Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

فيزيك كلي

فيزيك كلي

فيزيك كلي ( Physics General )

1-1-1 ساختمان ماده ( The structure of matter ) در فيزيك كلي

فيزيك كلي ، صولاً ماده از پروتون ها ، نوترون ها و الكترون ها تشكيل شده است . با اين وجود ساختارهاي واحد ديگري نيز وجود دارند كه اين واحد ها باثبات نيستند .تمام اين ذرات با چهار ويژگي شناخته مي شوند . بار الكتريكي شان ، جرم ساكن شان ، اندازه حركت مكانيكي شان و اندازه حركت مغناطيسي شان . تعداد پروتون ها در هسته اتم با عدد اتمي اتم مساوي است .مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها تقريباً با جرم كلي اتم مساوي است .

اين اطلاعات قسمتي از داده هائي است كه مي توان آنها را از جدول تناوبي ( مند ليف ) استفاده نمود .

تعداد الكترون هاي موجود در پوسته الكترون با تعداد نوترون هاي موجود در هسته مساوي است . يعني اتم از لحاظ الكتريكي خنثي است .

فيزيكدان دانماركي ، نيلز بوهر ، در اوايل سال 1913 از ميان ديگران ، نظريه اي ارائه نمود كه نشان داد با واقعيت مطابقت دارد . او نشان داد كه اتم ها فقط در يك حالت ساكن و با انرژي معيني مي توانند ظاهر شوند . اگر اتم از يك حالت انرژي به حالت ديگري از انرژي تغيير شكل دهد ، مقداري تشعشع از خود ساطع مي كند ، يك فوتون .

اين همان گذارهاي گوناگوني است كه خودشان را به شكل نور با طول موج هاي مختلف معرفي مي نمايند .

اين نورها در يك طيف نگار به صورت خطوط طيف رنگي مرئي اتم ، ظاهر مي شوند .

1-1-1 مولكول و حالت هاي مختلف ماده در فيزيك كلي

( The molecule and the different States of matter ) در فيزيك كلي

اتم هايي كه بوسيله پيوند شيميايي در كنار يكديگر نگه داشته مي شوند ، مولكول ناميده مي شوند . مولكول ها آنقدر كوچك هستند كه به عنوان مثال يك ميلي متر مكعب از هوا در فشار اتمسفري تقريباً     * 2/55  مولكول در بر دارد .

همه مواد در اصل در چهار حالت متفاوت وجود دارند : حالت جامد ، حالت مايع ، حالت گاز و حالت پلاسما . در حالت جامد ، مولكول ها بصورت مستحكمي در يك شبكه به يكديگر متصل هستـند . در تـمـام

درجه حرارت هاي بالاي صفر مطلق ، مولكول ها مقدار معيني جنبش دارند . در حالت جامد ، هر چقدر كه ارتعاش اطراف يك وضعيت متعادل ، تندتر باشد درجه حرارت بيشتر مي شود .

وقتيكه به ماده اي در حالت جامد آنقدر گرما داده مي شود كه ساختار صلب شبكه نتواند از جنبش مولكول ها ممانعت كند ، مولكول ها شل مي شوند ، ماده ذوب ميگردد و به مايع تبديل مي شود .

اگر به مايع بيشتر گرما داده شود ، پيوند مولكول ها شكسته مي شود و در هنگام انبساط در تمام جهات حركت ميكند و به گاز تبديل مي شود و با گازهاي موجود ديگر در اتاق مخلوط مي گردد . وقتيكه مولكول هاي گاز سرد مي شوند ،

سرعتشان كاهش مي يابد و دوباره به يكديگر متصل مي شوند و ميعان شروع مي شود . با اين وجود ، اگر مولكول هاي گاز بيشتر گرم شوند ، به ذرات مجزائي شكسته مي شوند و پلاسمائي از الكترون ها و ذرات اتمي تشكيل مي دهند .

پوسته الكتروني ، ويژگي هاي شيميايي به عناصر مي دهد . در اينجا چند مثال ساده وجود دارد هيدروژن ( بالايي ) داراي يك الكترون در پوسته الكتروني است هيليوم ( وسطي ) داراي دو الكترون در يك پوسته الكتروني است ليتيوم ( پاييني ) داراي الكترون سوم در پوسته دوم الكتروني است .

1-1 واحدهاي فيزيكي ( Physical units ) در فيزيك كلي

1-1-1 فشار ( Pressure ) در فيزيك كلي

نيروي وارده بر روي سطح يك سانتي متر مربع ستوني از هوا ، كه از سطح دريا به مرز اتمسفر حركت مي كند          حدود N 13/10 است . بنابراين فشار مطلق اتمسفر در سطح دريا حدوداً N *10/13  بر هر متر مربع است كه 1 پاسكال(Pa)  در واحد SI ، براي فشار ناميده مي شود . يك بررسي اوليه در ابعاد نشان مي دهد كه Pa   1bar  = هر چقدر كه از سطح دريا بالاتر باشيد ، فشار اتمسفر پايين تر خواهد بود و بر عكس .

1-1-1 دما ( Temperature ) در فيزيك كلي

تعريف شفاف از دماي يك گاز به مراتب از فشار آن سخت تر است . دما معياري از انرژي جنبشي در مولكول ها ميباشد . آنها در درجه حرارت هاي بالاتر ، سريع تر حركت مي كنند و جنبش در صفر مطلق متوقف مي شود. مقياس كلوين بر اين اساس قرار دارد ، اما در غير اينصورت ، همانند مقياس سلسيوس درجه بندي مي شود .

T = t + 273/2

( K )  دماي مطلق T =

˚ C ) (  دما t =

1-1-2 ظرفيت گرمايي ( Thermal capacity ) در فيزيك كلي

ظرفيت گرمايي دلالت دارد بر مقدار گرماي مورد نياز جهت افزايش دماي 1 Kg از يك ماده تا 1 K . بدين ترتيب اندازه ظرفيت حرارتي
J / Kg x K  خواهد بود . در نتيجه ظرفيت حرارتي مولكولي بصورت
J / mol x K اندازه گيري مي شود .

علائم اختصاري به اين شرح مي باشد :

= ظرفيت حرارتي در فشار ثابت

= ظرفيت حرارتي در حجم ثابت

= ظرفيت حرارتي مولكولي در فشار ثابت

= ظرفيت حرارتي مولكولي در حجم ثابت

ظرفيت حرارتي در يك فشار ثابت هميشه از ظرفيت حرارتي در يك حجم ثابت ، بزرگتر است . بنابراين ، ظرفيت حرارتي برايي يك ماده ، ثابت نيست ، اما ، بطور كل به همراه دما افزايش مي يابد .

براي كاربرد عملي ممكن است كه غالباً يك مقدار ميانگين مورد استفاده قرار گيرد و اين مقدار ميانگين براي مايعات و جامدات اين چنين است   . بنابراين توان مصرفي مورد نظر براي گرما دادن به يك مقدار جرم از   تا  بدين صورت خواهد بود .

Q  m x c x ( –  )

Q = توان حرارتي  (W)

m = مقدار جرم  ( Kg / S )

C = ظرفيت حرارتي ويژه ( J / Kg x K )

t = درجه حرارت ( K )

توضيح اينكه چرا  از  بزرگتر است مربوط است به كاري كه گاز هنگام انبساط در فشار ثابت بايد انجام دهد .

رابطه بين  و  ، كاپا K  ناميده مي شود كه تابعي از تعداد اتم هاي موجود در مولكول است .

1-1-3 كار ( Work ) در فيزيك كلي

كار مكانيكي عبارت است از ،حاصلضرب يك نيرو در مسافتي كه جسم تحت تأثير آن نيرو پيموده است .درست همانند گرما ، كار يك انرژي است كه از جسمي به جسم ديگري منتقل مي شود . تنها تفاوت  اين است كه كار يك نيرو است نه دما .

به عنوان مثال ، فشردگي گاز را در سيلندر توسط يك پيستون متحرك در نظر بگيريد . فشردگي از طريق نيروئي ايجاد ميشود كه پيستون را حركت مي دهد . بطور همزمان ، انرژي از پيستون به گازي كه در محيط بسته قرار دارد ، انتقال مي يابد . اين انتقال انرژي در معني ترموديناميك به عنوان كار محسوب مي شود مجموع انرژي اعمال شده و منتقل شده هميشه ثابت است .

كار مي تواند نتايج متفاوتي را به بار آورد ، به عنوان مثال به انرژي پتانسيل ، انرژي جنبشي يا انرژي حرارتي تبديل شود

كار مكانيكي كه باعث ايجاد تغييراتي در حجم گاز يا تركيب گاز مي گردد ، يكي از مهمترين فرايند هاي ترموديناميكي محسوب مي گردد . واحد اندازه گيري بين المللي براي كار ،‌ ژول است .

1 J = 1 Nm = 1 Ws

1-2-5    توان ( Power ) در فيزيك كلي

توان ، كاري است كه در واحد زمان انجام مي شود . واحد اندازه گيري بين المللي براي توان ، وات است .

1 W = 1 J/s

به عنوان مثال ، مقدار توان يا  انرژي وارده بر يك محور چرخان در يك كمپرسور به لحاظ كمي به گرماي خارج شده از سيستم بعلاوة گرماي به كار گرفته شده در فشردن گاز ، شباهت داد .

1-2-6     مقدار حجم جاري ( Volume Rate of flow ) در فيزيك كلي

واحد اندازه گيري سيستم بين المللي براي مقدار حجم در حال حركت ،  است . با اين وجود وقتيكه صحبت دربارة مقدار حجم در حال حركت ،براي مثال در يك كمپرسور به ميان مي آيد ، از واحد ليتر بر ثانيه ( l / s ) استفاده    مي شود .

اين مقدار حجم در حال حركت ظرفيت كمپرسور ناميده مي شود ، و يا به صورت نرمال ليتر/ ثانيه ) ( Nl / s و يا به عنوان مقدار هواي خروجي آزاد ( l / s ) بيان ميگردد . با استفاده از واحد نرمال ليتر / ثانيه ) ( Nl / s  مقدار هواي در حال حركت را مي توان دوباره به ” حالت نرمال  ” مثلآ در 013/1 بار و˚0  محاسبه كرد. اين واحد ، زماني مورد استفاده قرار ميگيرد كه مي خواهيد مقدار جرم را تعيين كنيد .

با استفاده از مقدار هواي خروجي آزاد مي توان مقدار هواي خروجي كمپرسور را دوباره به حالت ورودي استانداردش        ( فشار ورودي و دماي ورودي )  محاسبه كرد. بدين ترتيب ، اگر بخواهيم محيط را از هوا پر كنيم ، مي توانيم محاسبه كنيم كه محيط مورد نظر براي پر شدن به چند ليتر هوا نياز دارد . رابطه اين دو مقدار حجم در حال حركت بصورت زير است (توجه كنيد كه فرمول زير ميزان رطوبت را به حساب نمي آورد ) :

مقدار حجم در حال حركت به عنوان سرعت آزاد جريان هوا = ( l / s )

مقدار حجم در حال حركت به عنوان  نرمال ليتر بر ثانيه = ( Nl / s )

دماي ورودي  = ( C ˚)

فشار ورودي       (بار) =

فيزيك كلي  ” فيزيك كلي ” فيزيك كلي “

مطالب مرتبط