم تشکیل شده است. اتم های یک مولکول با روش های مخصوص پیوند می خورند. تعداد اتم ها در یک مولکول و پیوند آنها نوع آن مولکول را مشخص می نماید. بطور مثال مولکول آب شکیل شده است از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن (که علامت شیمیایی آن هم H2O می باشد).
5-2 ترکیب ها. یک ترکیب ماده ای است که فقط از یک نوع مولکول تشکیل شده است. آب یک نوع ترکیب است که اساساً از مولکول خالص H2O ترکیب شده است که همانطور که گفته شد از عناصر هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است ترکیب های دیگری را می توان نامبرد که از مولکولهای یکسان تشکیل شده باشد مانند پراکسید هیدروژن که از عنصر تشکیل شده است اما با ترکیب قبلی کمی تفاوت دارد زیرا دو اتم هیدروژن و دو اتم اکسیژن در هر مولکول خود دارد (علامت شیمیایی آن H2O می باشد) این ترکیب خواص بیشتری نسبت به آب دارد اما از ترکیبات یکسانی مانند آب تشکیل شده است.
6-2 تعداد ترکیباتی که از 109 عنصر شیمیایی ساخته می شوند تقریباً نامحدود است مولکولهای آنها می توانند مانند آب خیلی ساده باشد (H2O) و یا از ترکیبات پیچیده ای مانند اتین دی پروماید (CH2BRCH2BR) باشد که افزودنی است جهت آزمایش گازوئیل
7-2 موارد مهمی که بایستی در مورد ترکیبات بخاطر داشته باشید عبارتند از:
1- آنها از دو یا چند عنصر تشکیل شده اند.
2- خواص آنها نسبت به عناصر تشکیل دهنده خود بسیار متفاوت است.
3- مولکول های انها از اتم های تشکیل دهنده عناصر شان تشکیل شده است.
4- ترکیبات متفاوت می تواند از عناصر یکسان با خواص متفاوتی باشد.
5- خواص فیزیکی ترکیبات بستگی به ساختمان مولکولی آنها دارد که بستگی دارد به نوع اتم های موجود مولکول و نحوع قرار گیری آنها.
8-2 مخلوط ها. یک مخلوط از دو و یا چند جسم تشکیل شده است، اجسام ممکن است عناصر و یا ترکیبات آنها باشند. به عنوان مثال، هوا مخلوطی است از دو جسم، اکسیژن و نیتروژن، دو عنصر که گرما تشکیل یک مولکول هم نداده اند. مولکول های آنها در هوا بطور جداگانه وجود دارند. اما مخلوط می باشند بمانند مخلوط شکرو ماسه. هوا معمولاً از اجسان دیگری مانند بخار آب دی اکسید کربن نیز تشکیل شده است اما هوا اساساً مخلوطی از اکسیژن و نیتروژن می باشد. یک مخلوط با ترکیبات فرق می کند بدلیل اینکه ترکیبات یک نوع اتمو یا مولکول ساخته شده است.
9-2 محلول. یک محلول ترکیبی است که توسط یک جسم حلال در مایع یا گاز شکل می گیرد. به عنوان مثال، نمک وقتی که در آب حل می کردد محلولی است که از دو ترکیب، نمک و آب شکر آب حل می شود (که به نام آب سودا معروف است). فرق محلول با ترکیب این است که در محلول اجسام بصورت یکنواخت منتشر می گردند. همچنین برای مثدار جسمی که شما می خواهید در جسم دیگر حل کنید یک حد مجازی وجود دارد. در صورتی که مخلوط های معمولی مانند شکر و ماسه حد مجازی وجود ندارد، آنکه بعداً برای شما توضیح داده می شود که محلول ها و رفتار آنها نقش بسیار مهمی در تهویه و تبرید ایفا می کنند.
شرح ماده
10-2 ماده به سه شکل در طبیعت وجود دارد: جامد، مایع و گاز که بشرح زیر تعریف می شوند.
1- جامد. یک جسم جامد جسمی است که دارای اندازه و شکل معین می باشد.
2- مایع. یک جسم مایع دارای شکل معینی می باشد و توسط ظرفی که در آن قرار می گیرد شکل ذیر می باشد و از این نظر همانند جامدات می باشد اگر چه دارای حجم معینی هستند.
3- گازها. اجسام گاز نه دارای شکل و نه دارای حجم معینی می باشند مانند هوا و بسادگی در هر فضایی که آنها را قرار دهید متراکم و یا منبسط می گردند.
11-2 حالت بیان یک جسم بستگی به درجه حرارت و فشار دارد. بطور مثال آب بستگی به درجه حرارت و فشار محیط دارد. شما می توانید آنرا توسط سرما دادن بصورت جامد در آورید و یا توسط جوشاندن آنرا به شکل گاز در آورید. اجسامی هم مانند، آهن، اکسیژن، و جیوه را می توان با افزایش و یا کاهش درجه حرارت از شکلی به شکل دیگر تغییر داد و پردازش آن توسط کم کردن و یا افزایش گرما انجام می گیرد بدیگر سخن، شما بایستی گرما را به جسم داده و یا از آن بگیرید تا بتوانید شکل آنرا تغییر دهید.
12-2 همچنین می توانید شکل یک جسم را توسط وتغییر دادن فشار عوض کنید. در شرایط معمولی، آب در 212( 100) جوش می آید و در این درجه حرارت شکل آن از مایع به گاز تبدیل می شود. حال اگر آب را در یک ظرف بسته قرار دهید و آنرا تحت فشار قرار دهید، دیگر آب در 212( 100) بالاتر ببرید تا آب جوش بیاید، عکس این مسئله هم صدق می کند. در فشار پایین تر از فشار جو آب در درجه حرارت پایین تر جوش می آید. پایین آوردن فشار، درجه حرارت جوش را پایین می آورد و این مسئله برای تمامی اجسام هم صدق می کند.
13-2 در ادامه مطالب بیشتر را در مورد چگونگی اثر فشار و حرارت در تعیین شکل یک جسم که در این جا منظور ما (گرما) است خواهید آموخت.مهمتریم چیزی که باید بدانید این است که تغییر فیزیکی یک جسم توسط تغییر فشار و درجه حرارت امکان پذیر است و بر پایه همین اصل می توانید کنترل گرما را بدست گیرید. تبرید بطور ساده یعنی اینکه انتقال گرما و دور کردن آن از محیطی که شما می خواهید سرد شود.
گرما یا انرژی حرارتی
14-2 گرما نوعی انرژی است که در ماده قرار دارد. این نوع انرژی را به نام انرژی حرارتی می نامند. تمام ماده ها گاز � مایع � جامد دارای انرژی حرارتی می باشند. مقدار گرمای موجود در هر جسم بستگی به خیلی موارد دارد که به توضیح آنها خواهیم پرداخت. ضمناً مقدار گرما در هر لحظه تغییر پذیر است زیرا انرژی حرارتی می تواند از یک جسم به جسم دیگر منتقل گردد.
15-2 انرژی حرارتی در واقع شکل گیری اتم ها و مولکولها در یک جسم است و به دو شکل انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل وجود دارد.
16-2 انرژی حرارتی جنبشی � گرمای محسوس یا آشکار حرکت مولکولها و اتم ها ایجاد می شود. مولکولها یا اتم های هر جسم همیشه در حال حرکت می باشند و سرعت حرکت آنها تعیین کننده اندازه انرژی حرارتی جنبشی است که آن جسم دارا می باشد. این نوع انرژی را بواضح حرارت گویند که میزان گرمایش و یا سرمای هر جسم می باشد.
به دیگر سخن این انرژی را می توان توسط تماس فیزیکی حس نمود و به همین دلیل است که در تبرید آنرا به نام گرمای محسوس یا آشکار می خوانند.
17-2 انرژی حرارتی پتانسیل � گرمای نهان نوعی انرژی زا گویند که از نیروی های جذب شده بین مولکول ها یا اتم های یک جسم تشکیل شده است. این نوع گرما برای حس نمودن پنهان است و توسط گرما سنج و تماس بمانند گرمای آشکار قابل رویت نمی باشد و در زمان تغییر حالت یک جسم از حالت جامد به مایع و یا مایع به گاز ایجاد می شود "ذخیره می گردد" به همین علت به نام انرژی پتانسیل خوانده می شود. اگر چه در مواقع تغییر جسم به حالت اولیه خود باز هم انرژی پتانسیل ایجاد می شود که بعداً در این باره بحث خواهد شد و وقتی که انرژی زیادی رها شود تبدیل به انرژی جنبشی خواهد شد و می توان اثر حس کرد در تبرید انرژی حرارتی پتانسیل را به نام Latent میخوانند که معنی نهان در زبان یونانی است.
درجه حرارت (Temperature)
18-2 درجه حرارت نشان دهنده شدت گرمای محسوس محیط می باشد. درجه حرارت یک جسم دقیقاً به انرژی حرارتی جنبشی مولکول های آن جسم اطلاق می شود. بنابراین درجه حرارت به گرما اطلاق می شود. اگر چه درجه حرارت به شما مقدار گرمای جسم را نمی گوید.
بطور مثال یک گالن آب در 80( 2/27) دارای گرمای بیشتری نسبت به یک لیوان آب در 120و یا ( 49) می باشد . لیوان دارای گرمای بیشتری در هر اونس می باشد اما در مجموع گرمای کمتری دارد. ضمناً درجه حرارت توسط گرمای نهان آب ظروف یاد شده تحت تأثیر قرار نمی گیرد. بخاطر داشته باشید که گرمای نهمان توسط ترمومتر یا گرماسنج سنجیده نمی شود. بنابراین درجه حرارت به شما می گوید که چطور بعضی چیزها گرم هستند نه اینکه گرمای کل جسم چقدر است.
19-2 پس از چرا درجه حرارت خیلی مهم است؟ خیلی ساده می توان گفت، همیشه گرما از جسمی که دارای درجه حرارت بیشتر است به جسمی که دارای گرمای کمتری است انتقال می یابد. گرمای انتقال داده شده گرمای محسوس می باشد که براثر حرکت مولکول ها انرژی جنبشی را پدید می آورد و در این انتقال برخورد هایی بین مولکول های جسم گرم با جسم های سرد انجام می گیرد. این تصادفات باعث می شود که مولکول های گرم مقداری از سرعت خود را از دست بدهند و مولکول های سرد دارای مقداری سرعت شوند. در نتیجه مولکول های سرد معتدل تر و مولکول های گرم هم خنک تر می شوند و اگر دو جسم تماس خود را حفظ کنند مولکول های آنها دارای انرژی جنبشی یکسان خواهند شد که در واقع دارای یک درجه حرارت می شوند و در این نقطه دیگر انتقال گرما هم انجام نمی گیرد. درجه حرارت نقطه حد واسط بین درجه حرارت اصلی دو جسم می باشد.
20-2 اندازه گیری درجه حرارت. بیشتر انواع وسایل گرما سنج تشکیل شده اند از یک میله شیشه ای تو خالی حباب مانند که درون آن مایعی وجود دارد. مانند شکل (2-2) گرمای هوای خارج میله شیشه ای، مایع را وادار به بسط شدن می نماید. معمولاً مایع این حرارت سنج ها (ترمومترها) جیوه و یا الکل رنگی می باشد، مایع توسط گرما بسط پیدا می کنند، انبساط مایع داخل ترمومتر نسبت مستقیم با شدت گرمای اعمال شده دارد.
21-2 برای اندازه گیری درجه حرارت یک جسم شما ترمومتر را در تماس با جسم مربوطه قرار می دهید. گرمای محسوس، مایع ترمومتر را بالا و یا پایین بر حسب درجه حرارت جسم می برد و سپس سطح مایع را بر روی خطوط مدرج ترمومتر می خوانید که این همان درجه حرارت جسم می باشد. درجه حرارت فارنهایت و سلسیوس متداولترین واحد اندازه گیری های حرارتی هستند. (شکل 2-2 را نگاه کنید).
22-2 مقیاس سلسیوس. واحد مقیاس سلسیوس به نام سانتی گراد خوانده می شود و از مقیاس سیستم متریک است که برای مقادیر حرراتی به کار می رود و براساس نقطه جوش و انجامد آب می باشد. آن نقطه که آب یخ می زند را 0 قرار می دهند شکل (2-2) را نگاه کنید و نقطه ای که آب جوش می آید را 100 قرار می دهند و بین این ها را به 100 قسمت مساوی تقسیم می کنند. درجه حرارت سلسیوس را با حروف C نشان می دهند، مانند C 20 و درجه حرارت های زیرC 0 را با علامت منفی نشان می دهند مانند C 10-
23-2 مقیاس فارنهایت. به ترمومتر فارنهایت در شکل (2-2) نگاه کنید در آنجا می بینید که نقطه انجام 32 و نقطه جوش 212 است و بین این دو مقیاس را به 180 قسمت مساوی تقسیم می کنند درجه حرارت فارنهایت را با حرف F نشان می دهند مثل F 70 و همانند درجه حرارت های سلسیوش پاین تر ازF 0 را با علامت منفی نشان می دهند مانند F 10-
24-2 تبدیل درجه حرارت . برای تبدیل درجه حرارت فارنهایت به سلسیوس اگر به فرمول شکل (2-2) توجه کرده باشید مشاهده می کنید که بایستی اول 32 را از فارنهایت کم کنید سپس ضربدر کنید. بطور مثال تبدیل F 72 به C بشرح زیر است.
از انجایی که
یا
25-2 درجه حرارت مطلق. آنجه درباره درجه حرارت تاکنون فرا گرفتند نشان دهنده شدت حرکت مولکولی است. اما در آن درجه حرارتی که تمامی حرکات مولکولی متوقف شود، تقریباً F 460- یا C 273- می باشد که این نقطه را به نام صفر مطلق می خوانند و کمترین درجه حرارتی است که می توان به آن دسترسی پیدا کرد مقیاسی که برای اندازه گیری درجه حرارت مطلق استفاده می شود بنام های کلوین و ران کاین می باشد (شکل 2-2 را نگاه کنید)
26-2 مقیاس کلوین هم دارای تقسیمات مشابه سلسیوس می باشد. برای بدست آوردن مقدار کلوین 273 را باید به مقدار سلسیوس اضافه کنید. راین کاین هم مشابه مقیاس فارنهایت می باشد. برای بدست آوردن مقدار راین کاین 460 را به فارنهایت اضافه کنید.
روش های انتقال گرما
27-2 در درس های قبل آموختید که گرما نوعی انرژی است و می تواند از یک جسم به جسم دیگری منتقل شود در بحث درجه حرارت هم آموختید که گرما در زمانی که یک جسم گرم با یک جسم سرد تماس پیدا می کند انتقال می یابد. لذا انرژی مولکول های جسم گرم با مولکول های جسم سرد برخورد مولکول می نمایند و مقداری از انرژی خود را به مولکول های سرد می دهند و این تنها راه انتقال گرما می باشد.
28-2 بطور مثال ما می دانیم که گرما از خورشید به زمین منتقل می شود، اما هیچ تصادم مولکولی ممکن نیست زیرا خورشید زمین را لمس نمی کند. شما همچنین می توانید گرما را از یک محل به محل دیگری انتقال دهید بوسیله ماده ای که گرما را از یم محل به محل دیگری منتقل می کند. بعنوان مثال یک کوره هوایی .را گرم کرده و سپس توسط کانال هوای ولرم را به تمامی اطاق های ساختمان منتقل می نماید. مشاهده نمودید که پردازش های مختلفی در این مثال ها عنوان شد . در واقع سه روش مختلف برای انتقال گرما وجود دارد: هدایت جابه جایی حرارت (Convection) و تشعشی
29-2 هدایت انتقال گرمایی که توسط تماس مستقیم بین دو جسم با درجه اختلاف مختلف انجام می گیرد را هدایت گویند. شکل (3-2) یک قاشق از جنس نقره را که در یک فنجان قهوه است نشان می دهد. بمحض اینکه تصادم مولکولی که در مورد آن قبلاً توضیح داده شد انجام گرفت، گرما از قهوه به سمت قاشق منتقل می گردد. قاشق گرم می شود تا زمانی که داغ شود و قهوه هم به آرامی خنک می شود تا زمانی که مقداری از گرمای خود را از دست بدهد.
30-2 سرعت هدایت گرما بستگی به نوع جنس (ساختمان مولکولی) جسم هایی که در تماس هستند دارند که آنها چگونه گرما را منتقل می کنند در شکل (3-2)، دسته قاشق از جنس نقره گرم می شود بخاطر اینکه نقره هادی بسیار خوبی است. دسته فنجان فقط کمی گرم شده است بخاطر اینکه چینی هادی بسیار ضعیفی می باشد. حس لامسه انسان هم توسط سرعت هدایت گرما تاثیر پذیر است. گرمای متعادل انسان برابر است با F 6/98 (C30). وقتی که شما پایین تر از این درجه حرارت را لمس کنید احساس خنکی می نمایید که بستگی به درجه حرارت و سرعت هدایت گرمای آن جسم دارد.
31-2 اگر شما ابتدا یک تکه چوب با گرمای F60 (C 6 /15) را لمس کنید و سپس یک تکه مس را با همان درجه حرارت لمس کنید احساس خنکی بیشتری می نمایید چرا؟
به دلیل اینکه مس هادی خوبی است و گرما را از دست شما خیلی سریع جابجا می نماید. اما چوب هادی ضعیفی برای گرما است و عایق خوبی در مقابل انتقال گرما می باشد. اگر می خواهید مثال ایده آلتری را مشاهده کنید، سعی کنید در یک محیط F72 (C 2/22) به داخل آبی با مان درجه حرارت شیرجه روید.ناگهان یک شوک سرمایی را لمس می کنید. بخاطر اینکه آب هادی خوبی است اما هوا هادی خوبی نمی باشد و از آنجایی که بدن شما معمولاً دارای درجه حرارت F 6/98 می باشد آب گرما را از بدن شما با یک سرعت خوبی جابجا می نماید. توانایی هدایت گرمایی یک جسم را به نام هدایت حرارتی آن جسم می خوانند.
32-2 جابجایی گرما (Convection). جابجایی گرما پردازشی است که توسط گازها و مایعات در مواقع حرکت و تغییر فشار و درجه حرارت ایجاد می شود. یک گاز و یا مایع در زمان گرما دادن بسط پیدا می نماید و سبک تر می شود و بسمت بالا حرکت می کند همچنین نیروی جاذبه، گاز یا مایع گرم نشده را بسمت پایین می کشد. بطور مثال وقتی که هوای ولرم از یک سیستم تنظیم کننده هوا وارد اطاق می شود، هوای گرم بخاطر اینکه از دیگر هوای موجود در اطاق سبک تر است، بالاتر می رود و توسط خنک کننده هوا جابجا می شود.
33-2 جابجایی هوا می تواند طبیعی باشد یا اینکه توسط نیرویی ایجاد شود. جابجایی طبیعی زمانی بوقوع می پیوندد که گاز یا مایع گرم شده، بخاطر اختلاف چگالی حرکت کند. اما جابجایی که توسط نیرویی ایجاد شود، توسط یک دستگاه مکانیکی گاز و یا مایع را حرکت می دهد و منجر به جابجایی هوا می شود مانند بادزن (Fan).
34-2 بنابراین هوا، شامل انتقال گرما از یک جسم به جسم دیگر نمی شود. بلکه انتقال گرمای یک جسم از یک مکان به مکان دیگری است. شکل (3-2) جریان جابجایی گرمای یک مایع را در زمانی که چگالی منبع تولید گرما تغییر کرده است نشان می دهد.
35-2 تشعشع. تشعشع گرما توسط امواج الکترومغناطیسی است. مانند سیگنال های رادیویی، تشعشع می تواند انرپی را از طریق فضای خالی انتقال دهد. بر خلاف حالت های هدایتی و جابجایی هوا، تشعشع نیازی به یک جسم برای انتقال گرما ندارد. بهترین مثال ها در ا ین مورد عباتند از: گرما از طریق آفتاب، گرما از طریق تستر برقی و آن گرمایی که شما در نزدیکی آتش احساس می کنید. در شکل (3-2) یک رادیاتور برقی انتقال گرما را از طریق تشعشع نشان می دهد.
36-2 سرعت جذب گرما توسط تشعشع در یک جسم بستگی دارد به:
1- اختلاف درجه حرارت بین جسم و منبع تشعشع گرما
2- فاصله بین جسم و منبع تشعشع
3- سطح و رنگ جسم
رنگ های تیره نسبت به رنگ های روشن گرما را بیشتر جذب می کنند. اجسام مشکی بهترین جذب کننده گرمای تشعشعی می باشند.
گرمای نهان و آشکار:
37-2 انتقال گرما دارای دو اثر متفاوت بر روی جسم می باشد. اگر گرما را جابجا و یا اضافه کنیم و باعث تغییر درجه حرارت جسم گردد این گرما را به نام گرمای آشکار می خوانند. اگر اضافه کردن و یا جابجا نمودن گرما باعث تغییر درجه حرارت جسم نگردد اما تغییر فیزیکی در جسم در برداشته باشد آن را به نام گرمای نهان می خوانیم.
(بخاطر داشته باشید که تغییر فیزیکی همان حالت های جامد، مایع، گاز است که در پاراگراف 16-2 و 17-2 توضیح داده شده است).
38-2 یکی از مثال های گرمای نهان تغییر آب به بخار است. اگر شما یک پوند آب را در ظرفی قرار داده و بر روی شعله گاز حرارت دهید این مثال را مشاهده می نمایید. می توانید یک ترمومتر هم برای مشاهده افزایش گرما در داخل آب بگذارید. آب گرما را می گیرد و درجه حرارت آن هم افزایش �یدا می کند دلیلش چیست؟
گرمای آشکار از شعله های گاز به ظرف و از ظرف به آب منتقل می گردد. با افزایش هر درجه حرارت یک Btu گرما به آب منتقل می شود (پاراگراف 45-2 را بخوانید).
برای امتحان خود از این تمرین ها استفاده کنید.
1-2 اتم
1-2 یک مولکول تشکیل شده است از دو یا چند ــــــــــــــ
رجوع: 4-2
2-2مولکول
2-2 یک ترکیب جسمی است که فقط از یک نوع ــــــــــــــ تشکیل شده باشد.
رجوع: 5-2
3-2 ترکیب
3-2 آب خالص (H2O) یک ــــــــــــــ است. محلول / عنصر / ترکیب
رجوع: 5-2
4-2 شکل � حجم
4-2 یک عنصر گازی ــــــــــــــ یا ــــــــــــــ ندارد.
رجوع: 10-2
5-2 نهان
5-2 گرمایی که توسط ترمومتر اندازه گیری نمی شود را بنام گرمای ــــــــــــــ می خوانند.
رجوع: 17-2
6-2 آشکار یا محسوس
6-2 درجه حرارت فقط توسط گرمای ــــــــــــــ قابل رؤیت است.
رجوع: 18-2
7-2 سلسیوس
7-2 در سیستم متریک درجه حرارت بوسیله مقیاس ــــــــــــــ اندازه گیری می شود.
رجوع: 22-2
8-2 هدایت
8-2 آن روش انتقال گرمایی که نیاز به تماس مستقیم دارد به نام ــــــــــــــ خوانده می شود.
رجوع: 29-2
39-2 افزایش درجه حرارت آب همچنان افزایش �یدا می کند تا اینکه گرمای آب به F 212 (C100) برسد. در این نقطه آب شروع به جوشیدن می نماید و ترمومتر نشان می دهد که درجه حرارت در F 212 (C100) ثابت باقی می ماند. در حالی که هنوز آب در معرض گرما قرار دارد درجه حرارت جوش آب ثابت باقی می ماند. اما Btu آب چه می شود؟
40-2 در همان لحظه که آب جوش می آید از مایع به گاز (بخار) تبدیل می شود و انرژی حرارتی جنبشی مولکول های آب به حد مجاز خود می رسند و حرکات آنها خیلی سریع شده و شروع به فرار نمودن از مایع می نمایند (شکل 4-2 را ببینید). آنها از حالت مولکول های مایع به حالت مولکول های گاز در آمدند و از آن حالتی که در زمان مایع بودن داشتن دورتر می شوند و آن Btu اضافی که به داخل ظرف آب جوش منتقل می گردد بشکل گرمای نهان در زمان جدایی مولکول ها از هم در می آید. بدیگر سخن گرمای رها شده توسط شعله گاز که به آب منتقل می شود بشکل گرمای نهان به صورت بخار در می آید.
41-2 گرمای نهان دارای دو شکل است: گرمای نهان نقطه ذوب (Fusion) و گرمای نهان نقطه بخار. اگر گرمایی که به یک تکه یخ با درجه حرارت اعمال می شود درجه حرارت یخ را افزایش می دهد، این مسئله درجه حرارت بالا می برد بطوری که شما می توانید توسط ترمومتر آنرا اندازه بگیرید و به نام گرمای آشکار خوانده می شود که قبلاً در مورد آن آموختید. اما شکل فیزیکی یخ تغییر نمی کند و فقط درجه حرارت آن تغییر می کند، اگر همینطور درجه حرارت را افزایش دهیم تا نهایتاً به برسد. در این حالت کمترین گرما باعث ذوب شدن یخ خواهد شد و حالت فیزیکی ان تغییر می کند، اما درجه حرارت آن در ثابت است و گرمایی که در زمان پردازش ذوب یخ اضافه می گردد گرمای نهان نامیده می شود فشار سطح دریا با دستگاه بارومتریک نشان دهنده فشار جو اندازه گیری می شود و برابر است با گرمای نهان نقطه ذوب یخ در (در مورد فشار در پاراگراف های بعدی بیشتر توضیح می دهیم). گرمای نهان نقطه ذوب برای آب خالص در است با فشار اتمسفر که برابر است با ib * Btu 33/143
42-2 این پردازش بالعکس هم انجام می گیرد. زمانی که آب در به تگرگی یا شیشه ای تبدیل می شود (به نام Subcooling خوانده می شود) اگر گرمای آنرا بیشتر بگیریم بشکل یخ در می آید در تغییر حالت پیدا می کند و این گرما را همچنین گرمای نهان نقطه ذوب می نامند. این یکی از مهمترین قوانین فیزیکی در تبرید می باشد که گرمای هرگز از بین نمی رود بلکه از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود. ضمناً همان اندازه انرژی مجدداً لازم است که یخ را به حالت قبلی خود یعنی آب در آوریم.
43-2 وقتی که آخرین قطعه یخ هم آب شد در آن زمان درجه حرارت آب بالا رفته بطوری که درجه حرارت آب محسوس خواهد شد. وقتی که درجه حرارت آب به رسید. افزایش درجه حرارت متوقف می شود و اگر گرمای بیشتری اعمال شود یک تغییر فیزیکی دیگری انجام می گیرد. و آب بجوش می آید و بخار می شود، اما درجه حرارت آن تغییری نمی کند و زمانی که آخرین ذره بخار هم تبخیر شد مجدداً درجه حرارت افزایش پیدا می کند که بنام سوپرهیتینگ (super heating) خوانده می شود. و مجدداً ما با گرمای محسوس روبرو می شویم. آن گرمایی که در این پردازش آب را به بخار تبدیل می کند بنام گرمای نهان بخار خوانده می شود. تمامی اجسامی که از حالت مایع به بخار یا گاز تبدیل می شوند از این مرحله عبور می کنند.
44-2 گرمای نهان بخار برای تغییر حالت 1/b آّ تماماً در شکل (5-2) امده است. مایعات دیگر دارای گرمای بخار مختلفی می باشند که در فصل های بعدی توضیح داده می شود. مهم ترین مفهومی که شما بایستی در اینجا بخاطر داشته باشید این است که مقادیر زیادی از انرژی محسوس، در زمان جوشیدن مایع به انرژی نهان تبدیل می شود. تبرید مکانیکی بر این پایه استوار است.
کمیت گرما
45-2 عموماً دو واحد برای تعریف کمیت گرما بکار می رود: واحد حرارتی بریتانیا (Btu) و دیگری واحد حرارتی کالری است. یک Btu عبارت است آن مقدار گرمایی که برای افزایش یک 1b آب لازم است. شکل (6-2) درجه حرارت یک 1b آب را نشان می دهد که از به افزایش پیدا کرده با اضافه نمودن یک Btu گرما. کالری هم یکی از واحدهای کمیت گرما است. یک کالری برابر ایت با آن مقدار گرمایی که یک گرم آب را به اندازه افزایش می دهد.
46-2 ظرفیت گرما. اجسام در مقدار درجه حرارت لازم برای افزایش گرمای خود با همدیگر متفاوت هستند. مقدار گرمای لازم برای افزایش درجه حرارت هر جسم به اندازه یک درجه به نام ظرفیت گرمایی (Heat Capacity) ان جسم خوانده می شود و عبارت است از نسبت افزودن گرما برای بالا بردن درجه حرارت یک جسم که با اصطلاح Btu برای هر درجه فارنهایت مشخص می گردد واحد کالری در هر درجه سانتی گراد در سیستم متریک استفاده می شود. اجسامی که دارای ظرفیت گرمایی بالا هستند از اجسامی که دارای ظرفیت گرمایی هستند بیشتر می توانند گرما را برای افزایش درجه حرارت جذب کنند.
47-2 گرمای ویژه (Specific Heat). نسبت ظرفیت گرمایی یک جسم به وزنش را به نام گرمای ویژه آن جسم می خوانند. از اینرو گرمای ویژه مقدار Btu لازم هر پوند برای افزایش می باشد. بطور مثال گرمای ویژه آب برابر است با Btu/1b 1 در هر درجه فارنهایت. در سیستم متریک گرمای ویژه مقدار کالری است که هر گرم جسم برای افزایش یک درجه سانتی گراد مورد نیاز دارد.
48-2 زمانی که شما گرمای ویژه یک جسم را بدانید، قادر خواهید بود که مقدار درجه حرارت لازم برای بالا بردن و یا پایین آوردن درجه حرارت آن جسم در نقطه مورد نظر را محاسبه کنید. بطور مثال گرمای ویژه بیفتک تقریباً Btu/1b 80 /0 در هر درجه فارنهایت است، چقدر Btu تبریدی برای تغییر حرارت مورد نیاز است تا 1b 2000 بیفتک را از به برساند.
جواب: برای هر درجه فارنهایت
(جدول 1-2)گرمای ویژه دیگر اجسام را نشان می دهد
گرمای ویژه مواد
000/1 آب ..... WATER
504/ یخ ..... ICE
180/ شیشه ......... GLASS
129/ آهن .......... IRON
093/ مس ........... COPPER
240/ هوا ............ AIR
031/ قلع�... LEAD
615/ الکل..... ALCOHOL
100/1 آمونیاک (مایع) AMMINIA(liquid)
520/ امونیاک (گاز) (gas) AMMINIA
فشار
49-2 فشار یک نیرویی است که در واحد سطح، جامد، مایع و گاز اعمال می گردد. عموماً با پوند بر اینچ مربع (psi*) اندازه گیری می شود هوای اطراف زمین، فشاری را بر تمامی سطوح اعمال می نماید. مسبب وزن هوا هم همین فشار است. که بنام فشار اتمسفر خوانده می شود. فشاری که توسط اتمسفر اعمال می شود با افزایش ارتفاع کاهش پیدا می کند. فشار اتمسفر در سطح دریا برابر است با pis 7/14 در ارتفاع بالاتر نسبتاً کم می شود. بخاطر اینکه هوای کمی موجود است. به عنوان مثال در ارتفاع Ft 000/14 فشار اتمسفر برابر است با pis 63/08
50-2 اندازه گیری فشار. معدل سطح فشار اتمسفر در محیط زمین یا سطح دریا برابر است با PSI 7/14 فشار مطلق هم فشار کل بالای OPSI یا خلاء کامل است. بیشتر گیج های فشار سنج (Gage) که شما استفاده می کنید براساس psig ** می باشند. که صفر آنها برابر است با psia 7/14 از اینرو مقدار psig 10 برابر است با psia 7/24 اما ما غالباً فشار سطح دریا را به خاطر اندازه گیر های پایین تر و بالاتر صفر قلمداد می کنیم. بنابراین در شکل (7-2) فشار سطح دریا را با صفر نشان داده است که با اختصار 0Psig که بمعنی صفر پوند بر اینچ مربع است.
51-2 ابزار دیگری که برای اندازه گیری فشار مورد استفاده قرار می گیرد، بارومتر جیوه ای است بمانند آنچه که در شکل (8-2) امده است و تشکیل شده از یک لوله شیشه ای شکل که یک انتهای ان بسته است و قسمتی از آن با جیوه پر شده است قسمت سر باز لوله بسمت اتمسفر می باشد. وزن جیوه مخالف فشار اتمسفر است. اختلاف سطح جیوه در انتهای باز و انتهای بسته فشار اتمسفر را نمایان می سازد که آنطور که در شکل نشان داده شده است فشار سطح دریا برابر است با Hg . in 30 (جیوه) که این برابر است با همان Psig 7/14 یا 0 .Psig در تبرید مقادیر منفی Psig با اختصار Hg . in خلاء به نمایش گذاشته می شود.
تاثیر فشار در تغییر حالت جسم
52-2 از قبل آموختید که درجه حرارت نقطه جوش آب را می توان با تغییر فشار اطراف آن تغییر داد. هم اکنون شما آمادگی این را دارید که در مورد رابطه فشار درجه حرارت در سیکل تبرید بیشتر بیاموزیدو اجازه بدهید بجای آب از یک مایع مبرد که بنام مبرد -22 (فریون 22) معروف است در این بحث استفاده کنیم. فریون 22 (22-R) یک مایعی است با درجه حرارت پایین که در این درجه حرارت نقطه جوش آن در فشار اتمسفر هم می باشد. پس همانطور که مشاهده می کنید، این نقطه جوش پایین، از 22-R یک مبرد خوب ساخته است.
53-2 شکل (9-2) یک کپسول فریون 22 (22-R) بسته را نشان می دهد. این کپسول دارای یک شیر در قسمت بالایی خود است که توسط مبرد پر شده است. وقتی این شیر باز می شود مبرد به حالت جوش خود می رسد. این کپسول در یک درجه حرارت محیط قرار دارد. یک ترمومتری که بر روی این کپسول قرار دارد به ما اجازه می دهد که درجه حرارت داخلی و فشار را چک کنیم.
54-2 اگر شیر بطور کامل باز شود ما فشار سطح دریا را در داخل سیلندر خواهیم داشت و گیج مقدار صفر را نشان می دهد و نیاز به Btu 5/100 دارد تا مقدار 1b،22-R را در درجه حرارت به 1b 1 گاز در همان درجه حرارت تبدیل کند. این را گرمای نهان نقطه بخار 22-R گویند. اگر در داخل کپسول فقط 1b1 مبرد وجود داشته باشد این مقدار به اندازه Btu5/100 از درجه حرارت محیط را برای رسیدن به نقطه جوش خود جذب می کند و گاز مبرد به سمت محیط با این گرما فرار می کند.
55-2 شکل (10-2) کپسول مشابه ای را با شیر بسته نشان می دهد. مبرد در درجه حرارت محیط ولرم می گردد. ترمومتر این درجه حرارت را نشان می دهد، اما گیج فشار در این زمان Psig 3/117 را نشان می دهد. وقتی که ما شیر را می بندیم، مولکول های گاز از سطح مایع که در حال فرار می باشند در داخل کپسول محودو می شوند. ضمناً تجمع این مولکولها بر روی سطح مایع ایجاد فشار می نماید.
56-2 زمانی که مبرد محدود گردید، به نقطه ای می رسد که تمامی مولکول های فراری بالای مایع هر چه سریعتر به حالت مایع بر می گردند. فشار این نقطه را به نام فشار اشباع مبرد می خوانند و درجه حرارت این نقطه را هم به نام درجه حرارت اشباع می خوانند. جدول های فشار- درجه حرارت که به نام جدول های اشباع خوانده می شود برای همه مبردها وجود دارد که برای کاربردهای مختلف تهویه و تبرید از این جدول استفاده می نمایند.
57-2 جدول (2-2) درجه حرارت و فشار اشباع مبرد 22-R را نشان می دهد. این جدول نشان می دهد که در بالای درجه حرارت محیط مایع دارای فشار اشباع Psig 3/117 است. دراین نقطه فشار ثابت باقی می ماند و به همان مقدار که مولکول ها بر می گردند تقطیر انجام می شود یعنی به همان مقدار، از مایع تبخیر شده. فضای محدود بالای مایع 22-R اشباع می باشد و این فضا نمی تواند مولکول های بیشتری از گاز 22-R را در این درجه حرارت مخصوص نگه دارد. جدول (2-2) درجه نقطه اشباع و فشار 22-R را نشان می دهد.
درجه حرارت نقطه اشباع و فشار 22-R
(Psig) فشار
درجه حرارت
9/4
1/10
5/16
24
8/32
37
43
9/54
5/68
84
6/101
3/117
4/41-
30-
20-
10-
10
14
20
30
40
50
60
68
58-2 حالا اجازه دهید که کپسول را به مقداری باز کنیم که فقط گاز کمی از کپسول بیرون بیاید و مقدار گاز در فشار Psig37 ثابت بماند. بعد از چند لحظه که مایع در درجه حرارت خود ثابت ماند، متوجه می شویم که گاز درجه حرارتش به رسیده است (شکل 11-2). چرا درجه حرارت مایع افت کرد؟ وقتی که ما شیر را باز می کنیم به بعضی از مولکول های گاز اجازه می دهیم که فرار کنند که پایین آمدن فشار اطراف مایع این امر را سبب می شود و همین باعث می شود که مولکول های بیشتری از مایع فرار نمایند و مجدداً مایع جوش بیاید.
59-2 زمانی که شیر کپسول باز می شود فشار مبرد پایین می اید و گرمای محیط را می گیرد و در این حالت مبرد به جوش می آید و گرمای آشکار مایع به گرمای نهان تبدیل می گردد و باعث می شود که درجه حرارت مایع افت کند و در نتیجه اختلاف دما، گرما از محیط به کپسول گاز منتقل می شود و حالت موازنه پیش می اید و این بدان معنی است که به دیواره کپسول گرمای کافی وارد شده و مبرد را به جوش آور ده در درجه حرارت . پس می توانیم هم اکنون نتیجه بگیریم که اشباع درجه حرارت مبرد می باشد و اشباع فشار آن هم در Psig 37 است.
60-2 گرمای نهان تبخیر 22-R در فشار Psig 37 تقریباً برابر است با Btu/1b 106 بنابراین بمحض اینکه مبرد تبخیر شود، گرما از محیط بمقدار Btu 106 در هر پوند از تبخیر گرفته می شود. اگر مبرد به اندازه کافی تبخیر گردد گرمای محیط بمقدار زیادی افت می کند و گرمای آشکار از محیط به کپسول منتقل می شود و سپس گرما هم تبدیل به گرمای نهان مبرد می شود و محیط به یک محیط تبرید شده تبدیل می شود.
61-2 اگر چه بیرون فرستادن مبرد به داخل اتمسفر کاری بیهوده و بسیار گران است و ایمن هم نیست (زیرا لایه اوزون را نازک می کند مترجم) در فصل بعد تکنیک های جدید و طریقه استفاده بهتر از مبرد را خواهید آموخت که از نظر اقتصادی هم مقرون به صرفه تر می باشد.
از این تمرین ها جهت امتحان خود استفاده کنید.
9-2 (British Thermal Unit) Btu
9-2 آن مقدار گرمایی که برای افزایش درجه حرارت ib1 آب از F به F مورد نیاز است یک ــــــــــــــــ خوانده می شود.
رجوع: 45-2
10-2 گرم
10-2 کالری آن مقدار انرژی است که برای افزایش یک ــــــــــــــــــــ آب به اندازه مورد نیاز است.
رجوع: 45-2
11-2 1b 7/14
11-2 فشار اتمسفر در سطح دریا برابر است با ـــــــــــــ در اینچ مربع
رجوع: 49-2
12-2 گیج
12-2 اندازه گیری که با واحدهای Psig خوانده می شود را به نام ـــــــــــــــــ می خوانند.
رجوع: 50-2
13-2 Hg.in
13-2 در تبرید، مقادیر منفی Psig با اصطلاح ـــــــــــــ خلاء نامیده می شود.
رجوع: 51-2
14-52/100
14-2 گرمای نهان تبخیر 22-R در و Psig برابر است Btu/1b ــــــــــــــــــ
رجوع: 54-2
15-2 نهان
15-2 در زمانی که یک مایع به جوش می آید گرمای محسوس تبدیل به گرمای ــــــــــــــــ می گردد.
رجوع: 54-2
16-2 کاهش
16-2 درجه حرارت جوش یک مایع را می توان توسط ــــــــــــــــ فشار آن پایین آورد.
رجوع: 58-2
پرسشهای چهار گزینه ای
1-2 آن جسمی که فقط از یک مولکول تشکیل شده است چه نام دارد؟
الف) یک عنصر
ب) یک ترکیب
ج) یک محلول
د) یک گاز
2-2 وقتی که دو یا چند اتم عناصر با هم ترکیب می شوند تشکیل چه می دهند؟
الف) ترکیب ب) محلول
ج) مولکول د) جامد
3-2 آن ماده ای که دارای حجم معین اما شکل معینی نیست چه نام دارد؟
الف) جامد ب) مایع
ج) گاز د) فریز
4-2 درجه حرارت هر جسمی اندازه .......................... می باشد.
الف) جمع گرمایی تشکیل شده جسم
ب) انرژی جنبشی مولکول های آن
ج)انرژی نهان تشکیل دهنده آن جسم
د) جمع گرمای محسوس تشکیل دهنده آن جسم
5-2 اختلاف بین ترمومترهای سلسیوس و فارنهایت عبارت است از ..........................
الف) یکی از آنها از الکل ساخته شده و دیگری از جیوه.
ب) مایع ترمومتر فارنهایت در مقابل افزایش گرما انبساط بیشتری را انجام می دهد.
ج) فاصله بین درجات آنها فرق می کند.
د) درجه حرارت سلسیوس برای استفاده بیرونی است.
6-2 اگر درجهفارنهایت یک جسم باشد درجه حرارت آن بر حسب سلسیوس چه مقدار می باشد؟
الف) ب)
ج) د)
7-2 اگر درجه حرارت یک جسم باش درجه حرارت آن جسم به فارنهایت چقدر است؟
الف) ب)
ج) د)
8-2 چرا مس در درجه حرارت نسبت به چوب خنک تر احساس می شود؟
الف) مس گرما را بخوبی جذب نمی کند.
ب) چوب دارای ظرفیت بالاتری است.
ج) مس هادی بهتری برای گرما است.
د) چوب عایق ضعیفی است.
9-2 "گرمای ویژه" یک جسم عبارت از:
الف) جمع تمامی انرژی که در یک جسم وجود دارد.
ب) درجه حرارت نقطه جوش یک جسم
ج) مقدار Btu لازم جهت بخار کردن 1b1 یک جسم
د) مقدار Btu لازم در هر پوند برای افزایش درجه حرارت ان جسم به اندازه
10-2 فشار اتمسفر در سطح دریا بابر است با:
الف) Psig 7/14
ب) Psig 7/14
ج) جیوه �in25
د) Psig 0
جواب های صحیح امتحان خود آموزی
1-2 ب) یک ترکیب .................................................. .................... رجوع به 5-2
2-2 ج) مولکول .................................................. ........................... رجوع به 4-2
3-2 ب) مایع .................................................. ............................ رجوع به 10-2
4-2 د) انرژی جنبشی مولکول های آن ................................... رجوع به 18-2
5-2 ج) فاصله بین درجات آنها فرق می کند .. رجوع به 24-2 (شکل 2-2)
6-2 ج) C 22/22................................................ . رجوه به 24-2 (شکل 2-2)
7-2 ب) F176 .................................................. .. رجوع به 24-2 (شکل 2-2)
8-2 ج) مس هادی بهتری برای گرما است ............................. رجوع به 31-2
9-2 د) مقدار Btu لازم در هر پوند برای افزایش درجه حرارت آن جسم به اندازه .................................................. ................................. رجوع به 47-2
10-2 ب) Psia 7/14 .................................................. .............. رجوع به 50-2
نیستم...!
دوران خوش ســــــــــــــــــــــــ ـــربازی
پاسخ با نقل قول
این مطلب را به اشتراک بگذارید