علوم تجربي و زیست شناسی قروه درجزین

انقباض بادكنك

دماي اجسام مختلف

دماهاي مختلف

نشانه

سطح سؤال

تعداد

سنجش اطلاعات ساده و پيچيده (فهميدن)

8

*

به كار بردن مفاهيم در موقعيت جديد (تفسير)

14

**

تجزيه و تحليل، تركيب مفاهيم (حل مسأله)

1

دماسنج كاغذي بسازيد.
 

1- اين دماسنج را از توي صفحه ببريد.
2- يك شكاف در روي نقطه چين در انتهاي دماسنج درست كنيد.
3- نوار بلند را قرمز رنگ كنيد.
4- اين نوار را از توي صفحه ببريد.
5- نوار قرمز را درون شكاف كنيد. و آن را بالا و پايين كنيد. تا اين دماها را در روي دماسنج نشان دهد.
0^oC آب در اين دما يخ مي زند.
37^oC اين دماي طبيعي بدن انسان است.
41^oC اگر دماي بدن شما 41 درجه سانتيگراد باشد شما تب شديد داريد.
0^oC را درجه سانتيگراد گويند.
0^oF را درجه فارنهايت گويند.

 

تغييرات دماي بدن
جدول زير، تغييرات دماي بدن علي را كه بيمار است نشان مي دهد:
 

1- نمودار تغييرا ت دماي بدن علي را بر حسب زمان مطابق شكل رسم كنيد.




 

2- بالاترين دماي بدن علي چند درجه است؟
3- علي در چه زمان هايي بالاترين دما را دارد؟
4- چه مدت زمان دماي بدن علي طبيعي است؟
5- در چه زمان دماي بدن علي 38^oC است؟
6- چه هنگام علي پاشويه كرده است؟
7- چه مدت دماي بدن علي بالاي مقدار طبيعي است؟
8- چند بار دماي بدن علي 38^oC بوده؟
9- چه موقع سرد شدن بدن علي سريع تر انجام يافته؟
 

بطري حباب ساز
با گرم كردن بطري، مقداري از هواي داخل آن خارج مي شود؛ اما با سرد كردن، هوا به داخل مكيده مي شود. با انجام اين آزمايش، بزرگ و كوچك شدن چيزها را در اثر گرما و سرما خواهيد ديد.
آنچه نياز داريد

ني را به كمك خمير مجسمه سازي در دهانه بطري قرار دهيد. خمير را به گونه اي محكم كنيد كه همه درزها را بگيرد.





 

چند ني ديگر به ني اولي بچسبانيد و يك لوله بلند درست كنيد.






آب داخل ليوان را با رنگ خوراكي، رنگين كنيد.






بطري را داخل ظرف بگذاريد. لوله را جابه جا كنيد تا درون ليوان قرار گيرد.






آب گرم را به آرامي روي بدنه بطري بريزيد. حباب هاي هوا از لوله خارج مي شوند.

بلند كن!
آيا مي توانيد يك ليوان پلاستيكي را با بادكنك بلند كنيد؟ اين كار به كمك آب گرم و آب سرد خيلي ساده انجام مي شود.
آنچه نياز داريد





 

مقداري آب گرم در ليوان بريزيد.




 

بادكنك را باد كنيد. مقداري آب سرد روي آن بريزيد.





 

ليوان را خالي كنيد. بادكنك را محكم روي دهانه آن فشار دهيد.






يك دقيقه بعد، بادكنك را بلند كنيد. ليوان به بادكنك مي چسبد و با آن بلند مي شود.



 

انبساط گازها
آزمايشي را طراحي كنيد كه نشان دهد گازها بر اثر گرما انبساط پيدا مي كنند؟ مراحل كار را توضيح دهيد.
 

انبساط ميله فلزي
از دانش آموزان بخواهيد به طور گروهي و خارج از وقت كلاس، وسيله اي را كه براي نشان دادن انبساط يك ميله ي فلزي است بسازند. در كلاس نيز هر گروه با انجام دادن آزمايش، انبساط ميله ي فلزي را مشاهده و گزارشي از چگونگي ساخت وسيله و انجام آزمايش تهيه مي كند و به كلاس ارائه مي دهد. همان طور كه در شكل مشخص شده است، يك سر ميله ي فلزي روي يك تكيه گاه و سر ديگر آن روي يك مداد (بهتر است بدنه ي مداد گرد باشد) كه روي يك پايه (آجر) است، قرار دارد. يك عقربه ي سبك به مداد نصب شده است. اگر ميله را گرم كنيم، انبساط آن موجب چرخش مداد و عقربه مي شود. بدين ترتيب، افزايش ناچيز طول ميله باعث مي شود كه عقربه در گستره اي وسيع تر و قابل مشاهده حركت كند. دانش آموزان براي تكميل اين وسيله مي توانند يك ورق كاغذ در زير عقربه قرار دهند و مسير دايره اي را كه عقربه طي مي كند (به دلخواه) مدرج كنند. آنها به اين ترتيب، مي توانند مقدار انبساط ميله هايي با جنس هاي مختلف و طول يكسان را در مقدار معيني گرماي داده شده مقايسه كنند.
در كلاس نمايشگاهي ترتيب دهيد و وسايلي را كه دانش آموزان ساخته اند، در آنجا به نمايش بگذاريد.

«طرز كار دماسنج»
دانش آموزان از دوره ي ابتدايي، با كاربرد دماسنج آشنا شده اند و مي دانند كه از آن براي اندازه گيري دماي بدن يا دماي هوا استفاده مي شود. كار دماسنج بر پايه ي تغيير حجم مواد در اثر گرما و سرما استوار است، دانش آموزان با به كار گرفتن اين وسيله به چگونگي تأثير گرما و سرما بر مواد و تغيير حجم آن ها پي مي برند. از دانش آموزان بخواهيد كه فعاليت «مشاهده كنيد» كه به صورت زير است را به طور گروهي انجام دهند: به پرسش هاي آن به كمك هم پاسخ گويند و گزارش آن را به كلاس ارائه كنند. وقتي مخزن دماسنج با جسمي گرم تماس پيدا مي كند، حجم آن بر اثر افزايش دما زياد مي شود و سطح جيوه در درجه ي بالاتري قرار مي گيرد و وقتي با جسمي سرد تماس پيدا مي كند، حجم جيوه كاهش مي يابد يا منقبض مي شود. جيوه در سطح پايين تري قرار مي گيرد.
 

پاسخ هاي احتمالي دانش آموزان در موارد 2 و3 و4 بايد اين گونه باشد: 2- دماسنج پزشكي از دماسنج معمولي كوچك تر است و نزديك مخزن آن يك خميدگي وجود دارد. درجه بندي دماسنج پزشكي از درجه ي 35 تا 42 است ولي دماسنج معمولي از زير صفر تا بالاي صفر مدرج شده است: مثلاْْْْ، دماسنجي كه ما آن را مشاهده كرديم ، از 20 درجه زير صفر تا 50 درجه بالاي صفر درجه بندي شده بود.
3- دماسنج پزشكي را با يد قبل از استفاده تكان بدهيم تا مايع آن به داخل مخزن باز گردد.
4- چون قبلاْ شخص ديگري نيز از اين دماسنج استفاده كرده است، ممكن است آلوده باشد. پس براي رعايت بهداشت بايد آن را با الكل ضدعفوني كرد. چون دماي جوش آب بيش تر از 42 درجه است دماسنج پزشكي را نمي توان با آب جوش ضدعفوني كرد.


 

«استثناء در قانون انبساط و انقباض»
براي آن كه دانش آموزان به استثنايي كه در قانون انبساط و انقباض وجود دارد پي ببرند از آنها بخواهيد فعاليت تفسير يافته ها» كه در زير آمده است به طور گروهي انجام دهند قبل از انجام اين فعاليت از دانش آموزان بپرسيد. با كم شدن دماي يك جسم حجم آن چه تغييري خواهد كرد؟ (حجم آن كم مي شود) آيا با كم شدن دما حجم همه ي مواد كم مي شود؟
براي آگاهي از پاسخ اين سؤال، دانش آموزان فعاليت را در گروه خود بخوانند و به پرسش هاي آن پاسخ دهيد.
 

تفسير يافته ها
در يك آزمايش، حجم مقداري آب در دماي اتاق (25^oC) را به طور دقيق اندازه گرفته سپس آن را به تدريج تا صفر درجه سرد كرده ايم. در طول آزمايش نيز دماي آب و حجم آن را به طور مرتب اندازه گيري و در جدول روبرو ثبت كرده ايم.
تا چه دمايي سرد شدن آب سبب انقباض آن شده است؟
از چه دمايي سرد شدن آب به جاي انقباض سبب انبساط آن شده است؟
آيا در انبساط و انقباض آب استثنايي مشاهده مي شود؟

ارزشيابي از گروه ها:
در حين انجام دادن اين فعاليت، چند گروه را به دقت زير نظر بگيريد و انتظاراتي را كه از آن ها در انجام دادن اين فعاليت داريد در جدولي مانند جدول زير قرار دهيد و دانش آموزان را ارزشيابي كنيد.
براي دانش آموزان توضيح دهيد كه بعضي از قانون هاي علمي استثناپذيرند و بعضي از مواد مانند آب، برخلاف قانون انبساط و انقباض رفتار مي كنند. استثنايي كه در انبساط و انقباض آب است، در زندگي و طبيعت اهميت زيادي دارد. اگر اين استثنا نبود، در زمستان آب درياها، اقيانوس ها و ... از قسمت هاي پايين به طرف سطح آب يخ مي زند و زندگي براي ماهي ها و ساير جانوران آبزي امكان پذير نبود.
 

«استثناء در قانون انبساط و انقباض»
انبساط و انقباض آب با ديگر مايع ها متفاوت است و در آن استثنا وجود دارد. آب در دماهاي بالاتر از 4 درجه ي سانتي گراد مانند ديگر مايع ها منبسط مي شود اما در بين صفر درجه و تقريبا" چهار درجه ي سانتي گراد ، به جاي منقبض شدن منبسط مي شود. در دماي 4 درجه ي سانتي گراد(98/3)، كم ترين حجم و آب در دماهاي بالاتر از 4 درجه ي سانتي گراد مانند ديگر مايع ها منبسط مي شود اما در بين صفر درجه و تقريبا" چهار درجه ي سانتي گراد ، به جاي منقبض شدن منبسط مي شود. بيش ترين چگالي (جرم واحد حجم) را دارد و ماكزيمم چگالي آن 1gr/cm³ است(9999750/)0. چگالي آب در دماهاي ديگر از اين مقدار كم تر است. به دليل همين رفتار آب است كه ابتدا سطح بالايي آن يخ مي زند. اگر آب اين چگالي ماكزيمم را نداشت، از پايين به بالا يخ مي زد و مشكل آفرين مي شد. در شكل زير، نمودار حجم يك گرم آب و چگالي آب بر حسب دما كشيده شده است.

انبساط گرمايي
وقتي يك ورقه فلزي را گرم مي كنيم حجم آن زياد مي شود يعني ضخامت و مساحت سطح آن هر دو زيـاد مي شوند. اگر ضخـامت ورقـه در مقايسه با ابعاد سطح آن نـاچيـز باشد، انبساط سطحي آن بهتـر مشاهده مي شود. همين طور درباره يك ميله ، اگر طول آن در مقايسه با قطر مقطع آن بسيار بزرگ تـر باشد، انبساط طولـي آن بهتـر ديده مي شود. بـراي محـاسبه انبساط سطحي مي توان از تعريف ضريب انبساط سطحي استفاده نمود، مي توان نشان داد كه ضريب انبساط سطحي يك جسم تقريبا” دو بـرابـر ضريب انبساط طولي آن است.

انبساط مايعات
به علت آن كه مايعات داراي حجم مي باشند بنابراين، فقط انبساط حجمي دارند انبساط مايعات خيلي بيش تر از انبساط جامدات مي بـاشد به بيـان ديگر ضريب انبساط حجمي مـايعـات از ضريب انبساط حجمي جامدات بزرگ تر است. مطابق تعريف، اندازه انبساط واحد حجم از هـر مـايع را هنگـامي كه دماي آن يك درجه كلوين افزايش يابد، ضريب انبساط حجمي يـا مطلق آن جسم مايع مي نامند. اگـر V حجم مايع در دما T1و V2 حجم آن در دمـاي T2 باشد  ∆T =T2 -T1  افزايش دمـاي جسم مـايع باشد ضريب انبساط مطلق مايع برابر خواهد بود با كه داريم:

(a=(V2-V1)/(V1 ∆T
(V2= V1 (1 + a∆T 
 

انبساط آب
آب هنگـامي كه منجمـد مي شود و بـه صورت يـخ بلـورين در مـي آيـد، انبسـاط مي يـابد. جـاي نهـايت خوشبختي است كه رفتار گرمايي آب همـانند اجسام ديگر نيست. اگـر آب به هنگـام انجمـاد منبسط نمي شد زمين چهره اي كاملا" دگرگون مي داشت. يخ ها، به جاي آن كه در سطح آب درياها تشكيل شوند، در ته درياها تشكيل مي شدند، توده هـاي يخ به اعماق اقيـانوس هـا فرو مي رفتند. يخ هايي كه در رودخانه ها و درياچه ها تشكيل مي شوند در تابستـان هـا ذوب نمي شدند، زيـرا كـه آب سطح رودخانه ها و درياچه ها مثل پوشش عايق گـرمـا عمل مي كرد. دراين صورت، آب و هـواي زمين به طرز شگرفي تغيير مي كرد. چنان چه آب به هنگام انجمـاد منقبض مي شد، جهـانـي كه در آن زندگي مي كنيم، از بسياري جهات نيز دگرگون مي شد.

دما و دماسنج
امروزه، انواع زيادي از دماسنج ها وجود دارد. اين وسايل، گرمي اجسام را بر حسب كميتي اندازه گيري مي كنند كه ما آن را دما مي ناميم. تقريبا" همه دماسنج ها، به رغم تنوع گسترده شان، يكي از چهار مقياس دما را مورد استفاده قرار مي دهند. اين مقياس ها عبارت اند از : مقياس سلسيوس( يا سانتيگراد )، مقياس كلوين، مقياس فارنهايت و مقياس رانكين. در كارهاي علمي و فني نوين، فقط مقياس هاي سلسيوس و كلوين به كار برده مي شوند.
در اصل هر كميتي كه با دما تغيير كند مي تواند به عنوان اساس كار يك دماسنج مورد استفاده قرار گيرد. در دماسنج حبابي معمولي، مانند شكل، از اين خاصيت استفاده مي شود كه مايعات در اثر حرارت منبسط مي شوند.(به استثناي آب كه با افزايش دما از  0^oC  به 4^oC منقبض مي شود.)
مايع موجود در حباب تا حدي لوله مويين متصل به حباب را نيز پر مي كند. چون مايع در اثر افزايش دما منبسط مي شود، ارتفاع مايع در لوله را مي توان به عنوان معيار اندازه گيري دما به كار برد. اين لوله را در هر مقياس دمايي مي توان مدرج كرد.

نمونه اي از دماسنج كه در شكل نشان داده ايم، براي ساختن چنين دماسنجي مي توان از دو نقطه درجه بندي استفاده كرد. وقتي كه دماسنج در نقطه انجماد آب قرار مي گيرد، سطح مايع را در لوله مويين با علامت 0^oC ( مي خوانيم «صفر درجه سلسيوس» ) نشانه گذاري مي كنيم و هنگامي كه دماسنج در دماي آب جوشان قرار مي گيرد، سطح مايع را متناظر با 100^oC  اختيار مي كنيم. آن گاه مقياس دماسنج را در فاصله بين اين دو نقطه به 100 درجه تقسيم مي كنيم ( چون نقاط انجماد و جوش به مقدار فشار وابسته اند اين درجه بندي در فشار متعارفي يك اتمسفر انجام مي شود.)
در دماسنج كلوين، از درجه هايي به همان اندازه ي درجه هاي مقياس سلسيوس استفاده مي شود، اما نقطه انجماد آب را در اين دماسنج_«K_ء15_/273 (مي خوانيم 15_/273 كلوين) اختيار شده است. (معمولا" دماي كلوين را، مثلا"، به صورت 55K مي نويسند نه 55^oK .)
نقطه جوش آب را در اين دماسنج K_ء15_/373 مي گيرند. نقطه صفر مطلق اين دماسنج در  ^oC_ء15/273- اختيار مي شود. همان طور كه ديده مي شود، مقياس كلوين از جابه جايي مقياس سلسيوس به ميزان 15_/273 درجه سلسيوس حاصل مي شود. 15_/273 + T= θ^oC(كلوين)
هنگامي كه دستگاه يكاهاي انگليسي به كار برده مي شود( عمدتا" در ايالات متحده)، اندازه گيري دما با مقياس فارنهايت صورت مي گيرد. در اين مقياس دما، نقطه ي انجماد آب 32^oF و نقطه جوش آب212^oF اختيار مي شود. مقياس هاي سلسيوس و فارنهايت را با استفاده از رابطه زير مي توان به يكديگر تبديل كرد.

كه در آن T_fوT_c ، به ترتيب دماهاي فارنهايت و سلسيوس را نشان مي دهند.


در مقياس دماي رانكين از درجه هايي به همان اندازه درجه هاي مقياس فارنهايت استفاده مي شود، ولي نقطه صفر مطلق در 460^oF- اختيار مي شود. در مقياس رانكين، آب در 492^oR- منجمد مي شود و در 672^oR مي جوشد. همان طور كه مي بينيم، مقياس رانكين به اندازه 460 درجه فارنهايتي، نسبت به مقياس فارنهايت، جابه جا شده است.
مقياس هاي مختلف دماسنجي در شكل زير، با هم مقايسه شده اند. بايد توجه داشت كه حد پايين اين دماسنج ها همان چيزي است كه صفر مطلق ناميده مي شود. اين دما پايين ترين دماي ممكن به شمار مي رود. صفر مقياس هاي كلوين و رانكين هر دو روي صفر مطلق اختيار شده است. به همين دليل اين مقياس ها را مقياس دماهاي مطلق مي نامند.