ظرفیت گرمایی

مقدمه

"ژول" با آزمایش نشان داد که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شود، مقدار گرمای حاصل همیشه یکسان است. بنابراین هم‌ارزی گرما و کار مکانیکی به‌عنوان دو شکل انرژی ، کاملا محرز است. "هلمهولتز" اولین کسی بود که بوضوح بیان کرد که نه‌تنها گرما و انرژی مکانیکی ، بلکه تمام شکلهای انرژی هم‌ارزند و مقدار معینی از یک شکل انرژی از بین نمی‌رود، مگر آنکه همان مقدار در یکی از شکلهای دیگر انرژی ظاهر شود. بنابراین گرما صورتی از انرژی است.

حال اگر چنانچه بخواهیم دمای جسمی را به اندازه واحد افزایش دهیم، در این صورت بسته به نوع جسم ، این مقدار گرما متفاوت خواهد بود. کلمه ظرفیت در ظرفیت گرمایی بویژه گمراه کننده است، چون عبارت مقدار گرمایی را که یک جسم می‌تواند نگه دارد، به یاد می‌آورد که اساسا بی‌معنا است.

اصولا می‌توان ظرفیت گرمایی را به‌عنوان یک ثابت تناسب در نظر گرفت، یعنی مقدار گرمای داده شده به یک جسم با تغییر دمای آن جسم متناسب است و با ضرب کردن ظرفیت گرمایی در طرف دوم این رابطه ، رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود، یعنی نسبت مقدار انرژی گرمایی() که به یک جسم داده می‌شود، بر افزایش دمای متناظر با آن() را ظرفیت گرمایی آن جسم می‌گویند.

مقایسه ظرفیت گرمایی ویژه مس (Copper) و آلومینیوم (Aluminium)

ظرفیت گرمایی ویژه

ظرفیت گرمایی واحد جرم یک جسم را ظرفیت گرمایی ویژه آن جسم می‌گویند. ظرفیت گرمایی ویژه ، مشخصه ماده‌ایست که جسم را تشکیل داده است. در مورد یک سکه از ظرفیت گرمایی صحبت می‌کنیم، ولی در مورد ماده تشکیل دهنده آن یعنی مس ، گفتگو از ظرفیت گرمایی ویژه مناسبت ندارد. ظرفیت گرمایی یک جسم و ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده ، هیچکدام ثابت نیستند و به محل بازده دمایی بستگی دارند.

مشخصات ظرفیت گرمایی

ظرفیت ، یک مقدار عددی است که واحد آن بر اساس تعریف واحد گرما و واحد دما بیان می‌شود. معمولا گرما را برحسب کالری بیان می‌کنند و کالری طبق تعریف مقدار گرمایی است که باید به یک گرم آب داده شود تا دمای آن را به اندازه یک درجه سانتی‌گراد بالا ببرد. بر این اساس مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای یک کیلوگرم آب به اندازه یک درجه سانتی‌گراد ، کیلوکالری نامیده می‌شود.

دما را نیز برحسب واحد کلوین بیان می‌کنند، البته دما را برحسب درجه سانتی‌گراد نیز می‌توان بیان کرد. لذا واحد ظرفیت گرمایی خواهد بود.

ظرفیت گرمایی مولی جامدات

یک مول از هر ماده ، مقداری از آن ماده است که شامل تعداد معینی از موجودات بنیادی ، یعنی عدد آووگادرو ‌باشد. این عدد ، حاصل این تعریف است که یک مول از اتمهای کربن (ایزوتوپ کربن 12) دقیقا 12گرم جرم دارد. در سال 1198- 1819، "دولون" و "پتی" خاطر نشان کردند که ظرفیت گرمایی مولی تمام عناصر ، به استثنای چند مورد ، مقادیری در حدود دارند. ظرفیت گرمایی مولی از ضرب کردن گرمای ویژه در وزن مولکولی بدست می‌آید.

در عمل ظرفیتهای گرمایی مولی با دما تغییر می‌کنند، یعنی وقتی که دما به طرف صفر کلوین میل می‌کند، آنها به صفر و وقتی که دما به بی‌نهایت میل می‌کند، آنها به مقدار دولون _ پتی نزدیک می‌شوند. چون به نظر می‌رسد که در تعیین گرمای لازم برای افزایش دمای یک جسم به مقدار معین ، تعداد مولکولها اهمیت داشته باشد و نه نوع آنها ، لذا می‌توان انتظار داشت که ظرفیت‌های گرمایی مولی مواد مختلف تقریبا به نحو یکسانی با دما تغییر ‌کنند.

باروت ماده‌ای است که به‌سرعت می‌سوزد و از همین رو در سلاح‌های گرم به‌عنوان ماده پیشرانه بکار می‌رود.

باروت بر دو گونه اصلی است: باروت سیاه و باروت بی دود.

باروت سیاه نخستین نوع باروت بود. اختراع آن را در حدود قرن‌های هفتم تا نهم میلادی به چینی‌ها، مسلمانان (عرب‌ها، ایرانیان) و حتی به راجر بیکن (کیمیاگر انگلیسی سدهٔ سیزدهم میلادی) نسبت می‌دهند.

پیشینه

گاه اختراع باروت به چینی ها در سده دهم میلادی نسبت داده می‌‌شود و گاه ادعا می‌‌شود که «باروت حقیقی یک اختراع اروپایی متعلق به سده سیزدهم میلادی است.» در رساله‌ای از راجر بیکن (۱۲۴۲ یا ۱۲۴۸) آمده است: «ترکیب شوره و سولفور شعله‌ای درخشان و صدایی رعدآسا ایجاد می‌‌کند.» این اولین سند مکتوب درباره باروت در تاریخ غرب است.

قدمت کهن‌ترین گزارش هایی که به کاربرد باروت در چین دلالت دارد به سال ۱۲۳۲ میلادی می‌‌رسد و این زمانی است که مغولان به مرکز ایالت هونان حمله بردند و مدافعین چینی از نوعی «نیزه‌های آتشین پرتاب شونده» و بمب های منفجرشونده استفاده کردند که مشخصات آن چندان روشن نیست. این فقرات گروهی از محققین را به این نتیجه رسانیده که چینی ها در آن زمان باروت را کشف کرده بودند.

در همین سده باروت در اروپا نیز پدیدار شد و شواهدی در دست است که نشان می‌‌دهد در سال ۱۲۴۱ مغولان در جنگ های اروپایی خود از آن استفاده می‌‌کردند.

پیشینه آشنایی مسلمانان با باروت و سلاح های آتشین به قبل از سده سیزدهم میلادی و به اندلس و شمال افریقا می‌‌رسد. مسلمانان اندلس در سده دوازدهم باروت را می‌‌شناختند و در سال ۱۱۱۸ در جنگ های شبه جزیره ایبری توپ و اسلحه آتشین به کار می‌‌بردند. ابن خلدون از کاربرد اسلحه آتشین در سده سیزدهم میلادی و در یکی از جنگ های ابویوسف، سلطان مراکش، در سال ۶۷۲ ق./ ۱۲۷۳ م. خبر می‌‌دهد: «و از انباری که با آتش و باروت بطور شگفت آوری مشتعل شده بود به دشمن آتش می‌‌افکند و قدرت خداوند از این عملیات هولناک ظاهر می‌‌گشت.» ممالیک مصر در مقابله با لشکرکشی صلیبی (۱۲۴۸ -۱۲۴۹) لویی نهم فرانسه (لویی قدیس) از توپ استفاده می‌‌کردند و به نوشته یک ناظر فرانسوی «هر بار که یک توپ در می‌‌رفت، پادشاه فرانسه متعجب می‌‌شد و فریاد می‌‌کرد: عیسای عزیز، من و افرادم را حفظ کن!» حسن الرماح (متوفی ۶۹۴ ق./ ۱۲۹۴ م.)، در کتاب فنون جنگی، فرمول باروت را بیان داشته و درباره توپ سخن رانده است. با ترجمه کتب عربی به لاتین اولین اطلاعات درباره باروت و کاربردهای نظامی آن به اروپا رسید و راجر بیکن با این ماده آشنا شد.

جرجی زیدان گفته است: «عرب ها [مسلمانان] پیش از دیگران استعمال باروت را می‌‌دانستند و اگر آن ها باروت را اختراع نکرده باشند، لااقل باروت توسط آن ها به مردم [اروپای] قرون وسطی منتقل شده است.” در دایرةالمعارف بریتانیکا در چاپ جدید آمده است: «باروت سیاه هرچند ریشه در چین سده دهم میلادی دارد… ولی شواهدی در دست است که نشان می‌‌دهد اعراب [مسلمانان] نخستین کسانی بودند که آن را تکامل بخشیدند و در سال ۱۳۰۴ اولین تفنگ ها را اختراع کردند.» و در مقاله دیگر چنین آمده است:

برخی گزارش ها حاکی از آن است که اعراب [مسلمانان] در سال ۱۲۴۹ در شبه جزیره ایبری از موشک استفاده می‌‌کردند و در سال ۱۲۸۸ با این سلاح به شهر والنسیا حمله بردند. در اوایل سده چهاردهم میلادی نیز مسلمانان اندلس در جنگ با صلیبیون از توپ استفاده می‌‌کردند. اسماعیل، امیر غرناطه، برای درهم شکستن حصار شهر هوسکار (۷۲۴ ق./ ۱۳۲۴ م.) از دستگاه بزرگی بهره جست که با باروت کار می‌‌کرد و گلوله هایی پرتاب می‌‌نمود که با صدای رعدآسا به قطعات کوچک تقسیم می‌‌شد و خرابی های بزرگ بر جای می‌‌نهاد. نوزده سال بعد مدافعین مسلمان یکی از شهرهای اندلس در برابر حمله صلیبیون از سلاحی مشابه استفاده می‌‌کردند که گلوله‌های آهنین پرتاب می‌‌کرد.

در سال ۱۲۴۸، یعنی تقریباً مقارن با همان زمان که راجر بیکن فرمول باروت را در رساله خود نوشت و “لویی قدیس” لشکرکشی صلیبی خود را به فلسطین آغاز کرد، فردیناند سوم، شاه کاستیل و لیون، از سلاح های آتشین در فتح سویل (اشبیلیه) استفاده نمود. این احتمالاً اولین استفاده نظامی از باروت به وسیله اروپاییان است.

جهت یابی

۱. با ساعت : ابتدا ساعت خودرا باساعت گرینویچ(GMT) تنظیم می‌کنیم (البته زمانی که ساعتها ۱ ساعت به جلو کشیده میشوند باید ساعت را ۱ ساعت به عقب ببریم و سپس طبق گرینویچ تنظیم کنیم) ساعت گرینویچ ۳/۳۰ ساعت از ساعت اصلی کشور جلوتر است .یعنی اگر ساعت ما۵باشد ساعت به وقت گرینویچ ۲/۳۰ می‌باشد. سپس عقربه ساعت شمار را به طرف خورشید می‌گیریم به طوری که سایه آن به زیر خودش برود. آنگاه بین عدد دوازده و عقربه ساعت شمار زاویه‌ای رسم میکنیم .اگر برای زاویه تشکیل شده نیمسازی در نطر بگیریم این نیمساز سمت جنوب را نشان میدهد .(البته در نیمکره شمالی که ما قرار داریم)

۲. لانه مورچه‌ها : که خاکریز لانه آنها سمت جنوب را نشان میدهد.

۳. خورشید و اجسام : شی بلندی را در زمین فرومیکنیم آخر سایه ایجادشده را علامت می‌زنیم .سپس ۲۰ تا ۳۰ دقیقه دیگر مراجعه می‌کنیم دوباره آخر سایه فعلی را علامت می‌زنیم .دونقطه را به هم وصل می‌کنیم پشت خط میایستیم پای چپ را روی علامت سایه اول و پای راست را روی علامت سایه دوم می‌گذاریم .روبروی ما جهت شمال می‌شود.

۴. جهت یابی در شب : که به وسیله ستاره قطبی انجام میشود.این ستاره جهت شمال را نشان می‌دهد.(ستاره قطبی نور زیادی دارد واطراف آن تا شعاع زیادی ستاره‌ای دیده نمی‌شودو دقیقا در امتداد محور زمین است.)

۵. تنه درختان بریده شده : خطوط درخت رانگاه می‌کنیم هرجا که فاصله خطوط به هم نزدیک باشد سمت شمال و هرجا که فاصله خطوط از هم دور باشد سمت جنوب را نسان می‌دهد.

۶. خزه روی درختان : آن طرفی که خزه زیاد است سمت شمال را نشان می‌دهد.

۷. به وسیله ماه : اگر درنیمه اول ماه باشیم برآمدگی ماه به سمت مغرب است و اگر درنیمه دوم ماه یاشیم(از روز ۱۶ به بعد) برآمدگی ماه به سمت مشرق است.

نکته: چنانچه نمی‌دانیم در نیمه اول هستیم یا نیمه دوم دوطرف ماه را از بالا به پایین وصل میکنیم چنانچه حرف p شد نیمه اول و اگر حرف q شد نیمه دوم است.

انرژی جنبشی:انرژی جسم دارای سرعتv است وبا نماد KEنشان میدهیم

انرژی پتانسیل گرانشی:انرژی جسم دارای ارتفاع hاست وبا نماد PE_gravنشان میدهیم

PE_grav = m * g * h

انرژی مکانیکی: به مجموع انرژی پتانسیل وانرژی جنبشی انر ژی مکانیکی می گوییم وبا نمادTME یعنی total mecanical energyنشان میدهیم. واحد همه انرژیها در SI ژول است

TME = PE + KE

پایستگی انرژی مکانیکی: اگرتنها نیروی وارد بر جسم نیروی جاذبه زمین باشد انرژی مکانیکی جسم در هر نقطه از حرکت جسم مقدار ثابتی است مانند انچه در شکل زیر می بینیم که انرژی مکانیکی کودک در حال بازی در تمام نقاط حرکت ۵۰۰۰۰ژول است

وبه عبارت دیگر با کاهش ارتفاع انرژی و افزایش سرعت ازانرژی پتانسیل کاسته شده وبه انرژی جنبشی افزوده میشود .

اراتستن دانشمند یونانی (اهل لیبی امروز) ا ولین فردی بود که توا نست شعاع زمین را اندازه گیری نماید اندازه گیری ا وبسیار نزدیک به اندازه گیریهای امروزشعاع زمین به کمک ماهواره ها

می باشد.

اراتستن بخوبی از نحوه تابش خورشید بر نقاط مختلف شهرهای مصر خبردار بود.

وی می دانست که در یکبار از سال-درظهر۲۱ام ژوین(اول تابستان) پرتوهای موازی خورشید به طور عمود درون چاه عمیقی درe syenn جنوب مصر (اسوان امروزی) می تابد و پرتوهای نوری توسط آب کف چاه رو به بالا نیز بطور عمود نیز منعکس می گردد

بنابراین وی در این تاریخ در شهر ا سکندریه در شمال syenne) (یک تیرک هرمی نصب نمود که سایه اش در همان لحظه بر روی زمین می افتاد زاویه بین راستای پرتو عمودی وسایه همان زاویه بین پرتو عمودی چاه وامتداد سایه ا ست که برابر با ۵ /۷ میباشد.

از انجایی که ۵ /۷- ۵۰/۱ دایره ۳۶۰ درجه زمین است. بنابراین می توان گفت که فاصله بین آسوان و اسکندریه (قاعده مثلت )۵۰/۱ محیط زمین خواهد بود و به عبارتی محیط زمین ۵۰ برابر فاصله بین آسوان syeneو اسکندریه Alexsandraا ست .

اراتوستن ابتدا فاصله بین دو شهر را اندازه گرفتD=۸۰۰km و سپس در ۵۰ ضرب نمود و محیط زمین را بدست آورد سپس با استفاده از فرمول محیط دایره شعاع زمین را تخمین زد.