علوم

مواد در حال تغییرمواد پیرامون ما پیوسته در حال تغییرند . انجماد آب ، زنگ زدن آهن شکستن شیشه، ذوب یخ ، تغییر رنگ پارچه ها ، ترش شدن شیر، هضم غذا و ... از جمله تغییرات مواد هستند.

برخی از این تغییرات سودمند و برخی زیان آورند و ما پیوسته در پی آن هستیم که تغییرات مطلوب را پدید آوریم و از بروز تغییرات نامطلوب جلوگیری کنیم.

الف) تغییر فیزیکی: در این نوع تغییر شکل ، اندازه و حالت ماده تغییر می کند. اما خواص و ماهیت ماده تغییر نمی کند.
تبخیر، تصعید ، میعان و سایر تغییر حالت ها و نیز خرد شدن ، سائیدن و ... از جمله تغییرات فیزیکی هستند.
ب) تغییر شیمیایی: به تغییری گفته می شود که در نتیجه آن خواص و ماهیت ماده تغییر می کند و ماده یا موادی با خواص جدید حاصل می شود.
هنگامی که آب به کمک جریان الکتریسیته تجزیه می شود گازهای ئیدروژن و اکسیژن پدید می آیند این دو ماده هیچ شباهتی با آب ندارند.
سوختن چوب ، زنگ زدن آهن، تغییر رنگ پارچه ، زرد شدن برگ درختان ، هضم غذا، تبدیل شدن شیر به ماست و پنیر از جمله تغییرات شیمیایی هستند.

فعالیت: اگر چند قطره نیتریک اسید غلیظ بر روی فلز مس بریزیم گاز خرمایی رنگ نیتروژن د

اگر لوله محتوی گاز نیتروژن دی اکسید را در آب جوش قرار دهیم رنگ قهوه ای پر رنگ ظاهر می شود(شکل1)
اگر لوله را سرد کنیم مولکول های سه اتمی نیتروژن دی اکسید به مولکول های 6 اتمی دی نیتروژن تترااکسید که بی رنگ است تبدیل می شود.(شکل 3)
اگر هر دو لوله را در آب ولرم قرار دهیم تعدادی از مولکول ها

الف) خواص فیزیکی:

 به آن دسته از خواص گفته می شود که مشاهده و اندازه گیری آنها به تولید ماده جدید منجر نمی شود.

خواص فیزیکی	رنگ	بو	چگالی	نقطه ذوب	نقطه جوش	رسانایی (الکتریکی)
آب	بی رنگ	بی بو	1	صفر درجه	100 درجه	ناچیز

ب) خواص شیمیایی :

 به مجموعه خواصی گفته می شود که تمایل یا عدم تمایل یک ماده به شرکت در واکنش های شیمیایی را بیان می کند. مثلا اشتعال پذیری خاصه بنزین و عدم اشتعال پذیری خاصه آب است.

نشانه تغییر شیمیاییهر تغییر شیمیایی با نشانه ای همراه است است. این نشانه حاکی از تشکیل یک ماده جدید می باشد البته باید توجه داشت که برخی از این نشانه ها در تغییر فیزیکی هم دیده می شوند.

برخی از نشانه های تغییر شیمیایی عبارتند از :

الف) ظهور یک رنگ جدید مانند:
رنگ قهوه ای ‹------------- قرار گرفتن میخ آهنی در محلول مس سولفات

رنگ آبی مایل به سیاه ‹------------- افزودن محلول ید به سیب زمینی

شیری رنگ ‹--------------- دمیدن در آب آهک

ب) تشکیل یک ماده جامد مانند: ماده جامد پنیر مانند ‹------------- افزودن سرکه به شیر
ج) تشکیل حبابهایی از گازحباب های گاز کربن دی اکسید ‹------------ ریختن جوهر نمک بر روی پوسته تخم مرغ
حباب های گاز کربن دی اکسید ‹------------ افزودن سرکه به جوش شیرین
د: تولید گرما :

 مانند حل شدن کلسیم کلرید در آب
همانطور که گفته شد برخی نشانه ها در هر دو نوع تغییر مشاهده می شوند.
مثلا هنگامی که در نوشابه گاز دار را باز می کنید و یا هنگامی که آب را حرارت می دهید هم حباب های گاز ظاهر می شوند اما در اینجا تغییر شیمیایی روی نداده است.

اجزاء یک تغییر شیمیایی

هنگامی که آهن در هوای مرطوب قرار می گیرد آهن با اکسیژن هوا ترکیب می شود و لایه قهوه ای یا نارنجی رنگ بر روی آن تشکیل می شود که زنگ آهن یا اکسید آهن نام دارد.

اگر فراورده واکنش فوق یعنی آهن اکسید با گاز ئیدروژن ترکیب شود دو ماده جدید یعنی آهن و آب پدید می آیند.

توجه: همیشه واکنش دهنده در سمت چپ واکنش و فراورده در طرف راست واکنش قرار دارد.

سوختن: نوعی تغییر شیمیایی است که طی آن یک ماده اشتعال پذیر که ممکن است یک ماده آلی مانند گاز شهری (متان) و یا یک نافلز مانند گوگرد و یا یک فلز مانند منیزیم باشد به سرعت با اکسیژن ترکیب می شود که نتیجه آن تولید انرژی (گرما و نور) همراه با ترکیبات اکسیژن دار است.

انرژی + بخار آب + کربن دی اکسید ‹----------------------- اکسیژن + گاز متان
انرژی

 با نور و گرمای شدید همراه است مانند سوختن منیزیم و یا احتراق مواد منفجره

کند(اکسایش):

 نور و گرمای محسوس ندارد. مانند اکسید شدن غذا در سلول های بدن- زنگ زدن آهن

بد نیست بدانید که گاهی بر اثر کمبود اکسیژن سوختن بصورت ناقص انجام می شود در این صورت علاوه بر کربن دی اکسید و بخار آب مقداری گاز سمی کربن مونوکسید (Co) هم تشکیل می شود.
اگر مقدار اکسیژن باز هم کمتر شود مقداری دوده هم تشکیل می شود . دوده شکلی از کربن است که بصورت گرد نرمی از سوختن ناقص مواد سوختنی حاصل می شود. از این فراورده فرعی سوختن، جهت تولید رنگ ، جوهر خودکار ، بارور کردن ابرها و نیز در صنعت لاستیک سازی استفاده می شود.

الاکلنگ آتشین بسازید.دو سر یک شمع استوانه ای را صاف کرده، سوزن خیاطی بلندی را کاملا از وسط شمع عبور دهید .
اکنون دو سر سوزن را روی دو پایه مثلا دو لیوان وارونه قرار دهید بطوری که شمع بین دو لیوان قرار گیرد حالا دو طرف شمع را روشن کرده به حرکت شمع توجه کنید . علت حرکت شمع را تفسیر کنید.

توجه داشته باشید که برای وقوع تغییر شیمیایی احتراق همواره سه شرط لازم است این سه شرط را در نمودار مقابل که به مثلث آتش معروف است می بینید.

بدیهی است فقدان هر یک از شرایط از وقوع این تغییر شیمیایی جلوگیری می کند بنابراین هنگام ایجاد حریق به روش های مختلف

یکی از این شرایط را حذف می کنند این روشها عبارتنداز :

الف) دور کردن مواد سوختنی از اطراف آتش (حذف سوخت) مثل بستن شیر گاز

ب)

ج) سرد کردن (حذف گرما) مثل پاشیدن آب بر روی آتش

تغییرات گرماده : تغییراتی هستند که با از دست دادن انرژی بصورت گرما همراهند در این گونه تغییرات انرژی واکنش دهنده ها بیشتر از انرژی فراورده هاست.

تغییرات گرماگیر:

توجه داشته باشید که هر چه انرژی فعال سازی (حداقل انرژی لازم برای شروع واکنش) کمتر باشد سرعت واکنش بیشتر است.

الف) دما :

 آب از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است . این دو گاز در دمای معمولی هرگز با هم ترکیب نمی شوند اما اگر مخلوط این دو گاز را تا حدود 700 درجه سانتیگراد حرارت دهیم بسرعت با هم ترکیب می شوند و آب پدید می آید.

ب) غلظت :

 با افزایش غلظت برخورد مؤثر بین مولکول های واکنش دهنده بیشتر و واکنش سریعتر می شود نمودار مقابل رابطه غلظت با سرعت را نشان می دهد.

ج) کاتالیزگر:

 موادی هستند که سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهند اما خود دچار تغییر شیمیایی نمی شوند و در پایان واکنش دست نخورده باقی می مانند مثلا هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) در گرما و نور به آب و گاز اکسیژن تجزیه می شود افزودن زنگ آهن سرعت تجزیه شدن را افزایش می دهد. اگر مقداری گرد دی اکسید منگنز به آب اکسیژنه اضافه کنیم سرعت واکنش بحدی افزایش می یابد که شروع به جوشیدن می کند و گرمای قابل ملاحظه ای ازاد می شود.(واکنش گرماده)
نمودار الف تجزیه این ماده بدون حضور کاتالیزگر و نمودار ب تجزیه این ماده با حضور کاتالیزگر را نشان می دهد.

د) سطح تماس:

 با افزایش سطح تماس سرعت واکنش زیاد تر می شود به همین علت است که خاک اره سریعتر از تنه درخت می سوزد و یا خوب جویدن غذا هضم آن را آسانتر می کند.

فعالیت:مقداری پر منگنات پتاسیم را روی تکه ای کاشی یا سنگ بریزید . چند قطره گلیسرین روی آن بچکانید و چند لحظه صبر کنید.
بار دیگر همین آزمایش را انجام دهید اما این بار قبل از چکاندن گلیسرین ، پرمنگنات را در هاون کاملا نرم کنید.

تفاوت نتیجه این مرحله با مرحله قبل را تفسیر کنید.

تذکر: این آزمایش را با احتیاط و زیر نظر بزرگتر ها انجام دهید.

قانون پایستگی جرم: لاوازیه در سال 1782 به این نتیجه رسید که وقتی ماده ای به ماده دیگر تبدیل می شود وزن کلی آن تغییر نمی کند . به عبارت دیگر در یک تغییر شیمیایی همواره مجموع جرم واکنش دهنده ها برابر مجموع جرم فراورده هاست یعنی جرم ثابت باقی می ماند.

مثلا از سوختن چوب در هوا، موادی مانند کربن، دود، خاکستر، بخار آب و ... پدید می آید جرم کربن، دود ، خاکستر ، بخار آب و هوای مصرف شده برابر جرم چوب اولیه خواهد بود.
و یا اگر 4 گرم آهن و 7 گرم گوگرد را با هم حرارت دهیم حتما 11 گرم آهن سولفید حاصل می شود.

بخش دوم ،‌انرژی زندگی فصل 2 ،‌نور ،‌رنگ ، بینایی

دیدن : برای آن که جسمی دیده شود، باید از آن جسم نور به چشم برسد. بنابراین جسم یا باید از خودش نور تابش کند و یا نورهایی که بر آن تابیده شده است، به طرف چشم بیننده بازتاب دهد. جسم هایی مانند شمع روشن، لامپ روشن یا یک قطعه چوب شعله ور از خود نور تابش می کنند. به این اجسام که از خود نور تابش می کنند منیر یا چشمه ی نور می گویند. اما جسم هایی مانند میز، صندلی،‌تخته ی کلاس و ... از خود نوری تابش نمی کنند، بلکه نوری را که از چشمه های نور به آن ها تابیده است به طرف چشم ما باز می گردانند که در نتیجه ما می توانیم آنها را ببینیم. به این جسم ها غیر منیر می گویند.

((بقیه را در ادامه مطلب مطالعه نمایید.))

                                                            ((اعلام نظر یادتان نرود.))

تمرین کنید ص 23 در جدول زیر نامه چند جسم نوشته شده است. مشخص کنید که کدامیک چشمه نور (منیر) و کدام یک غیرمنیر است؟

خورشید ماه تلویزیون سیاره زهره لامپ مهتابی ستارگان چشمه نور * * * * غیر منیر * *

نور به خط راست منتشر می شود.

دانستیم که برای دیدن یک جسم باید از آن جسم نور به چشم ما برسد. به همین دلیل حتی اگر جسمی در مقابل ما باشد ولی نوری که از آن می تابد به چشم ما نرسد دیده نمی شود. تجربه های روزانه ما نشان می دهد که نور به خط راست منتشر می شود. برای مثال، مسیر پرتوهای نور خورشید وقتی از پنجره به درون اتاق می تابد، یا از لابه لای شاخ و برگ درختان انبوه و بلند به زمین می رسد و یا از سوراخ یک سقف می تابد، نشانگر این است که نور به خط راست منتشر می شود. هنگام رسم شکل، مسیر نور را با خط های جهت دار نشان می دهند و به هر یک از آن شعاع یا پرتو نور می گویند. یک باریکه ی نور را می توان مجموعه ای از پرتوهای نور دانست.

تشکیل سایه :

وقتی نور به جشم های غیرمنیر می تابد،چه روی می دهد به جسم هایی که نور از آن عبور می کند جسم شفاف و به جسم هایی که نور از آن ها عبور نمی کند جسم کدر می گویند. وقتی پرتوهای نور به یک جسم کدر، که در مقابل صفحه ای قرار دارد، می تابد در پشت جسم برروی صفحه قسمت تاریکی ایجاد می شود که سایه نام دارد.

خورشید گرفتگی و ماه گرفتگی :

عکس زیر :‌خورشید گرفتگی سال 1378 در ایران را نشان می دهد.

برای نشان دادن خورشید و ماه گرفتگی می توان از دستگاه شبانه روز استفاده نمود. دستگاه شبانه روز، چگونگی ماه گرفتگی و خورشید گرفتگی را به خوبی نشان می دهد.

می دانید که کره ماه به دور زمین می گردد و ماه و زمین نیز با هم به دور خورشید می گردند. خورشید چون از خودش نور تابش می کند یک چشمه ی نور است. در حالی که ماه و زمین جسم های غیرمنیر هستند و نورخود را از خورشید می گیرند. هر گاه در چرخش ماه به دور زمین، و هر دو به دور خورشید،‌مرکزهای آن سه (ماه ، زمین،‌خورشید) روی یک خط راست واقع شود به طوری که ماه در وسط باشد،‌ماه جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی زمین می افتد. در نتیجه کسانی که در سایه ماه قرار دارند،‌خورشید را تاریک می بینند. در این صورت می گوئیم خورشید گرفتگی رخ داده است. حال اگر زمین ماه و خورشید واقع شود. زمین جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه ی آن روی ماه می افتد و آن را تاریک می کند. در این صورت می گوئیم ماه گرفتگی رخ داده است.

بازتاب نور :

برگشت نور از سطح یک جسم را بازتاب نور می نامیم. اگر سطح اجسام را با دست لمس کنیم ، بعضی را صاف و بعضی را ناصاف حس می کنیم،‌اجسام صاف را هم اگر در زیر ریزبین (میکروسکوپ) مشاهده کنیم، آن ها را ناصاف و دندانه دار می بینیم. اینکه می توانیم تصویر جسمی را درون سطح های صافی مثل شیشه و آینه، ببینیم به دلیل بازتاب منظم نور در آن هاست، در حالی که درون سطح های ناصاف، تصویری دیده نمی شود.

فکر کنید :‌ص 27 در هنگام روز،‌در اتاق هایی که پنجره دارند، معمولاً چراغ روشن نمی کنیم. با وجود این اشیای داخل اتاق را می بینیم.علت را توضیح دهید.

چون نور چشمه ی نوری که به اجسام غیرمنیر تابیده بازتاب پیدا کرده و به چشم ما می رسد و در نتیجه اجسام غیرمنیر دیده می شوند.

قانون بازتاب نور:

بازتاب پرتوهای نور از سطح یک جسم همواره از قاعده معینی پیروی می کند که به آن قانون بازتاب نور گفته می شود. برای آشنایی با این قانون باید آزمایش کنید. در بازتاب نور از سطح یک جسم، همواره زاویه ی تابش و بازتاب برابرند.   تصویر یک جسم در آینه، مانند همان جسم است. سطح آینه ی تخت صاف و صیقلی است. آینه ی تخت یک قطع شیشه است که پشت آن را نقره یا جیوه اندود کرده اند به همین دلیل می تواند نور را بازتاب دهد. بازتاب نور از سطح آینه تخت منظم است. وقتی جسمی جلوی تخت آینه ی تخت قرار می گیرد، پرتوهای نور از هر نقطه آن به آینه می تابد. این پرتوها پس از بازتاب از آینه به چشم می رسند. در ظاهر به نظر می رسد، که این پرتوها از محل برخورد آنها در پشت آینه وارد چشم شده اند و در نتیجه، تصویری شبیه به جشم در پشت آینه بوجود آورده اند در حالی که می دانیم در پشت آینه چیزی وجود ندارد، به همین دلیل می گوئیم تصویر در آینه تخت، مجازی است. مشاهده کنید : ص 30 روبروی یک آینه تخت بایستید و به تصویر خود در آینه نگاه کنید. اکنون دست چپ خود را بلند کنید. تصویر کدام دست خود را بلند می کند؟ تفاوت شما با تصویرتان چیست؟ نتیجه را پس از بحث در گروه به کلاس گزارش دهید. تصویر دست راست بالا می رود. بدن ما یک جسم حقیقی است اما تصویر مجازی است و وجود خارجی ندارد.     آینه های کروی : اندازه تصویر یک جسم در آینه ی تخت با اندازه ی خود جسم برابر است. نوع دیگر از این آینه وجود دارد که تصویر جسم در آن ها، گاهی از خود جسم بزرگتر است. شکل زیر، نمونه ای از این دو آینه و تصویر که در آن ها تشکیل می شود را نشان می دهد.   کانون آینه : شکل زیر طرح فعالیتی را که شما انجام داده اید نشان میدهد. نقطه F ‌محل تشکیل تصویر خورشید است که آن را کانون آینه می گویند. در این شکل قمستی که سایه زده شده پشت آینه است. تصویر در آینه های کوژ، همواره کوچکتر از جسم و مجاز است. یعنی درون آینه دیده می شود اما آینه های کاو می توانند از یک جسم هم تصویر مجازی و هم تصویر حقیقی ایجاد کنند. تصویر مجازی در درون آینه دیده می شود. اما تصویر حقیقی، بیرون آینه روی یک صفحه تشکیل می شود. تشکیل تصویر حقیقی یا مجازی،‌بستگی به فاصله ی جسم از آینه ی کاو دارد.   شکست نور : وقتی نور به جسم می تابد، مقداری از آن بازتاب می کند و ممکن است مقداری از آن نیز از جسم عبور کند. اما جسم های شفاف مانند هوا، شیشه ، آب ، طلق های پلاستیکی نور را به خوبی از خود عبور می دهند. نور در یک محیط معین در مسیر مستقیم حرکت می کند. در این حالت اگر در مسیر نور یک قطعه جسم شفاف عمود در مسیر نور قرار گیرد،‌مسیر نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقیم خواهد بود. اما اگر نور در مسیر خود، با زاویه ای دیگر به یک جسم شفاف مثلاً شیشه برخورد کند. هنگام ورود به شیشه مسیر حرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نور می گویند. چون در اگر مسیر حرکت نور را در این حالت رسم کنیم به صورت یک خط شکسته خواهد بود. دانستید که نور در یک محیط بطور مستقیم حرکت می کند، به همین دلیل وقتی شما عقب می روید دیگر نور نمی تواند از سکه به چشم شما برسد و آن را نمی بیند،اما وقتی در کاسه آب می ریزید، نوری که از سکه می آید، هنگام خروج از آب ورود به هوا،‌مسیرش کج می شود و به چشم شما می رسد در نتیجه می توانید سکه را ببیند.     منشور : منشور قطعه ای به شکل مقابل است از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک بی رنگ ساخته می شود. وقتی پرتوهای نور به یکی از دیواره های منشور برخورد می کند و به آن وارد می شود در اثر پدیده ی شکست مسیرش تغییر می کند. این پرتو هنگام خروج از دیواره ی دیگر منشور نیز، دوباره دچار تغییر مسیر می شود. حال اگر نوری که به منشور می تابد، نور سفید یعنی نور خورشید باشد که از رنگ های مختلفی تشکیل شده است. پاشیده (تجزیه) می شود. علت این پدیده آن است که میزان شکست نورهای رنگی مختلف ، با هم یکسان نیست. برای مثال،‌ نور بنفش بیشتر و نور سرخ کمتر از همه رنگ های نور تغییر مسیر می دهد. به این ترتیب رنگ های مختلف نور به هنگام عبور از منشور از هم جدا می شوند. به این پدیده پاشیده شدن می گویند.   عدسی ها : اگر دو منشور را مطابق شکل به هم بچسبانیم و بعد آن سطح آن را به صورت خمیده تراش دهیم. به چه شکلی در می آید؟ به این شکل جدید عدسی می گوئیم . عدسی هم مانند منشور می تواند جهت پرتوهای نور را تغییر دهد. همین امر سبب می شود اجسام از پشت عدسی به صورتی متفاوت دیده شوند. ذره بین یک نوع عدسی است. در ساخت بسیاری از ابزارهای نوری، مانند دوربین های عکاسی، دوربین های شکاری، پروژکتورها و ... از عدسی همگرا استفاده می شود. نوعی دیگر از عدسی نیز وجود دارد که به آن عدسی واگرا یا کاو گفته می شود. این نوع عدسی به اندازه عدسی همگرا کاربرد ندارد اما در ساخت عینک ها از آن استفاده ی بسیاری می شود. تصویر همه اجسام از پشت عدسی واگرا کوچکتر از خود جسم است و به صورت مستقیم ( و نه وارون) دیده می شود. اطلاعات جمع آوری کنید. ص 38 تعدادی عینک طبی را بررسی کنید و بگوئید که آیا عدسی آن ها واگراست یا همگرا . از چه روشی برای تعیین واگر یا همگرا بودن عدسی استفاده می کنید؟ برای تعیین محدب یا مقعر بودن عدسیها راههای مختلفی وجود دارد 1 – آنها را در مقابل نور قرارداده هر کدام نور را متمرکز کنند محدب،‌هر کدام پراکنده کنند ،‌مقعر. 2 – در عدسی های مقعر تصویر همیشه کوچکتر و مستقیم اما در محدب این طور نیست. تصویر بزرگتر است. 3 – هر کدام بر روی پرده تصویر تشکیل دهند محدب هستند.     پرسش و پاسخ متن فصل دوم : 1 – نور چیست؟ غیر از نور دو صورت دیگر انرژی که مانند نور عمل می کنند نام ببرید. نور صوتی از انرژی است که از منبع تولید جدا شده و با سرعت بسیار زیاد در فضا منتشر می شود. امواج رادیویی، اشعه X     2 – چرا اجسام غیرمنیر دیده می شوند؟ زیرا نوری که از چشمه ی نور به آنها برخورد می کند پس از بازتاب به چشم ما می رسد     3 – چند دلیل بیان کنید که نور در خط مستقیم سیر می کند؟ الف) ایجاد سایه ب) پدیده خسوف و کسوف ج) مشاهده ی باریکه نور از یک روزنه ج) پشت سر خود را نمی توان دید     4 – در چه اجسامی بازتاب نور بیشتر و در چه اجسامی کمتر است؟ در اجسامی که سطح صاف و براق دارند، بازتاب نور بیشتر است و در اجسامی که سطح تیره و ناصاف دارند بازتاب کمتر است. 5 – علت شکست نور چیست؟ تغییر در سرعت نور در محیط های مختلف است 6 – منظور از طیف نور چیست و طیف نور سفید شامل چند رنگ است؟نورهای رنگی حاصل از پاشیدگی نور توسط منشور را طیف می گویند. هفت رنگ 7 – دو نوع عدسی را نام برده و کدام نور را متمرکز می کند؟عدسی محدب – عدسی مقعر و عدسی محدب نور را متمرکز

دید کلی

• تصور شما از موج صوتی چیست؟
• چرا وقتی به یک شی ضربه می‌زنیم صدا تولید می‌شود؟
• فکر می‌کنید که صوت می‌تواند در خلا منتشر شود؟
• پدیده‌هایی مانند تداخل ، انعکاس و ... در مورد صوت چگونه بررسی می‌گردند؟
• امواج صوتی جزو کدام گروه از امواج عرضی یا طولی است؟
  هوا دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود، این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را به جلو می‌راند و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از 16 مرتبه در ثانیه تکرار می‌گردد صدا بوجود می‌آید. هر رفت و برگشت لایه هوا یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد یا فرکانس نامیده می‌شود.

موج صوتی چیست؟

تولید صوت

هر گاه به جسمی ضربه می‌زنیم لایه‌های هوا بین دست ما در جسم جابجا می‌شوند و اگر این جابجاییها بیش از 16 بار در ثانیه باشند، صدا ایجاد می‌شود. برای اینکه بهتر بتوانیم نقش اندامهای گفتار را در تولید آواهای زبان فارسی مورد مطالعه قرار دهیم، ابتدا به نظر می‌رسد لازم است مطالب مختصری درباره چگونگی تولید آوا یا صوت ارائه کنیم.

آوا یا صوت از ارتعاش مولکولهای هوا حاصل می‌شود. ارتعاش یعنی حرکت مولکولهای هوا از جای خود در مسیر معین و بازگشت آنها به جای اولیه. این پدیده فیزیکی را اصطلاحا موج می‌نامیم. برای آنکه بتوانیم یک تصویر تقریبی از طرز بوجود آمدن موج صوتی را مجسم کنیم پاندولی را در نظر می‌گیریم. اگر وزنه پاندول را به یک طرف کشیده آن را رها سازیم، پاندول با سرعت ، به منتهی الیه طرف دیگر رفته دوباره در همان مسیر بجای اول می‌گردد. این حرکت به دفعات زیاد صورت می‌گیرد، ولی در هر دفعه خط سیر آن اندکی کوتاهتر می‌شود تا اینکه وزنه پاندول دوباره به حالت اولیه یعنی سکون در آید.

وزنه پاندول در این حرکت ، لایه‌ای از مولکولهای هوا را با خود به جلو می‌راند و این عمل موجب می‌شود که در یک سوی وزنه ، رقت مولکولی در سوی دیگر تراکم مولکولی ایجاد شود. رقت یعنی زیاد شدن فاصله بین مولکولها و تراکم یعنی کم شدن فاصله آنها. اگر با دو دست یک لاستیک را بکشیم طول لاستیک زیاد می‌شود یا به سخن دیگر ، لاستیک کش می آید.

علت این موضوع آن است که فاصله بین مولکولها در قسمتهای میانی لاستیک زیاد شده و مولکولها بین دو سر لاستیک زیاد شده و مولکولها به طرف دو سر لاستیک کشانده می‌شوند و در نتیجه فاصله میان مولکولها در دو سر لاستیک کم می‌شود. بدین ترتیب در قسمت میانی لاستیک رقت مولکولی و در دو سر آن تراکم مولکولی ایجاد می‌شود. اکنون اگر دو سر لاستیک را رها کنیم مولکولها دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردند.

خاصیت ارتجاعی هوا

هوا نیز دارای همین خاصیت ارتجاعی است، منتهی به مراتب بیشتر از لاستیک. هر رقت و تراکم مولکولی در هوا موجب رقت و تراکمهای دیگر می‌گردد. بدین معنی که ، هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را ، و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از 16مرتبه در ثانیه تکرار گردد صدا بوجود می‌آید.
اگر کتابی را از ارتفاع معینی به طرف زمین رها کنیم بر اثر سقوط کتاب ، فشار هوای بین کتاب و زمین زیاد می‌شود و این فشار ، مولکولهای هوا را به اطراف می‌راند. مولکولهای رانده شده به نوبت مولکولهای مجاور خود را به جلو رانده و خود به حالت اول بر می‌گردند. این عمل آنقدر تکرار می‌شود تا انرژی حاصل از سقوط کتاب به پایان برسد. هنگام تماس کتاب با زمین صدایی به گوش می‌رسد، در صورتی که در اثنای سقوط آن صدایی شنیده نمی‌شود.
علت این است که هنگام تماس کتاب با زمین ، بر اثر زیاد بودن مقدار انرژی جابجا شدن مولکولها یا همان رقت و تراکم هوا خیلی بیشتر از 16 مرتبه در ثاینه است و به این علت صدای حاصله قابل شنیدن می‌باشد. هر رقت و تراکم یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد نامیده می‌شود. بنابراین ، وقتی می‌گوییم فرکانس (تواتر) موج مثلا 500 سیکل است، یعنی 500 مرتبه رقت و تراکم در مولکولهای هوا ایجاد شده است. هر قدر بسامد بیشتر باشد صدا به اصطلاح زیرتر است و نیز قدر بسامد کمتر باشد صدا اصطلاحا بمتر است.

چشمه فیزیک امواج فروصوتی و فراصوتی

فیزیک امواج فروصوتی که با آنها سروکار داریم معمولا توسط چشمه‌های بزرگ تولید می‌شوند. امواج زمین لرزه‌ای از آن جمله‌اند. بسامدهای بالای مربوط به فیزیک امواج فراصوتی را می‌توان به وسیله ارتعاشات کشسان یک بلور کوارتز که بر اثر تشدید با یک میدان الکتریکی متناوب در بلور القا شده است ، ایجاد کرد. به این طریق می‌توان بسامدهای فراصوتی به بزرگی 6x10⁸ هرتز تولید کرد. طول موج متناظر با این بسامد در هوا در حدود 5x10^-5 سانتی‌متر است که همان حدود طول موج نور مرئی است.

مشخصات فیزیکی

جابجایی یا ارتعاش مولکولهای هوا در تمام جهات صورت می‌گیرد و بسته به مقدار انرژی موجود ، هر لایه از مولکولها مسافتی را طی می‌کنند. به سخن دیگر هر چه انری بیشتر باشد مسافتی را که موج می‌پیماید بیشتر است. طول مسافتی را که هر طبقه از مولکولهای هوا طی نموده و دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زیادتر باشد صدا بلندتر است. بلندی صدا را با زیر و بمی آن نباید اشتباه کرد، زیرا بلندی صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانیه است.
بنابراین صدای ممکن است بم ولی بلند باشد. بالعکس صدای دیگری ممکن است زیر ولی کوتاه باشد. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی از قبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسیله اندامهای گوش داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و در نتیجه صدا شنیده می‌شود و عکس العمل لازم صادر می‌شود.

چشمه فیزیک امواج شنیده شدنی

فیزیک امواج شنیده شدنی در تارهای مرتعش (بلندگو ، طبل) ایجاد می‌شوند. همه این عناصر مرتعش به تناوب هوای پیرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقیق می‌کنند. هوا این آشفتگیها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال می‌دهد. این فیزیک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود می‌آورند. موجهایی که تقریبا متناوب هستند و یا تعداد کمی از مؤلفه‌های تقریبی متناوب را شامل می‌شوند، احساس خوشایندی بوجود می‌آورند (اگر شدت خیلی زیاد نباشد) اصوات موسیقی از این جمله‌اند. صوتی که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنیده می شود. نوفه را می‌توان برهمنهشی از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خیلی زیاد است.

یک آزمایش ساده

دو سر یک سیم فولادی به طول یک متر و به قطر یک میلیمتر را که کشیده شده و بوسیله دو قطعه سنگ یا آهن محکم شده است ، در نظر می‌گیریم. حال اگر وسط سیم را به کناری کشیده و رها کنیم صدایی شنیده نمی‌شود، در صورتی که ارتعاش آن کاملا به چشم دیده می‌شود. ولی اگر یک طرف سیم را به کنار یک لنگه در تخته‌ای متصل کنیم و آزمایش را دوباره انجام دهیم، صدای آن کاملا شنیده می‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نیست. علت این امر آن است که در دفعه اول هوای مجاور سیم بجای اینکه تراکم و انبساط پیدا کند، روی سیم لغزیده است و در مرتبه دوم هوای مجاور لنگه در ، مجال لغزیدن و رسیدن به کنار آن را قبل از تجدید ارتعاش نداشته است.

امواج صوتی در جامدات و مایعات

همانطور که درون هوا ارتعاشات طولی توام با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم ، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند.
مخصوصا نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.

مشاهدات تجربی

• چیزی که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال می‌یابد، هوا نیست. به دلیل اینکه صدای هواپیما از ابر و دود غلیظ عبور کرده و به ما می‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بیاورد.
• هوا در حین انتشار صوت جلو و عقب می‌رود. یعنی مرتعش می‌شود. برای مشاهده این امر کافی است یک قطعه فیلم عکاسی را بین دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانیم، در اینصورت حرکت رفت و آمد تند فیلم را به خوبی در محل اتصال انگشتان خود با فیلم حس می‌نماییم.
• عبور فیزیک امواج صوتی در هوا با کم و زیاد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه می‌باشد. در جدار لوله صوتی سوراخی درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذی روی آن می‌چسبانیم و از خارج به این کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطی آویزان نموده و لوله را بطور افقی نگاه به بالا و پایین رفتن می‌کند. اگر تنها هوا حرکت می‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمی‌کرد زیرا حرکت ارتعاشی هوای درون لوله موازی با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که تولید حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنماید.
• در نتیجه وجود همین انبساط و تراکم ، در فیزیک امواج صوتی ، اختلاف چگالی متناوب پیدا می شود. زیرا اگر تغییر فشار را در فیزیک امواج صوتی قبول کنیم لازم است که تغییر چگالی در آنها رانیز قبول کنیم. به کمک چندین پاندول که در طول لوله صوتی افقی بطریق فوق آویزان کرده‌ایم می‌توانیم ثابت کنیم که هنگام ایجاد صوت در لوله ، پاندولی که نزدیکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهای دیگر به ارتعاش در می‌آید.
  پس وقتی قسمتی از هوای درون لوله در داخل آن به سمت انتهای آن حرکت کرده و قسمت دیگری از هوای درون لوله ساکن است، ناچار چگالی قسمتی که بین این دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغییر کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالی در هوای مرتعش عملا به تحقیق رسیده است و از تغییر چگالی هوا در موقع ارتعاش که باعث تغییر ضریب شکست می‌شود، استفاده کرد. و فیزیک امواج صوتی را به کمک جرقه الکتریکی عکسبرداری نموده‌اند.

به هر آشفتگی در محیط که در فضا یا فضازمان منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است موج می‌گویند. اگر این آشفتگی در میدان‌های الکترومغناطیسی باشد، آن را موج الکترومغناطیسی می‌نامند. در امواج الکترومغناطیسی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به طور عمود بر یکدیگر نوسان می‌کنند و با سرعت نور انتشار پیدا می‌کنند. نور و امواج رادیویی از این نوع هستند.

امواج مکانیکی نوعی از امواج هستند که فقط در یک محیط مادی منتشر می‌شوند. انتشار این گونه امواج به دلیل نیروهای داخلی در محیط در اثر تغییر شکل ایجاد شده (آشفتگی) می‌باشد. این نیروها تمایل به بازگرداندن محیط به حالت اولیه را دارند. بعضی از انواع امواج مکانیکی امواج صوت، امواج زلزله و امواج آب است.

موج‌ها به دو دسته امواج طولی و امواج عرضی تقسیم می‌شوند. در امواج طولی، سرعت انتشار موج موازی با حرکت نوسانی آن است، در حالی که، در امواج عرضی این سرعت عمود بر آن است. امواج الکترو مغناطیسی از نوع امواج عرضی هستند.

بازه قابل رویت فقط قسمت کوچکی از طیف امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهد.

[ویرایش] تعاریف

توافق بر روی یک تعریف واحد برای واژه موج چیزی است که امکان ندارد. یک ارتعاش یا لرزش (ویبراسیون) را می‌توان به صورت یک حرکت به عقب و جلو پیرامون نقطهٔ m در اطراف یک مقدار مرجع تعریف نمود. با وجود این، تعریف مشخصات کافی برای موج که باعث کیفیت بخشیدن به آن می‌شود موضوعی قابل انعطاف است. این اصطلاح اغلب به طور ذاتی به صورت انتقال نوسانات در فضا مطرح می‌شود که با حرکت شی که فضا را پر کرده یا اشغال نموده در ارتباط نیست. در یک موج انرژی یک ارتعاش عبارتست ازانرژی شی که دارد از منبع به فرم یک اغتشاش و نوسان در داخل محیطی که آن را احاطه کرده یا در پیرامون آن است دور می‌شود (هال 1980). با وجود این، این حرکت در مورد یک موج ساکن و ایستاده، مسئله برانگیز است. برای مثال، یک موج روی یک طناب یا نخ که انرژی در آن به طور مساوی در هر دو جهت منتشر می‌شود یا برای امواج الکترومغناطیسی یا امواج نوری در خلا، جاییکه مفهوم محیط واسطه‌ای دیگر قابل کاربرد نیست. به خاطر چنین دلایلی نظریهٔ موج بیان کننده یک شاخه خاص از فیزیک است، که به خواص موج مستقل از آنکه منشا فیزیکی آن چه چیزی باشد وابسته‌است (استراوسکی و پتاپو،1999). این خاصیت منحصر بفرد که با مستقل بودن از منشا فیزیکی و با تکیه بسیار روی منشا در موقعی که یک مورد خاص از یک فرآیند موجی را در نظر می‌گیریم همراه می‌گردد.

مثال: آکوستیک از اوپتیک متمایز می‌گردد. به این صورت که امواج صوتی دارای منشا مکانیکی، بیشتر از امواج الکترومغناطیسی در موقع انتقال انرژی لرزشی یا ارتعاشی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شوند. مفاهیمی از قبیل جرم، گشتاور، اینرسی، یا خاصیت کشسانی (ارتجاعی) موقع شرح دادن آکوستیک بسیار مهم هستند. (برخلاف اوپتیک هنگام بررسی فرآیندهای موجی). این تفاوت در منشا باعث ایجاد مشخصات موجی خاص متفاوت از محیطی که با آن سر و کار داریم می‌شود . (به عنوان مثال، در موارد مربوط به هوا: فشار تابش موج‌های تلاطمی و... . در موارد جامد(اجسام صلب): امواج نور، تجزیه نور و ...) خواص دیگر،اگر چه آنها هم معمولاً از طریق منشا مشخص می‌شوند، ممکن است به تمام امواج تعمیم داده شود. به عنوان مثال،با توجه به آنهایی که بر اساس منشا مکانیکی پایه گذاری شده اندمی توان اغتشاشاتی در فضابرای امواج آکوستیک بر حسب زمان انجام داد اگر وفقط اگر وسیله مورد بحث بسیار سخت و یا بسیار نرم و انعطاف پذیر نباشد . اگر تمام اجزای تشکیل دهنده وسیله به صورت محکم به یکدیگر متصل شده باشند، تمام اجزای آن به شکل یک جسم واحد و بدون هیچ گونه تاخیری در انتقال نوسان، به ارتعاش در می‌آیند. که در این صورت هیچ حرکت موجی نخواهیم داشت. از سوی دیگر، اگر تمامی اجزا مستقل از یکدیگر بودند، هیچ انتقال ارتعاشی وجود نداشت. عبارات مذکور در بالا با فرض آنکه موج به هیچ منشا نیاز نداشته باشد بی معنی خواهد بود،اگر چه آنهاویژگی که از خود بروز می‌دهندمستقل از منشا آنها باشد: در طول یک موج، فاز یک ارتعاش (مکان و موقعیتی که در داخل سیکل نوسان اشغال کرده ) برای نقاط مجاور متفاوت می‌با شد و علت آن نیز این است که نوسان در زمان‌های متمایز به این نقاط می‌رسد. به صورت مشابه، پردازش فرآیندهای موج که از مطالعه درباره پدیده‌های موجی با سرچشمه‌هایی متفاوت با سر چشمه امواج صوتی حاصل می‌شود می‌تواند برای فهم هر چه بیشتر پدیده‌های صوتی بسیار با اهمیت باشد. یک مثال مناسب از این نمونه، قاعده تداخل یانگ می‌باشد ( یانگ،1802 ) این اصل برای اولین بار در تحقیقات یانگ پیرامون نور مطرح شد و هنوز نیز می‌تواند مطابق تعدادی از مفاهیم خاص دیگر ( برای مثال ،پخش شدن صوت توسط صدا ) موضوعی پژوهشی در مطالعه صوت باشد.

[ویرایش] ویژگی‌ها

مقالهٔ اصلی: صفات

امواج متناوب توسط فاکتورهای اوج (بالاترین نقاط در امواج) و پایین‌ترین نقاط توصیف می‌شوند و البته ممکن است گاهی بر اساس طولی یا عرضی طبقه بندی گردند. امواج عرضی به امواجی اطلاق می‌شود که دارای ارتعاش‌هایی عمود بر جهت و انتشار موج باشند. مانند امواج طناب و امواج الکترومغناطیسی. امواج طولی دسته‌ای از امواج هستندکه در جریان انتشار موج دارای نوسانات موازی هستند مانند بیشتر امواج صوتی. زمانی یک شی بر روی موج یک آبگیر به بالا و پایین برود، حرکت بر روی یک مسیر دوار را تجربه می‌کند زیرا این امواج، امواج عرضی یا سینوسی نمی‌با شند.

A=در آب‌های عمیق

B=در آب‌های کم عمق

1=عبور موج

2=اوج

3=افت

ریز موج‌ها روی سطح برکه در حقیقت ترکیب طولی و عرضی امواج هستند. بنابراین نقاط روی سطح، مسیر دایره‌ای را دنبال می‌کنند ونقاطی که روی سطح قرار می‌گیرنداز این مسیر دایره‌ای تبعیت می‌کنند.تمام امواج می‌توانند موارد زیر را تجربه کنند:

موج مستقیم از طریق برخورد با سطح منعکس کننده تغییر می‌یابند = انعکاس

موج مستقیم از طریق مداخله یک شی جدید تغییر می‌یا بند = انعکاس

خم شدن امواج مانند تاثیر متقابل آنها در برابر موانعی است که در مسیرشان وجود دارد = پراش بیشترین شناخت طول موج روی حالت پرش شی است.

موقعیت دو موج که با هم برخورد می‌کنند =تداخل

موجی که با بسامد شکسته می‌شود = انتشار

حرکات موج نوری در مسیر مستقیم – خطوط انتشار

یک موج اگر بتواند فقط در مسیر مستقیم نوسان کند دوگانگی می‌یابد. دوگانگی عرضی موج حاکی از نوسان مستقیم آن است و عمود برجهت حرکت است. امواج طولی مانند امواج صوتی دوگانگی بروز نمی‌دهند زیرا این امواج نوسان مستقیم در طول حرکت دارند و با فیلتر پولازیزه گر پولاریزه می‌شوند.

مثال: امواج سطح اقیانوس که با صخره‌ها برخورد می‌کنند. امواج سطح اقیانوس که پرتلاطم هستند در میان آب منتشر می‌شوند. امواج رادیو یی، ریز موج‌ها، مادون قرمز، امواج مرئی، فرابنفش، پرتو x و پرتو گاما از پرتو افکنی پرتوهای الکترومغناطیسی ساخته شده‌اند. در این شرایط انتشار بدون وجود محیط در میان خلأ ممکن است. این امواج الکترومغناطیس در 299 و 792 و 458 متر بر ثانیه در خلأ حرکت می‌کنند.

[ویرایش] انواع موج

صوت یک موج مکانیکی است که در میان هوا، مایعات و جامدات منتشر می‌شود. موج ترافیک (یعنی انتشار متفاوت و متراکم وسایل نقلیه و ...) که می‌تواند به عنوان مدلی از امواج سینماتیک باشد. مانند اولین طرح آقای .J.Mلایت هیل. امواج لرزه‌ای در زمین به صورت برشی S و طولی P می‌باشند که در سطح زمین و بین لایه‌ها به موجهای لاو L و رایلی R هم تبدیل می‌شوند. امواج گرانشی که عبارتند از نوسانات و بالا و پایین شدن در انحنای زمان -فضا که به وسیله اصل عمومی نسبیت پیش بینی شده‌است .این امواج چند بعدی هستند و به طور تجربی مشاهده می‌شوند.

امواج ساکن: در گردش سیالات اتفاق می‌افتند و از طریق تأثیر کرولیز ذخیره می‌شوند.

[ویرایش] توصیف ریاضی

یک موج با دامنه ثابت است.

شکل و نمایشی از یک موج (منحنی آبی رنگ که خیلی سریع تغییر می‌کند) و پوشش آن (منحنی قرمزکه با سرعت آهسته تری تغییر می‌کند)

به عقیده ریاضیدانان ساده‌ترین یا اساسی‌ترین موج،امواج هارمونیک سینوسی است که آن را با f(x,t) = Asin(ωt − kx)), توصیف می‌کند. که A دامنه موج است یعنی بیشترین مقدار بی نظمی در طول نوسان موج (بیشترین فاصله از بلندترین نقطه اوج تا تعادل در یک نمونه کامل،یعنی ماکزیمم مسافت قایم بین مبدأ و موج.) واحد دامنه به نوع موج بستگی دارد. موج‌هایی که روی طناب هستند دامنه شان به صورت یک بعد بیان می‌شود. امواج صوتی مانند فشار (پاسکال) و امواج الکترومغناطیس مانند دامنه‌ای از میدان الکتریکی (ولت / متر)بیان می‌شوند. دامنه ممکن است ثابت باشد (در این شرایط موج یا cw هست یا موج ثابت) یا ممکن است با زمان و موقعیت تغییر کند. فرم متغیر دامنه، موج پوششی نامیده می‌شود.

طول موج ( اشاره به λ) مسافت بین دو قله متوالی (یا یک فرورفتگی و برجستگی) است. معمولاً واحد آن متر است و همچنین با نانومتربرای طیف الکترومغناطیس بخش نوری بیان می‌شود. یک تعداد موج K می‌تواند با طول موج به هم ربط داده شود. امواج را می‌توان به وسیله حرکت هارمونیک نشان داد. دوره T، زمان برای یک نوسان کامل موج است.

بسامد f (که با ν نشان می‌دهند) تعداد دوره‌هایی است که در واحد زمان انجام می‌دهند (برای مثال یک ثانیه) و آن با هرتز اندازه گیری می‌شود.

بسامد ودوره عکس یکدیگرند.

بسامد زاویه‌ای ω بیان کننده بسامد از نظر رادیان است و بستگی به بسامد دارد. بسامد زاویه‌ای با بسامد از طریق رابطه زیر ارتباط دارد:

دو نوع سرعت وجود دارد که امواج را به هم پیوند می‌دهد. اولین سرعت سرعت انتشار موج است که توسط بیان می‌شود و دومین، سرعت گروهی است که سرعت متغیری در شکل‌های متنوع موج ایجاد می‌کند. این سرعت می‌تواند به موج منتقل شود. و با فرمول زیر ارائه می‌شود:

[ویرایش] معادله موج

مقالهٔ اصلی: معادلهٔ موج

معادله دیفرنسیال موج به صورت زیر نوشته می‌شود. 

در اینجا c سرعت انتشار موج می‌باشد. جواب این معادله (در حالت یک‌بعدی) به صورت زیر است (A دامنه موج است.):

k عدد موج، ω سرعت زاویه‌ای، λ طول موج، φ فاز، T دوره تناوب و f بسامد حرکت نوسانی نام دارند.

معادله موج یک معادله دیفرانسیلی است که در هر زمان، تحول موج هارمونیک را توصیف می‌کند . معادله موج فرم متفاوتی دارد و تا اندازه‌ای بستگی به این دارد که موج چگونه منتقل می‌شود و معمولاً از طریق حرکت به دست می‌آید. توجه به دامنه موج یعنی حر کت پایین طناب در طول محورx و متغیر u (که معمولاً وابسته به x وt ) معادله موج در سه بعد است که با فرمول زیر بیان می‌شود.

که به صورت معادله لاپلاسی می‌باشد.

سرعت v هم به شکل موج و هم به محیطی که موج از طریق آن منتقل می‌شود بستگی دارد . یک راه حل کلی برای معادله موج در یک بعد تو سط دی–آلبرت داده شده‌است. که به این صورت است:

این راه حل را می‌توان به صورت دو پالس که در جهات مخالف حرکت می‌کنند( F در جهت x و G در خلاف جهت x)در نظر گرفت. اگر مادر معادله بالابه جای x ، xوy وz جایگزین کنیم آن وقت ما انتشار موج در سه بعد را تو صیف می‌کنیم. معادله شرودینگر رفتار موج گونه ذرات را در مکانیک توصیف می‌کند. راه حل‌هایی برای این معادله، عبارتند از توابع موجی که می‌توانند به شرح سرانجام احتمالی ذرات بپردازند . موج ساده یا متحرک که گاهی موج پیش رو نیز نامیده می‌شود، اختلالی است که با دو عامل زمان t و مسافت z تغییر می‌کند. که با فرمول زیر ارائه می‌شود.

جایی که (A(z,t پوشش دامنه‌ای که برای موج داریم و K تعداد موج و φ نمایانگر فاز موج است. سرعت فاز v_p این موج توسط نشان داده می‌شود. ( λ نمایانگر طول موج است.

[ویرایش] امواج ایستاده

مقالهٔ اصلی: امواج ساکن

موج ایستاده در وضعیت ساکن

نقاط قرمز نمایانگر گره‌های موج هستند. موج ایستاده که با عنوان موج ساکن نیز شناخته می‌شود موجی است که در وضعیت ثابت باقی می‌ماند. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که وسیله‌ای در مسیری خلاف جهت موج در حرکت باشد و یا این موج می‌تواند در نتیجه تداخل دو موج از دو سوی متفاوت ایجاد شود. مجموع دو موج منتشر شده از سوی مقابل هم (با دامنه و بسامد یکسان) یک موج ایستاده را به وجود می‌آورد. به طور عادی، موج ایستاده زمانی تولید می‌شود که انتشار موج دورتر از مانع باشد. بنابراین، علت انعکاس موج وجود یک موج مخالف است. به عنوان مثال، زمانی که تار ویولن جابه جا می‌شود امواج طولی منتشر می‌شوند تا جایی که تار در جایش محکم قرار گیرد. بالاتر از جایی که موج بر می‌گردد در خرک و مهره دو موج در فاز مخالف هم هستند و یکدیگر را دفع می‌کنند در نتیجه یک گره تولید می‌شود. در وسط راه، بین دو گره یک شکم تولید می‌شود جایی که دو موج از سوی مقابل هم منتشر می‌شوند موج‌ها روی هم افزایش می‌یابند و عضو بیشینه می‌شوند و به طور معمول انرژی برای انتشار موج نمی‌ماند.

از نگاه دیگر:

لرزش طبیعی اکوسیتیک، تشدید کننده هلم هولتز و دریچه لوله صوتی.

انتشار میان طناب

سرعت موج در حال حرکت در امتداد یک تار مرتعش شونده به طور مستقیم متناسب با ریشه دوم کشش تار به چگالی خطی (μ)است:

دانشمندان از حدود سه قرن پیش،‌مطالعه ی درباره گرما را آغاز کردند. در آن زمان، مردم معتقد بودند که گرما یک ماده ی نامرئی است.اعتقاد بر آن بود که وقتی یک ماده گرم در کنار یک ماده سرد قرار می گیرد، ماده ای نامرئی به نام کالریک از ماده ی گرم خارج می شود و به ماده سرد منتقل می شود. به همین دلیل ماده ی گرم سرد می شود و ماده سرد، ‌گرم می شود.
امروزه می دانیم که گرما ماده نیست بلکه یکی از صوت های انرژی است. همانطور که انرژی مکانیکی، الکتریکی و انرژی شیمیایی نیز صورت های دیگری از انرژی هستند و می توانند به هم تبدیل شوند.

انرژی درونی:

هر ماده از ذرات بی شماری ساخته شده است و هر ذره مقداری انرژی دارد. به مجموعه انرژیهای ذرات سازنده هر ماده انرژی درونی آن ماده می گویند. هر چه ذرات سازنده ماده بیشتر و انرژی هر ذره آن زیادتر باشد. انرژی درونی آن ماده بیشتر است .
انرژی درونی هر ماده ، هم به انرژی جنبشی ذرات آن ماده (یعنی سرعت حرکت آن ها) و هم به انرژی پتانسیل (ذخیره شده) ذرات سازنده ی آن ماده بستگی دارد. انرژی پتانسیل هر یک از ذرات سازنده هر ماده در اثر نیرویی که از طرف ذرات اطراف به آن وارد می شود، بوجود می آید.
هنگامی که یک جسم گرم در کنار یک جسم سرد قرار می گیرد ،‌مقداری انرژی از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود. درواقع گرما، مقدار انرژی منتقل شده از جسم گرم به جسم سرد است. در اثر انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد، انرژی درونی جسم گرم کاهش و انرژی درونی جسم سرد افزایش می یابد.

واحد اندازه گیری انرژی :

همان طور که می دانید برای اندازه گیری هر کمیتی مقیاس یا واحدی لازم است به نام یکا. برای مثال یکای طول متر و یکای جرم کیلوگرم است. برای گرما و انرژیهای دیگر نیز یکای ژول را بکار می برند. ژول نام فیزیکدان انگلیسی است که در زمینه مفهوم گرما تحقیقات فراوانی به عمل آورده است.

دما :

گرما و دما دو کمیت مرتبط به یکدیگر هستند، اما این به معنای آن نیست که هر دو یک کمیت و یک معنا هستند. دمای یک جسم در واقع نشان دهنده ی سرعت حرکت ذرات تشکیل دهنده آن است. هر چه سرعت حرکت ذرات یک ماده بیشتر باشد دمای آن جسم بالاتر است.
به همین دلیل می توان گفت که افزایش دمای یک جسم به معنی افزایش انرژی جنبشی ذرات آن جسم است.

گرمای نهان :

از آزمایش صفحه ۵۴ کتاب نتیجه گرفته می شود که در تمام مدت ذوب یخ، دمای مخلوط آب و یخ ثابت می ماند. بنابراین گرمای داده شده به مخلوط کجا رفته است؟ این گرما صرف تغییر حالت یخ (از حالت جامد به مایع) می شود. یعنی در این حالت، گرچه جسم گرما می گیرد و انرژی درونی آن افزایش می یابد اما دمای آن تغییر نمی کند. به این انرژی گرمای نهان ذوب می گوئیم.
گرمای نهان ذوب عبارت است از مقدار گرمایی که باید به ماده جامد در دمای نقطه ی ذوب آن بدهیم تا در همان دما از حالت جامد به مایع تبدیل شود.در جدول زیر گرمای نهان ذوب بعضی مواد برای جرم یک کیلوگرم آن ها آورده شده است.

ماده	نقطه ذوب	گرمای نهان ذوب
آلومینیم	۶۵۹ºC	321 کیلوژول
سرب	۳۲۷ºC	25 کیلوژول
پارافین	۵۲/۴ºC	220 کیلوژول
یخ	۰ºC	333 کیلوژول
جیوه	-۳۹ºC	12 کیلوژول
آمونیاک	-۷۵ºC	452 کیلوژول

فکر کنید ،‌ ص ۵۵
به نظر شما چرا این انرژی را گرمای نهان ذوب نامگذاری کرده اند؟

چون این انرژی به انرژی درونی جسم تبدیل می شود بدون آنکه دمای جسم تغییر کند.

همان طور که برای انجماد ماده باید به آن گرما بدهیم یا از آن گرما بگیریم ،‌برای تبخیر و میعان نیز باید همین کار صورت پذیرد.

فکر کنید ۲ ،‌ص ۵۵
آیا می توانید با استفاده از تعریف گرمای نهان ذوب، گرمای نهان انجماد را تعریف کنید؟
به نظر شما آیا گرمای نهان انجماد و جسم با گرمای نهان ذوب آن مساوی است؟
- بله، گرمای نهان انجماد مقدار گرمایی است که در نقطه انجماد از واحد جرم گرفته تا از حالت مایع به جامد تبدیل شود.
- بله،گرمای نهان ذوب همیشه برابر نهان انجماد است.

انتقال گرما :

گرما به روش های مختلفی از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شود.

رسانایی :

یکی از راههای انتقال گرما ، رسانایی است. ذره های تشکیل دهنده ی هر ماده دائماً در حال جنبش و نوسان هستند و هر چه ماده بیشتر باشد سرعت نوسان مولکول های آن بیشتر است.

فکر کنید. ص ۵۶
به نظر شما اگر قسمتی از ماده را در هر یک از این سه حالت گرم کنیم (منطقه گرم با رنگ مشخص شده است )‌ گرما در کدام حالت به روش رسانایی بهتر منتقل می شود؟ چرا؟

گرما به روش رسانایی در جامدات بهتر منتقل می شود زیرا فاصله ذره های جسم کمتر است . در جامد ذره ها به هم نزدیکترند و گرما بهتر و زود تر منتقل می شود.

در انتقال گرما به روش رسانایی، انرژی گرمایی از طریق جنبش مولکول های ماده و ضربه زدن هر مولکول به مولکول های مجاور خود،‌به تدریج به تمام ماده منتقل می شود.
روشن است که هر چه فاصله های مولکول ها از هم کمتر باشد، یعنی مولکلول ها به هم نزدیکتر باشند گرما با سرعت بیشتری در ماده منتقل می شود. به همین دلیل است که رسانایی گرمایی جامدات بیش از مایعات و مایعات بیش از گازها است.
در بین مواد جامد، رسانایی گرمایی فلزات از دیگر مواد جامد چون شیشه، لاستیک و چوب بیشتر است. در بین فلزات نیز رسانایی گرمایی بعضی از فلزات از بعضی دیگر بیشتر است.

همرفت :

یکی دیگر از راههای انتقال گرما همرفت یا جا به جایی است. در انتقال گرما به روش همرفت قسمتی از ماده که گرم شده است به طرف بالا حرکت می کند و قسمت های اطراف آن که هنوز گرم نشده اند جای آن را می گیرند. به این ترتیب انرژی گرمایی از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شده و به تدریج تمام ماده گرم می شود.

علت بوجود آمدن جریان همرفتی:

آیا می دانید علت پیدایش جریان همرفتی چیست؟ برای یافتن پاسخ این سؤال ، ابتدا باید با مفهوم به نام چگالی آشنا شوید. چگالی هر ماده، جرم یک سانتی متر مکعب از آن ماده است. برای مثال اگر شما یک قطعه آهن به حجم یک سانتی متر مکعب را در نظر بگیرید این قطعه آهن ۸/۷ گرم جرم وجود دارد. می گوئیم چگالی آهن ۸/۷ گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی آب خالص ۱ گرم بر سانتی متر مکعب است. جدول زیر ،‌جرم یک سانتی متر مکعب از چند ماده ی مهم را بر حسب گرم (g) را نشان می دهد.

یخ	۰/۹۱	جیوه	۱۳/۶
مس	۸/۹۶	آلومینیم	۲/۷۰
بنزین	۰/۶۸	چوب پنبه	۰/۱۳
طلا	۱۹/۳۲	هوا	۰/۰۰۱۳

اکنون می توان علت بوجود آمدن جریان همرفتی را توضیح داد:
می دانید که وقتی ماده ای گرم می شود منبسط می شود یعنی فاصله ی مولکول های آن از هم بیشتر می گردد. در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد. به همین دلیل است که وقتی یک قسمت از مایع را گرم می کنیم چگالی آن قسمت از مایع کمتر می شود و آن قسمت به طرف بالا حرکت می کند. در این هنگام مایعات اطراف جای آن را پرمی کند. این روال ادامه می یابد و بتدریج تمام مایع گرم می شود.

برای ایجاد جریان همرفتی در یک ماده سه شرط لازم است.۱ – ماده باید مایع یا گاز باشد.۲ – بین دو نقطه ای آن اختلاف دما وجود داشته باشد. یعنی قسمتی از آن گرم و قسمتی دیگر سرد باشد.۳ – قسمت گرم پائین تر از قسمت سرد باشد.

تابش

آزمایش کنید. ص ۶۰
۱ – در یک لوله آزمایش کمی یخ بریزید و روی یخ یک قطعه توری فلزی بیندازید تا یخ را در کف لوله نگهدارد. در یک لوله آزمایش دیگر فقط کمی یخ بریزید. سپس هر دو لوله را تقریباً پر از آب کنید.۲ – قسمت بالای لوله ی اول و قسمت پائین لوله ی دوم را مطابق شکل، روی چراغ الکلی بگیرید. چه مشاهده می کنید؟ در کدام لوله یخ، زودتر آب می شود؟در لوله اول آب به جوش می آید بدون آنکه یخ ذوب شود. در لوله دوم یخ شروع به ذوب شدن می کند و پس از ذوب شدن آب گرم شده به جوش می آید.
به دو پرسش زیر پاسخ دهید.۱ – از این آزمایش،‌ درباره میزان رسانایی گرمایی آب، چه نتیجه ای می توان گرفت؟۲ – در کدام لوله جریان همرفتی بوجود می آید؟ چرا؟

۱-آب رسانای خوبی نیست زیرا گرما را به یخ منتقل نکرد(در لوله اول)۲-در لوله ی دوم، زیرا جریان همرفتی همیشه از پائین به بالا برقرار است.

تابش :

سومین راه انتقال گرما تابش است. در انتقال گرما به روش تابش ، نیازی بوجود ماده نیست. گرمای خورشید به همین شیوه در فضای خالی از ماده (خلاء) منتقل می شود و به زمین می رسد. اگر تا به حال در مقابل یک بخاری برقی یا هیزمی قرار گرفته باشید، انتقال گرما به این روش را بخوبی حس کرده اید.

معمولاً تصور می شود که وقتی مقابل آفتاب قرار می گیریم، نور خورشید ما را گرم می کند.این تصور نه کاملاً غلط است و نه درست. همان طور که می دانید نور خورشید ترکیبی از رنگ های مختلف همچون بنفش ، آبی، سبز، زرد و قرمز است. به این قسمت از نور خورشید نور مرئی می گویند. علاوه بر این در تابش خورشید پرتوهایی نامرئی نیز وجود دارد که یک دسته از آن ها پرتوهای فروسرخ (مادون قرمز) است. این پرتوها وقتی به جسمی بتابد گرمای بیشتر تولید می کنند. پرتوهای فروسرخ، نوعی موج الکترو مغناطیسی به حساب می آیند.
در اتو یا لامپ انرژی الکتریکی به انرژی تابشی تبدیل می شود، در یک لامپ معمولی، حدود ۲۰ درصد از انرژی الکتریکی به نور مرکز و حدود ۸۰ درصد به پرتوهای فروسرخ تبدیل می شود.
بطور کلی هر جسمی در هر دمایی که باشد، همواره مقداری انرژی تابشی از محیط اطراف خود دریافت می کند و مقداری انرژی تابشی در محیط منتشر می سازد. وقتی یک جسم گرم و یک جسم سرد در کنار هم قرار می گیرند،‌مقدار انرژی که جسم سرد می گیرد، بیش از مقداری است که به محیط می دهد بنابراین گرما به تدریج از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود تا این که دو جسم به دمای تعادل برسند یعنی با هم، هم دما شوند.

گرم سازی و سرد سازی :
گاه انسان برای رسیدن به دمای مناسب و مورد نظر گاهی مجبور است دما را کاهش و گاهی افزایش دهد. این کار چگونه انجام می گیرد؟

گرم سازی :

باید بدانیم که گرم سازی نیاز به یک منبع گرما دارد. این منبع گرما ممکن است آتش حاصل از تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی گرمایی، گرمای حاصل از جریان برق یا گرمای خورشید باشد.
بخاری نفتی معمولاً یک جریان همرفتی در اتاق ایجاد می کند که سبب می شود اتاق گرم شود. یکی دیگر از وسایل گرم کننده،‌در محیط های مسکونی شوفاژ است. در شوفاژ ، آب در مجاورت منبع گرما داغ می شود. (در موتور خانه شوفاژ) و سپس از طریق لوله هایی به درون رادیاتورها که در محیط نصب شده است،‌حرکت می کند. وقتی رادیاتور داغ می شود هوای اطراف خود را گرم می کند و محیط را به روش همرفت گرم می کند.

جلوگیری از اتلاف گرما:

همان طور که می دانید بعضی از منابع انرژی مورد استفاده ما هم چون خورشیدی،‌انرژی باد و آب های جاری که به آن مربوط می شوند و نیز انرژی گرمایی درون زمین و انرژی امواج و جزر و مد، انرژی هایی هستند که تا مدت ها در اختیار ما خواهند بود. به این زودی تمام نخواهد شد. از این رو به آنها منابع انرژی تمام نشدنی می گویند. در مقابل بعضی دیگر از منابع انرژی هم چون نفت، زغال سنگ گاز طبیعی منابع تمام شدنی هستند.

فکر کنید :‌ص ۶۶
یکی از راه های جلوگیری از اتلاف گرما استفاده از پنجره ی دو لایه است. به نظر شما پنجره ی دو لایه با کدام یک از راههای انتقال گرما از هدر رفتن گرما جلوگیری می کند؟

چون بین دو لایه مقداری هوا قرار می گیرد و هوا هم عایق است و از انتقال گرما به طریق رسانایی جلوگیری می کند.

سردسازی :

انسان برای رسیدن به دمای مناسب مجبور است دمای موجود را افزایش یا کاهش دهد، اما بهتر است بدانید که به طور کلی گرم سازی بسیارآسان تر از سردسازی است. سردسازی معمولاً با استفاده از تبخیر مایع ها انجام می شود. زیرا هر گاه مایعی بخواهد تبخیر شود. برای تبخیر شدن مقداری گرما از محیط اطراف خود جذب می کند واین امر سبب می شود که دمای محیط اطراف کاهش یابد.
در یخچال ها،‌سردخانه ها و کولرهای گازی نیز تبخیر یک مایع سبب سرد شدن محیط داخل آن می شود.برای مثال در یخچال مایعی به نام فریون در داخل لوله هایی که در قسمت یخ ساز قرار دارد وارد می شود. این مایع گرما را از آن محیط می گیرد بخار می شود.
در نتیجه موادی که داخل یخچال هستند، کاملاً سرد می شوند. سپس فریون که حالا به بخار تبدیل شده است،‌از طریق لوله به محیط خارج از یخچال منتقل و بوسیله ی موتور الکتریکی یخچال فشرده می شود و گرمای خود را از دست می دهد . … فریون دوباره به مایع تبدیل و به درون یخ ساز فرستاده می شود. این عمل آن قدر ادامه می یابد که یخچال کاملاً سرد می شود.

آزمایش کنید. ص ۶۷
مقداری الکل روی دست خود بریزید و به آن فوت کنید. چه اتفاقی می افتد؟ چرا؟
آیا می توانید توضیح دهید که چرا در قدیم آب را برای خنک شدن داخل کوزه نگهداری می کردند؟
-دست ما احساس سرما می کند. زیرا ا لکل به سرعت تبخیر شده و گرمای زیادی را از دست ما می گیرد.
چون کوزه از گل زمین پخته ساخته شده مقداری از آب درون آن به بیرون تراوش می کند، آب سطح کوزه برای تبخیر شدن گرما از درون کوزه گرفته و آب درون آن خنک می شود.

کار و گرما :

یکی از مهم ترین موارد استفاده از گرما، استفاده از آن در صنعت و به حرکت درآوردن انواع ماشین هاست. این کار از طریق تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی انجام می شود. دستگاهی که انرژی گرمازا به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. ماشین گرمایی نام دارد، ماشین گرمایی انواع گوناگونی دارد.

موتور اتومبیل :

: موتور اتومبیل ها و موتور سیکلت ها یکی از رایج ترین انواع ماشین های گرمایی است. در این نوع موتورها، ابتدا مخلوطی از سوخت و هوا به داخل یک محفظه فلزی ‌استوانه ای شکل ،‌به نام سیلندر مکیده می شود. (مرحله مکش)، سپس با بالا آمدن پیستون این مخلوط فشرده می شود (مرحله فشرده شدن)، پس از آن شمع اتومبیل جرقه می زند و مخلوط را مشتعل می کند (مرحله آتش گرفته) و در مرحله ی آخر، پیستون دوباره به بالا حرکت می کند و دودهای حاصل از سوختن مخلوط را به بیرون می راند( مرحله خروج دود) به چنین موتوری چهارزمانه می گویند.

اطلاعات جمع آوری کنید: ص ۷۰
۱ – کاربراتور چه نقشی در اتومبیل برعهده دارد؟۲-در اتومبیل اگر نسبت مقدار هوایی که با سوخت مخلوط می شود مناسب نباشد چه مشکلاتی بوجود می آید؟

- مخلوط کردن بنزین یا هوا به نسبت معین برای سوختن
- احتراق به خوبی انجام نمی گیرد، سوخت کامل نمی سوزد واتومبیل دود سیاه می کند وموتور به خوبی کار نمی کند.

موتور جت :

نوع دیگری از موتورهایی گرمایی موتور جت است. از موتور جت معمولاً در هواپیما استفاده می شود. موتور جت پیستون ندارد، بلکه هوا به وسیله یک دمنده به داخل موتور جت دمیده می شود و می سوزد و مقدار زیادی گاز( گازهای داغ) با فشار زیاد تولید می کند. این گازها که با سرعت زیاد از داخل موتور جت خارج می شوند، در مسیر خود، چرخ دایره دار بزرگی به نام توربین را که در سر راه قرار دارد به حرکت در می آورند.

موتور موشک :

موتور موشک به عنوان سومین ماشین گرمایی،‌خود نوعی موتور جت است. در موتور موشک سوخت با اکسیژن مخلوط می شود و در محفظه ی احتراق می سوزد. در نتیجه این عمل، مقدار زیادی گاز داغ با سرعت زیاد از انتهای موشک خارج می شود.همانطور که بادکنک هنگام حرکت در جهت مخالف هوایی که از درونش خارج می شود. حرکت می کند، موشک نیز در جهت مخالف گازهای داغ که از انتهای آن خارج می شود به طرف جلو حرکت می کند.
موشک ها چون می توانند اکسیژن مورد نیازشان را با خود حمل کنند،‌ بنابراین در خارج از جو زمین و مسافرت های فضایی مورد استفاده قرار می گیرند.

پرسش وپاسخ فصل ۴
۱- گرماچیست؟

گرما صورتی از انرژی است که اگر به جسمی داده شود جنبش ذرات آن بیشتر واگر از ماده گرفته شود جنبش ذرات آن کم می شود

۲- انرژی درونی یک ماده به چه جیزهایی بستگی دارد؟
به انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل ذرات موجود در ماده بستگی دارد

۳ – دما چیست؟
مقدار گرمایی است که به یک کیلوگرم ماده ی جامد در نقطه ذوب داده می شود تا از حالت جامد به مایع درآید.

۴- گرمای نهان ذوب چیست ؟
مقدار گرمایی است که به یک کیلو گرم ماده ی جامد داده می شود تا از جامد به مایع تبدیل شود

۵ – گرمای نهان میعان چیست؟
مقدار گرمایی است که به یک کیلوگرم ماده ی جامد در نقطه ذوب داده می شود تا ازحالت جامد به مایع درآید.

۶ – تفاوت اجسام سرد با اجسام گرم از نظر انرژی تابشی چیست؟
اجسام سرد انرژی بیشتری دریافت می کنند و کمتر صادر می کنند اما اجسام گرم انرژی کمتری را گرفته و انرژی بیشتر را صادر می کنند.

۷ – برای عمل سرد سازی از کدام تغییر حالت ماده استفاده می شود؟
تبخیر – میعان

۸ – موتور اتومبیل دارای چند مرحله است ؟ نام ببرید؟
مکش – تراکم – انفجار – تخلیه

گرما:

 صورتی از انرژی است که در اثر اختلاف دما از جسم گرم به جسم سرد منتفل می شود.
واحدا اندازه گیری گرما ژول (J) است ولی از واحدهای دیگر چون کالری (Cal) و کیلوکالری(Kcal) نیز استفاده می شود.
تعریف کالری:

 مقداری گرمایی است که به یک گرم از جسم داده می شود تا دمای آن 1⁰C افزایش یابد.

انرژی درونی:

 به مجموعه ی انرژی های ذرات سازنده ی هر ماده انرژی درونی آن ماده می گویند.

عوامل موثر بر انرژی درونی:1- تعداد ذرات سازنده ی هر ماده.

نکته1: هر چه ذرات سازنده ی یک ماده بیش تر و انرژی هر ذره ی آن زیادتر باشد، انرژی درونی آن ماده بیش تر است.نکته2: انرژی پتانسیل هر یک از ذرات سازنده ی هر ماده در اثر نیرویی است که از طرف ذرات اطراف به آن وارد می شود، به وجود می آید.
اثرات گرما:1- تغییر ماده:

 گرما می تواند دمای اجسام را تغییر دهد یعنی باعث افزایش دمای اجسام می گردد.

2- انبساط و انقباض(تغییر طول، سطح و حجم):

 گرما(غیر از موارد استثنایی) باعث حجم اجسام می شود. یعنی باعث می شود حجم جسم بیش تر شود.

3- تغییر حالت:

 گرما می تواند سبب تغییر حالت اجسام شود.
هریک از تغییر حالت های زیر بر اثر وجود یا عدم وجود گرما در اجسام رخ می دهد:الف) ذوب: تبدیل جامد به مایع در اثر گرفتن گرماب) انجماد: تبدیل مایع به جامد بر اثر از دست دادن گرماج) تبخیر: تبدیل مایع به بخار (گاز) در اثر گرفتن گرماد) میعان: تبدیل گاز به مایع در اثر از دست دادن گرماه) تصعید(فرازش): فرازش تبدیل جامد به بخار در اثر گرفتن گرماو) چگالش (تبرید): تبدیل بخار (گاز) به جامد در اثر از دست دادن گرما

- گرما باعث افزایش سرعت واکنش های شیمیایی می شود.

5- گرما باعث می شود چگالی(جرم حجمی) فلزات تغییر کند.

6- گرما را مستقیما می توان به انرژی الکتریکی تبدیل کرد.

انرژی درونی یک جسم می تواند از راههای زیر افزایش یابد:1- انجام کار
2- انتقال انرژی گرمایی
3- به هر دو طریق
دما: دما یک کمیت نسبی و مقایسه ای است که میزان گرمی و سردی اجسام را نشان می دهد.

مقیاس های اندازه گیری دما:1- دماسنج سلسیوس(سانتی گراد):

 در این دماسنج نقطه ذوب یخ خالص صفر و نقطه ی جوش آب خالص صد انتخاب شده است و فاصله ی بین صفر تا صد به صد قسمت مساوی تقسیم شده است.
نکته:دما بر حسب درجه سانتی گراد را نماد Ө (تتا) نشان می دهند.

2- دمای مطلق (کلوین) Tk :

در این دماسنج نقطه ذوب یخ 273 ونقطه جوش آب 373 وفاصله بین این دو عدد به 100 قسمت مساوی تقسیم شده است.

3- فارنهایت (F) :

در این دماسنج نقطه ذوب یخ 32 و نقطه جوش آب 212 انتخاب شده و فاصله ی بین این دو عدد به 180 درجه تقسیم شده است.

4- رئومور (R):

در این دماسنج نقطه ذوب یخ صفر و نقطه جوش آب 80 انتخاب شده و فاصله بین این دو عدد به 80 قسمت تقسیم شده است.

رابطه بین دما در دماسنج های متفاوت:برای تبدیل هر یک از مقیاس های اندازه گیری دما به یکدیگر می توان از رابطه ی مقابل استفاده کرد:

برای تبدیل دما برحسب درجه سانتی گراد به مقیاس های دیگر از روابط زیر نیز می توان استفاده کرد:

دمای مطلق T = Ө + ۲۷۳

 فارنهایت F = ۱.۸c + ۳۲

رئومور R = ۰.۸c

گرمای نهان ذوب :

 گرمایی که یک جسم جامد در نقطه ذوب می گیرد تا درهمان دما از حالت جامد به مایع تبدیل شود.

گرمای نهان انجماد:

 مقدار گرمایی که مایع در نقطه انجماد از دست می دهد تا در همان دما از مایع به جامد تبدیل شود.

گرمای نهان تبخیر :

 مقدار گرمایی که یک مایع در نقطه جوش خود می گیرد تا در همان دما به بخار تبدیل شود.

گرمای نهان میعان :

 مقدار گرمایی که بخار در دمای میعان از دست می دهد تا در همان دما به مایع تبدیل شود.

راههای انتقال گرما:

معمولا گرما از جای گرمتر به جای سردتر منتقل می شود. این گرما به سه روش شارش می یابد:1- رسانش (رسانایی)
2- همرفت (کنوکسیون)
3- تابش
1- رسانش(رسانایی)اگر سر یک میله فلزی را در کنار یک جسم گرم قرار دهیم، طرف دیگر میله گرم می شود، علت گرم شدن میله آن است که مولکولهای مجاور چشمه ی گرم، گرم شده و با دامنه ی بیش تری ارتعاش می یابند، در نتیجه هر مولکول به مولکول مجاور خود ضربه زده و دامنه ارتعاش آن را بیش تر می کند، به این ترتیب گرما در داخل جسم منتشر می شود.

-انتقال گرما به وسیله مولکولها، اتم ها و الکترون های آزاد یک جسم به مولکولها و اتم های دیگر آن جسم را رسانش گرما می گویند.

قابلیت رسانش جامدات به جنس آن ها بستگی دارد. به طوریکه در فلزات رسانش بسیار قوی و سریع است به همین دلیل آن ها را رسانای گرما می نامند ولی موادی مانند شیشه، چوب، پلاستیک گرما را بسیار آهسته منتقل می کنند به همین دلیل آن ها را نارسانا(عایق) می نامند.
در بین فلزات رسانایی نقره، مس، طلا، آلومینیوم بیش تر از بقیه است.
مایعات

2- همرفت(کنوکسیون)می خواهیم ظرف آبی را به وسیله چراغی گرم کنیم، اگر شعله به یک قسمت از ظرف آب نزدیک باشد، پس از مدتی مشاهده خواهیم کرد تمام آب به جوش می آید. علت این پدیده آن است که آب در مکانی که گرما می گیرد منبسط و سبک می شود و به طرف بالا حرکت می کند و آب سرد که سنگین تر است جای آن را می گیرد. این عمل آن قدر ادامه می یابد تا آنکه همه ی آب گرم شده و سرانجام به جوش می آید.
عملی که در آن انتقال گرما از راه انتقال مولکول ها صورت می گیرد، همرفتی یا جابه جایی نامیده می شود.نکته: در مایعات و گازها(سیالات) که مولکول ها به آسانی می توانند جابه جا شوند، گرما از راه همرفتی منتقل می شود.
وجود جریان های گرم و سرد دریایی و انواع بادها در اثر جریان همرفتی به وجود می آید.
دستگاه آب گرم کن (شوفاژ)، دودکش کارخانه ها، لامپ های گازی بر اساس همین پدیده عمل می کنند.

چگالی به دو عامل بستگی دارد:1- جرم جسم(m) چگالی با جرم رابطه مستقیم دارد. یکای اندازه گیری جرم Kg (کیلوگرم) یا گرم (g) است.2- حجم جسم (V) چگالی با حجم جسم رابطه عکس دارد. یکای اندازه گیری حجم متر مکعب  () یا سانتی متر مکعب است.
چگالی ρ از رابطه زیر بدست می آید.

یکای اندازه گیری چگالی :

الف) اگر جرم بر حسب Kg و حجم بر حسب باشد واحد چگالی (کیلو گرم بر متر مکعب )است.

ب) اگر جرم برحسب گرم(g) و حجم بر حسب سانتی مترمکعب   است.
برای تبدیل به  مقدار چگالی را بر 1000 تقسیم می کنیم.
برای تبدیل به مقدار چگالی را در 1000 ضرب می کنیم.

با توجه به مفهوم چگالی، علت جریان همرفتی را توضیح می دهیم،
وقتی ماده ای گرم می شود، منبسط می شود یعنی فاصله ی بین مولکولهای آن بیش تر شده در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد در آن قسمت به طرف بالا حرکت می کند. در این هنگام مایعات اطراف جای آن را می گیرند و به تدریج تمام مایع گرم می شود.

شرایط لازم برای ایجاد جریان همرفتی :1- ماده مایع یا گاز باشد.
2- بین دو نقطه اختلاف دما وجود داشته باشد یعنی قسمتی از آن گرم و قسمتی سرد باشد.
3- قسمت گرم با پایین تر از قسمت سرد باشد.
تابش: در انتقال گرما به روش تابش، نیازی به وجود ماده نیست، در این طریق گرما به صورت نور یا امواج الکترومغناطیسی از چشمه های داغ و ملتهب به اطراف گسیل می شود.
یک دسته از امواج الکترومغناطیسی، پرتوهای فرو سرخ هستند این پرتوها وقتی به جسمی بتابند گرمای زیادی تولید می کنند.
در تابش ماده منتقل نمی شود لذا نیازی به محیط مادی یا مولکولهایی که انرژی گرمایی را منتقل کنند نیست، یعنی می توانند در خلا نیز انجام گیرد.

چند نکته مهم:
1- میزان تابش گرمایی یک جسم بستگی به دمای مطلق جسم و سطح خارجی آن دارد.2- اجسامی که پرتوهای گرما را خوب تابش کنند، این پرتوها را به خوبی جذب می کنند.3- اجسامی که سطح آن ها به رنگ تیره است یک تابش کننده بسیار خوب و همچنین جذب کننده بسیار خوبی نیز هستند.4- اجسامی که سطح آن ها بسیار صیقلی است یک تابش کننده و جذب کننده بسیار ضعیف هستند، این اجسام بازتابنده خوب تابش های گرمایی هستند.

- تابش گرمایی از سطح همه اجسام و در هر دمایی صورت می گیرد و باعث کاهش دمای آن ها می شود.
- تابش گرمایی در سطح همه اشیا جذب شده و باعث افزایش دمای آن ها می شود.

نکته: انتقال گرما به طریق تابش بسیار سریع (با سرعت نور) صورت می گیرد اما در روش های رسانایی و همرفتی بسیار کند است.
سرعت انتقال گرما ازطریق همرفتی < سرعت انتقال گرما ازطریق رسانایی < انتقال سرعت گرما ازطریق تابش

منابع گرما در اتاق:1- بخاری نفتی، گازی، برقی

 این اجسام از دو طریق اتاق را گرم می کنند:
      الف- ایجاد جریان همرفتی در هوای اتاق
      ب- انتقال گرما از طریق تابش
2- شوفاژ

 در شوفاژ دو جریان همرفتی به وجود می آید:
      الف- جریان همرفتی در آب درون لوله های شوفاژ
      ب- جریان همرفتی در هوای اتاق.

 این انرژی ها تا مدت ها در اختیار ما خواهند بود و این انرژی به زودی تمام نمی شود.
مانند انرژی خورشیدی، انرژی باد، آب های جاری ، انرژی گرمایی درون زمین، انرژی امواج جزر و مد

2- منابع انرژی تجدید ناپذیر (تمام شدنی):

این انرژی ها تنها یک بار قابلیت مصرف دارند و منابع آن ها محدود است و پس از مدتی از بین می روند.
سوخت فسیلی(نفت، گاز، زغال سنگ) و سوخت های هسته ای از این دسته منابع هستند.

با توجه به افزایش روز به روز جمعیت و کاهش روز افزون منابع انرژی و سوخت باید در مصرف انرژی صرفه جویی کنیم.

یکی راههای صرفه جویی، جلوگیری از اتلاف گرما در خانه، مدرسه و اداره هاست.
1- پوشاندن درزهای در و پنجره

2- دو لایه کردن شیشه های پنجره

سرد سازی:

 سردسازی معمولا با استفاده از تبخیر مایعات انجام می گیرد، زیرا هر گاه مایعی بخواهد تبخیر شود، برای تبخیر شدن، مقداری گرما از محیط اطراف خود جذب می کند و این سبب می شود که دمای محیط اطراف کاهش یابد.
در یخچال ها، سرد خانه ها، کولرهای گازی و آبی نیز تبخیر یک مایع سبب سرد شدن محیط داخل آن می شود.
در یخچال مایعی به نام فریون در داخل لوله هایی که در قسمت یخ ساز قرار دارد وارد می شود، این مایع گرما را از آن محیط می گیرد و بخار می شود، در نتیجه مواد داخل یخچال سرد می شوند.
بخار فریون از داخل لوله به محیط خارج از یخچال منتقل می شود، در این موقع به وسیله ی موتور الکتریکی یخچال فشرده می شود و گرمای خود را از دست می دهد و دوبار به مایع تبدیل می شود و به درون یخ ساز فرستاده می شود، این عمل آن قدر ادامه می یابد تا داخل یخچال کاملا سرد شود.

کولر گازی نیز مانند یخچال عمل می کنند، قسمت سرد کولر داخل اتاق و قسمت گرم آن ها در هوای بیرون اتاق است. هنگامی که کولر کار می کند از هوای درون اتاق گرما گرفته و به هوای بیرون اتاق داده می شود بنابر این هوای اتاق چشمه سرد و هوای بیرون چشمه گرم است.

کاروگرما:یکی از موارد مهم استفاده از گرما، استفاده از آن در صنعت و به حرکت در آوردن انواع ماشین هاست. این کار از طریق تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی انجام می شود.
دستگاهی که انرژی گرمایی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، ماشین گرمایی نام دارد.
انواع ماشین های گرمایی:1- درون سوز    الف) توربینی
    ب) پیستونی        - بنزینی: گاز داغ را بر اثر انفجار تولید می کنند. این گاز خارج نمی شود بلکه یک پیستون را به حرکت در می آورد.
       - دیزلی: شبیه موتورهای بنزینی است، در موتورهای دیزلی ابتدا به جای مخلوط سوخت و هوا، تنها هوا وارد سیلندر می شود، در این حالت هوا کاملا متراکم شده و دمای آن بالا می رود. سپس سوخت به داخل آن پاشیده می شود، چون دمای هوا بسیار بالا است برای آتش زدن سوخت نیاز به شمع جرقه زن نیست، در این موتورها، بخشی از گرمای حاصل از انرژی سوخت، همراه دودهای خارجی به محیط داده می شود بنابر این نمی توان در موتورهای دیزلی همه گرمای حاصل از سوخت را به کار تبدیل کرد.
2- برون سوز:

 در این ماشین ها، چون گرما توسط کوره(یعنی بیرون دستگاه) به آب داده می شود این نوع ماشین ها را برون سوز می نامند. ماشین های بخار از این دسته هستند.
ماشین بخار برای اولین بار توسط دانشمندی به نام جیمز وات اختراع شد، در این ماشین، آب در یک مخزن در بسته (شبیه دیگ زودپز) به جوش می آید و مقداری بخار با فشار زیاد تولید می کنند. این بخار از طریق یک لوله به یک استوانه(سیلندر) منتقل می شود و پیستون را به حرکت در می آورد وقتی پیستون تا انتهای استوانه به عقب رفت، جهت ورود بخار به استوانه عوض می شود و در جهت مخالف به پیستون فشار می آورد تا به طرف جلو حرکت کند.

 موتورهای موشک نوعی موتور جت است.

 اگر شما بادکنک را باد وسپس رها کنید بادکنک در اثر خروج باد از دهانه آن حرکت می کند.
هوا در یک جهت از بادکنک خارج می شود و باعث می شود بادکنک در جهت مخالف رانده شود.
موتورهای موشکی و جت نیز به همین ترتیب کار می کنند.
در این موتورها سوخت با اکسیژن مخلوط می شود و در محفظه ی احتراق می سوزد در نتیجه مقدار زیادی گاز داغ با سرعت زیاد از انتهای موشک خارج می شود و باعث حرکت موشک در جهت مخالف گازهای داغ به طرف جلو می شود.

موشک ها می توانند اکسیژن مورد نیازشان رابا خود حمل کنند، بنابر این در خارج از جو زمین و در مسافرت های فضایی مورد استفاده قرار می گیرند.

انرژی گرمایی « Thermal Energy   »

- یک نمونه ماده از تعداد بسیاری ذره « مولکول ، اتم یا یون » تشکیل شده است . هر یک از این ذرات دارای جنبش های مختلفی [ انتقالی ، ارتعاشی ، دورانی یا چرخشی و...] هستند.

*) به مجموع انرژی های جنبشی « انتقالی ، دورانی یا چرخشی و ... » ذرات سازنده ی یک نمونه ماده [ انرژی گرمایی ] آن نمونه ماده می گویند.

- واحد اندازه گیری انرژی گرمایی در دستگاه « SI » ژول « J » است . اما استفاده از کالری « cal » که واحد قدیمی تر است هنوز هم متداول است.

*) یک کالری مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای – یک گرم آب از « 5/14 درجه ی سانتی گراد به 5/15 درجه » در فشار ثابت است.

*) یک کالری برابر: [ 184/14 ژول ، J 184/14 = cal1] است.

- ژول و کالری هر دو واحد کوچکی هستند. در عمل، بیشتر از « کیلو ژول، KJ » و «کیلوکالری، Kcal » ، استفاده می شود.

*) یک [ ترمی ] برابر « 1000 کیلو ژول » است .

گرما « Heat » : انرژی گرمایی انتقال یافته از جسمی به جسم دیگر را گرما می گویند. بنابر این واحد گرما همان واحد انرژی گرمایی است. گاهی اوقات این دو اصطلاح در معنای یکدیگر نیز به کار می روند. امروزه می دانیم که گرما صورتی از انرژی است که از جسم گرم تر به جسم سرد منتقل می شود.

- این شکل از انرژی تنها در صورتی انرژی گرمایی نامیده می شود که در جریان انتقال از جسمی به جسم دیگر باشد و به محض اینکه به جسمی منتقل شد، به شکل انرژی درونی آن جسم در می آید و دیگر صورتی از انرژی گرمایی نیست.

- هنگامی که یک جسم گرم باشد، انرژی درونی ان بیشتر از آن زمانی است که آن جسم سرد است.

*) انرژی درونی یک جسم را به صورت مجموع انرژی های جنبشی و پتانسیل مولکول های آن جسم تعریف می کنیم.

دما ( Temperature ): میانگین انرژی های جنبشی ذرات تشکیل دهنده ی یک ماده است.

- دمای بالاتر نشان دهنده ی آن است که شدت جنبش های ذرات ماده بیشتر است.

- دما همچنین جهت انتقال خود به خودی انرژی گرمایی را مشخص می کند.

- گرما از جسم گرم تر« دارای دمای بیشتر » به جسم سردتر « دارای دمای کمتر » منتقل   می شود و این انتقال ، تا زمانی که دمای دو جسم برابر شود و اصطلاحاً به [ تعادل گرمایی ] برسند ادامه می یابد.

*) در واقع برای مقایسه ی شدت حرکت ذره ها با هم، از کمیتی نسبی به نام « دما » استفاده می کنند. یا دما معیاری از میانگین ( متوسط ) سرعت حرکت ذره های یک ماده است.

باافزایش دما ، میانگین شدت و سرعت حرکت ذره ها بیشتر می شود. پس ، در دو جسم که دمای برابر دارند ، میانگین سرعت حرکت ذره ها برابر است.

*) ریشه واژه سانتی گراد: سانتی گراد از واژه های لاتین « سنتوم، Centum » به معنی «صد» و گرادوس « Gradus » به معنی یک در جه گرفته شده است.

- مقیاس قارنهایت، به یاد [ دانیل گابریل فارنهایت ابزارساز آمستردامی «هلندی» ] که برای اولین بار جیوه را در سال 1724 میلادی به عنوان ماده ی دماسنجی به کاربرد، نام گذاری شده است.

- در مقیاس فارنهایت نفاط ذوب یخ و جوش آب به ترتیب با اعداد 32 و 212 نشان داده     می شوند.

دماسنج چیست؟ 

- دما را با ابزاری به نام دماسنج اندازه می گیرند.

- به عبارت دیگر دماسنج وسیله ای است که دمای یک سیستم را به روش کمی اندازه گیری می کند.

- آسان ترین روش اندازه گیری دما دست یابی به ماده ای است که ویژگی خاصی از آن [مثل حجم ، مقاومت الکتریکی ، رنگ ، انقباض و انبساط ، تغییر فشار گاز و مانند اینها ] به طور منظم با دما تغییر کند.

- وقتی مخزن دماسنج را درون یک ماده ی معین مثلاً مقداری آب قرار دهیم ، پس از مدتی با آن تعادل گرمایی می رسد «با آب هم دما می شود ».

- در این هنگام دمایی که دماسنج نشان می دهد همان دمای آب است.

- در واقع اساس کار یک دماسنج از هر نوعی که باشد بر پایه ی اندازه گیری « تغییر یک ویژگی فیزیکی » است.

*) برای تبدیل از سلسیوس به فارنهایت : درجه سانتی گراد را در ( 8/1 ) ضرب و ( 32) را به آن اضافه کنید.

- سر ویلیام سیمنز ، در سال 1871 ، دماسنجی را پیشنهاد کرد که واسطه ی آن یک رسانای فلزی بود و مقاومت آن با دما تغییر می کرد. فلز پلاتین در دماهای بالا اکسید   نمی شد و تغییر نسبتاً یکنواختی در مقاومت بادما در محدوده ی وسیع دارد.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->- دماسنج مقاوم پلاتینی امروزه به طور گسترده به عنوان دماسنج « ترمو الکتریکی » به کار برده می شود و محدوده های دمائی بین [ 260 تا c   1235 ] را پوشش می دهد.

- سیبک در سال 1826 ، به این نتیجه رسید که وقتی سیم های فلزات مختلف در یک سر به هم جوش و گرما داده شوند جریانی از یک سیم به سیم دیگر جاری خواهد شد. نیروی محرکه ی الکتریکی تولید شده می تواند به طور کمی به دما مرتبط شده و در نتیجه، سیستم به عنوان یک دماسنج – معروف به رفع گرمائی – به کار برده می شود. رفع گرمائی در صنعت استفاده می شود و در آن از فلزات مختلف [ پلاتین و پلاتین- رودیم ] ، [ نیکل-کروم و نیکل و آلومینیوم ] استفاده می شود.

*» برای اندازه گیری دماهای بسیار کم ، مغناطیس پذیری یک ماده ی پارامغناطیس ی «مثل بیسموت » به عنوان کمیت فیزیکی دماسنجی به کار برده می شود. در مورد بعضی عناصر، مغناطیس پذیری به طور معکوس با دما تغییر می کند.

- بلورهائی از قبیل [ منیزیم نیترات سدیم دار و زاج پتاسیوم کروم دار] برای اندازه گیری دماهای تا « K 05/0 » به کار برده شده اند.

- این بلور ها در محدوده ی هلیم مایع درجه بندی  می شوند

است

 چرا بدن، دمای خود را تقریباً ثابت نگه می دارد؟

*» بسیاری از فرآیند های زیستی در بدن، تحت کنترل آنزیم ها انجام می شود. با افزایش دما ، اغلب آنزیم ها تغییر ساختار می دهند یا تخریب می شوند و عملکرد آنها مختل و فرآیند های زیستی متوقف می شود.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->- برای مثال در دمای بالا تر از (C 41 ) [ به خصوص در کودکان ] تشنج به شخص دست می دهد و آسیب های جدی به مغز وارد می شود.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->گرمازدگی- نیز در دمای (C  41 ) اتفاق می افتد. در این حالت، تولید عرق متوقف و پوست داغ و خشک می شود. سرعت ضربان قلب افزایش می یابد و تنفس تند و ضعیف می شود، شخص گرمازده بی حال شده و به حالت[ کوما Coma ] می رود.

*» بهترین درمانی که باید بسیار سریع برای شخص گرمازده انجام دهید، این است که او را در حمام آب یخ غوطه ور سازید.

<!--[if !vml]--><!--[endif]--> <!--[if !vml]--><!--[endif]-->سرما زدگی- در سرما زدگی ، دمای بدن تا حدود (C  5/28 ) پایین می آید. شخص سرما زده رنگ پریده به نظر می رسد و ضربان قلب او نا مرتب می شود.

*» در دمای زیر (C  7/26 ) شخص از هوش می رود و تنفس او کند و ضعیف می شود و اکسیژن بافت کاهش می یابد. در این حالت ، برای تهیه ی اکسیژن و افزایش حجم خون باید از[ سرم قندی- نمکی ] استفاده کرد.

<!--[if !vml]--><!--[endif]--> <!--[if !vml]--><!--[endif]-->- کاهش دما و کند شدن ضربان قلب در جراحی قلب به کا می آید . برای انجام [ جراحی قلب باز ] ، دمای بدن بیمار را تا حدود « C  28-30» پائین می آورند. برای مثال در پیوند عروق کرونر ، قلب بیمار از گردش طبیعی جریان خون جدا می شود و برای کند شدن فعالیت های زیستی و وارد شدن کمترین آسیب ممکن به بافت قلب ، تا [ زیر دمای C  15 ] سرد   می شود.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->-  در طول جراحی ، قلب [ با یک محلول نمکی C  4 ] شست و شو داده می شود.

کوما Coma : کوما حالتی است که به نظر می رسد فرد خواب است در حالی که قادر به احساس یا پاسخ به تحریکات خارجی و نیاز های درونی نیست.

گرما و تغییر جنسیت :

جنسیت تخم های برخی خزندگان ، مثل لاک پشت ها و تمساح ها، با مقدار گرمائی که به آنها می رسد، تعیین می شود.

اندازه گیری گرما ( کالری ):

- گرما به طور معمول بر حسب یکای کالری « Cal » در وسیله ای به نام گرماسنج «کالریمتر» اندازه گیری می شود.

*» یک کالری گرمای مورد نیاز برای بالا بردن دمای [ یک گرم (1g ) آب به میزان یک درجه ی سانتی گراد (    1 ) ] است.

- یک کیلو کالری (Kcal ) برابر ( 1000 کالری ) است.

انواع گرماسنج ( کالریمتر ):

1- گرماسنج ساده- که به طور معمول برای تعیین ظرفیت گرمای ویژه ی فلزها به کار      می رود. در این گرماسنج، نمونه گرمای خود را به آب اطراف محفظه ی نمونه می دهد. گرماسنج، این گرما را درون آب نگه می دارد. مقدار آب و افزایش دمای آب، مشخص می کند که گرمای نمونه چند کالری است.

2- گرماسنج بمبی: که اغلب برای اندازه گیری گرمای آزاد شده از سوختن مواد به کار      می رود. این گرماسنج دارای دو محفظه است.

- محفظه ی بیرونی آن حاوی مقداری آب، همزن و دماسنج است و در محقظه ی درونی، ظرف نمونه قرار دارد.

- فضای درونی محفظه از گاز اکسیژن پر شده است. با عبور جریان از یک رشته که به منبع الکتریکی متصل است و درون ظرف نمونه قرار دارد، واکنش سوختن آغاز می شود.

- گرمای آزاد شده ، آب درون محفظه ی بیرونی را گرم می کند.

*» تغییر دما و مقدارآب ، تعیین کننده ی گرمای سوختن نمونه است.

3- گرماسنج لیوانی: این گرماسنج برای اندازه گیری گرمای حاصل از فرآیند های فیزیکی و شیمیایی به کار می رود.

- این گرماسنج از یک لیوان پلاستیکی دردار که به وسیله ی پشم شیشه یا پارچه ی پشمی عایق بندی شده و در آن دماسنجی قرار دارد درست شده است.

4- گرماسنج شعله ای: که برای اندازه گیری ارزش غذایی مواد آلی خوردنی « غذائی » مانند [ روغن، مواد قندی و ... ] به کار می رود.

- نمونه ی مایع پس از سوختن ، آب اطراف محفظه ی سوختن را گرم می کند. تغییر دما و مقدار آب ، تعیین کننده ی گرمای سوختن نمونه است.

بیشتر بدانید:

- پخت سریع غذا در فرهای مایکروویو:

- با روشن کردن یک فر مایکروویو، امواج مایکروویو، که طول موج [ cm3-300] دارند و بخشی از طیف الکترو مغناطیسی هستند، به مولکول های غذا تابیده می شود و با حرکت درونی مولکول های غذا، تداخل و تمام غذا را به طور یکنواخت گرم می کند.

- این روش پخت با پخت معمولی غذا که در آن، ابتدا مولکول های سطح خارجی غذا گرم و سپس گرما به تدریج به مولکول های سطوح زیرین و مرکز غذا منتقل می شود، کاملاً متفاوت است. در فر مایکروویو، هم زمان تمام قسمت های غذا به طور یکنواخت گرم می شود. بنابراین زمان پخت بسیار کوتاه است

فرکانس های غذاپز:

- در آون ریز موج، ماده ی غذائی در معرض تابش هائی با فرکانس « بسامد » [GHZ3«سه گیگا هرتز یا سه میلیارد هرتز»] که با چرخش مولکول های آب مطابقت دارند، قرار می گیرد. با جذب این تابش ، انرژی دورانی مولکول های آب افزایش می یابد. این افزایش انرژی از طریق برخورد های مولکولی موجب بالا رفتن دمائی ماده ی غذائی می شود.

فصل5

بشر از دیر باز به فکر مطالعه درباره زمین و ساختمان درونی آن بوده است از آنجا که مطالعه مستقیم اعماق زمین غیر ممکن است بیش تر مطالعات درباره زمین به روش غیر مستقیم است.

عمیق ترین چاهی که جهت مطالعه مستقیم حفر شده است در شوروی سابق حدود 13 کیلومتر است در صورتی که شعاع کره زمین در حدود 6400 کیلومتر است

رههای مطالعه غیر مستقیم زمین:

 آتشفشانها – چشمه های آب گرم – امواج زلزله – سنگهایی که از سایر نقاط منظومه شمسی به زمین رسیده اند.

لایه های زمین:

   - هسته

   - گوشته

   - پوسته

الف:هسته: داغ ترین قسمت زمین که از دولایه تشکیل شده است لایه داخلی حالت جامد لایه خارجی حالت مایع است.

هسته زمین بیش تر از عناصر آهن و نیکل ساخته شده است.

خاصیت مغناطیسی زمین به خاطر همین دو عنصر در هسته می باشد.

ب:گوشته: در اطراف هسته قراردارد که از دو قسمت

نرم کره(خمیری شکل) و سنگ کره(قسمت سنگی)

مواد سازنده گوشته: سیلسیم – اکسیژن- آهن منیزیم-کلسیم

ج:پوسته: خارجی ترین لایه زمین است که سطح آن دارای برجستگی(کوهها) و فرو رفتگی ها(اقیانوسها) می باشد ضخامت آن متفاوت است.

در زیر قاره ها 20 تا 60 کیلومتر – در زیر اقیانوسها 8 تا 12 کیلومتر است.

پوسته در زیر اقیانوسها شبیه لایه پایین پوسته قاره ای می باشد.

نرم کره: قسمت خمیری شکل گوشته را نرم کره گویند.

سنگ کره: پوسته سنگی و سخت زمین همراه با قسمت سنگی گوشته را سنگ کره گویند

سنگ کره بر روی نرم کره قراردارد و گاهی به آرامی جابه جا می شود که موجب وقوع زلزله می شود.

ساختمان زمین

زیر سطح زمینی که ما برآن گام می گذاریم بـر خــلاف سطــــح سـخت وجامدآن ویژگیهای خاص خود را دارد. با افزایش عمق هم جنس وهم حالت مواد سازنده زمین تغییر می کند . این همان چیزی است که باعث تعجب و شگفتی می شود . کره زمین را براساس تغییر خواص فیزیکی وشیمیایی آن به چند لایه تقسیم می نمایند.

پوسته(crust)

دانشمندان علوم زمین و زلزله شناس با مطالعه امواج ثبت شده زلزله ها درایستگا ههای زلزله سنجی وزلزله شناسی به این واقعیات متفاوت از هم پی برده اند. اولین بررسی ها که در این زمینه انجام شده است بیانگر تغییر روند امواج در اعماق چهل کیلومتری خشکیها و پنج کیلومتری کف اقیانوسها می باشد جائی که بنام حد فاصل بین پوسته و گوشته شناخته می شود و به افتخار کاشف آن« موهوروویچ» استاد دانشگاه زاگرب به نام انفصال «موهو» معروف شده است . ضخامت متوسط قسمت جامد پانزده کیلومتر و وزن مخصوص آن 2.7 است . این انفصال مرز بین انواع مختلف سنگها است و با یک افزایش تند در سرعت امواج PوS مشخص می شود . این قسمت از زمین بنام“ پوسته ” زمین معروف است که درمقایسه با شعاع زمین ضخامت نا چیزی دارد . ضخامت پوسته زمین در زیر اقیانوسهانازکتر از قاره ها است .( حداقل 10 کیلومتر در زیردریاهاوحداکثر 60 کیلومتر در زیر خشکیها )
پوسته زمین از دوبخش تشکیل می شود :
!! بخش سیال (SIAL ) بخش سیال (SIAL )که بیشتر از سنگهای گرانیتی و گرانودیوریت تشکیل و بعلت فراوانی عناصر سلیسیم و آلومینیوم ( SI-AL ) بنام سیال خوانده می شود.

!! بخش سیما ( SIMA ) بخش سیما ( SIMA )که قشر زیرین پوسته است و بیشتر از بازالتی تشکیل شده وبه علت دارابودن سیلسیم ومنیزیم ( SI-MG ) به نام سیما معروف است .
البته از تخریب سنگهای دو بخش بالا طبقه رسوبی تشکیل می گرددکه شامل آبرفتها ونهشته های مختلف است .ضخامت این طبقه در گودیها گاهی به 10 کیلومتر می رسد وبعضی جاها دگرگون شده اند.

گوشته یا جبه (mantle)

دومین گسستگی که در روند امواج منتشر شده از زلزله ها مشاهده می شود در عمق 2900کیلومتری از سطح زمین است و بنام “گوتنبرگ”معروف است. حد فاصل بین گسستگی موهوروویچ وگوتنبرگ بنام گوشته معروف است.در گوشته نیز خصوصیات امواج لرزه ای تغییر می نمایدکه با توجه به همین تغییر به چندبخش تقسیم می شود:

الف ) لایه بالایی :

این بخش منشاء بسیاری از فعالیتهای زمین شناسی است همانندفغالیتهای ماگمایی ، زلزله های عمیق و تغییر مکان قاره ها.بخش بالایی همراه با پوسته یک لایه به ضخامت 70تا 100کیلومتررا تشکیل می دهدکه از سنگهای سخت وشکننده تشکیل می دهدوبنام “ سنگ کره ”خوانده می شود . سنگ کره به قطعاتی تقسیم شده که به هر یک از آنها“صفحه” می گویند. صفحه ها نسبت به یکدیگر در حال تغییر و جابجائی می باشند که این حرکتها رویدادهای زمین شناسی را بوجود میآورد. محققین زمین شناسی بر وجود سنگهای فو ق بازی در این قسمت اتفاق نظر دارند، اما در مورد توزیع آن اتفاق نظر ندارند. در زیر سنگ کره ناحیه ای به نام “سست کره” معروف است .سرعت امواج لرزه ای در این قسمت کاهش می یابدوبه لایه ای کم سرعت هم معروف است.

ب)- ناحیه عبور

این منطقه بین 400 تا حدود 1000 کیلومتری عمق زمین است . در این قسمت شاهد افزایش نسبی سرعت امواج هستیم که بیانگر تغییر ماهیت سنگهای این قسمت است

ج )- گوشته پائینی

از عمق 1000 تا 2900 کیلومتر عمق زمین است . در این قسمکت سنگها چگال وبسیار الاستیک اند وسرعت امواج زلزله بصورت تقریباً یکنواختی افزایش می یابد. در زیرگوشته زمین از عمق 2900 کیلومتری تا مرکز زمین هسته زمین قراردارد. درهسته زمین د عمق 5120 کیلومتری یک انفصال در خواص الستیک هسته وجود داردکه هسته رابا توجه به آن بدو قسمت خارجی و داخلی تقسیم می کنند. از آنجا که امواج عرضی از هسته خارجی عبور نمی کنند بایستی این قسمت را مایع دانست و چون درهسته داخلی سرعت امواج افزایش می یابد این قسمت را جامد می دانند.

هسته(core)

جنس هسته زمین را بیشتر نیکل و آهن تشکیل داده است . هسته نقشی درحرکت ورقه های سنگ کره ندارد ولی منبع تولید میدان مغناطیسی زمین است.
پوسته زمین به انضمام قسمت بالائی گوشته فوقانی قسمت سخت زمین را تشکیل می دهند که سنگ کره یا لیتوسفر خوانده می شود و بر سست کره که حالت خمیری دارد واقع شده است . ضخامت لیتوسفربطور متوسط 100کیلو متر است.لیتوسفر به صفحه های مجزائی تقسیم می شود که این صفحه ها ثابت نیستند و دائماً در حال حرکتندکه منجر به ایجاد پدیده های مختلف تکتونیکی می گردد.
لیتوسفر از شش صفحه اصلی بنامهای افریقا،اوراسیا،امریکا،آرام،استرالیاوقطبی بعلاوه چند صفحه کوچکتر تقسیم شده است.حرکت صفحه ها نسبت به هم به سه طریق انجام می گیرد :
الف )- در پشته های اقیانوسی صفحه ها از هم دور می شوند ومواد مذاب درون زمین از اینجا بیرون می ریزد.
ب ) – صفحه ها بهم نزدیک وبا هم بر خورد می کنندویک صفحه به زیر دیگری می رود ( در مرز صفحه های اقیانوسی وقاره ای)
ج ) – صفحه ها در کنار یکدیگر می لغزند.
به حالت “ الف” که ورقه ها از هم دور می شوند و باعث بیرون ریختن مواد مذاب می شود بخش “سازنده” زمین می گویند و به قسمت “ب” که که صفحه ها به هم برخورد وبه زیر یکدیگر می روند بخش “ مخرب ” می گویند.
بیشتر فعالیتهای تکتونیکی مثل زلزله هادر حاشیه صفحه ها ی پوسته زمین رخ می دهد و قسمت مرکزی صفحه های زمین کمتر دچار زلزله شده اند، و همینگونه زلزله ها در محل برخورد صفحه های قاره ای اتفاق می افتد .
درمحل دور شدن صفحه ها از هم در پشته های اقیانوسی مواد مذاب بیرون ریخته و منجمد می شوند و بخشی از صفحه ها تولد شده از محور میانی از هم دور می شوند ، وبعد از طی مسافتی نسبتاً طولانی صفحه های مزبور دوباره در گوشته فرو رفته ومدفون می شوند وموجب ایجاد گودالهای عمیقی میگردد نظیر گودال ماریان ، کوریل و…..
تکتونیک صفحه ای از محور بر آمده اقیانوسها متولدو بطور جانبی گسترش می یابد و سرانجام به اعماق گوشته رانده می شود. قاره ها دارای ضخامت زیاد هستند و ازنظرترکیب شیمیائی و جنس با صفحه های اقیانوسی تفاوت دارندودر صفحه های اقیانوسی همانند میخ قراردارن یا همانندچوب پنبه که در آب شناور است قرار دارندودر نتیجه قاره ها نیز در حرکت صفحه ها شرکت می کنند.
زلزله هادر جاهائی که صفحه ها با هم اصطکاک دارند یا جاهایی صفحه ها در مقابل هم واقعند و یا جاهایی که صفحه ها بدرون زمین فرو می روند مشاهده می شوند.

به مواد جامدی که بطور خالص از کره زمین بدست می آیند موجودات زنده در بوجود آمدن آنها دخالتی ندارند. کانی گویند. هر کانی از یک عنصر یا ترکیب شیمیایی چند عنصر با هم بوجود می آید و یک یا چند کانی با هم، سنگ ها را تشکیل می دهند.

تاکنون بیش از ۳۰۰۰ نوع کانی، که در ساختار سنگ کره زمین بکار رفته اند،‌شناسایی شده است. انسان برای بدست آوردن مواد خام مورد نیاز از صنایع مختلف،‌مصالح ساختمانی ،‌کودهای شیمیایی،‌داروسازی،‌جواهر سازی و … از کانی ها استفاده می کند.

فکر کنید :۱ – کدامیک از مواد زیر کانی هستند و کدامیک کانی نیستند؟

آب	یخ	نمک خوراکی	نفت	شیشه	مروارید	مغزمداد	گچ	جیوه	طلا	شکر	الماس
	*	*				*	*		*		*

تشکیل کانی ها:

نمک باقی مانده در ته ظرف و زنگ روی میخ آهنی دو نوع کانی هستند که بر اثر تغییراتی که در آب شور و میخ رخ داده است بوجود آمده اند.

مشاهده کنید :۱ – مقداری آب دریا یا چاه را در ظرفی بریزید، سپس ظروف آب را در محل گرمی قراردهید تا آب آن بخار شود. در ته ظرف چه می بینید؟۲- یک میخ آهنی را به مدت چند روز در یک محل مرطوب قراردهید،‌روی میخ چه می بینید؟
- در ته ظرف مقداری نمک رسوب می کند.
- روی میخ زنگ می زند.

کانی های اولیه :

در زیر سنگ کره،‌لایه ای بسیار داغ و نرم به نام نرم کره وجود دارد. گاهی بر اثر عوامی مثل بالارفتن دما، مقداری از نرم کره ذوب می شود. به این مواد ذوب شده «ماگما» می گویند. ماگما پس از تشکیل شدن به سمت بالا صعود می کند و ممکن است راهی به سطح زمین بیابد یا داخل سنگ کره سرد شود. در اثر سرد شدن ماگما، کانی های اولیه بوجود می آیند. کوارتز، میکا و فلدسپات از کانی هایی هستند که از انجماد مواد مذاب بوجود آمده اند. بنابراین ،‌از کانیهای اولیه محسوب می شوند.

کانی های ثانویه :

کانیهای اولیه چون در دمای زیادی تشکیل می شوند با شرایط سطح زمین سازگار نیستند و عواملی مانند آب و هوا،‌به سرعت روی آن ها اثر می گذارد و آن ها را خرد و تجزیه می کنند و به کانی های جدیدی که با سطح زمین سازگارترند،‌تبدیل می کند . به همین جهت به آن ها کانی های ثانویه می گویند. کانیهای رسی از کانیهای ثانویه اند که از تجزیه فلدسپات ها بوجود می آیند.

بعضی از کانی های اولیه در آب حل می شوند. ممکن است برخی مواد حل شده دوباره با یکدیگر ترکیب شوند یا به حد سیر شده برسند،‌و در آب ته نشین گردند و دسته ای دیگر از کانی های ثانویه مانند نمک خوراکی (هالیت)،‌ژیپس (گچ) و کلسیت را تشکیل می دهند. گروهی از کانی های ثانویه مانند گرافیت (مغز مداد) در اثر گرما و فشار زیادی که تحمل کرده اند بوجود می آیند.

شناسایی کانی ها:

کانی ها بسیار گوناگونند. برای شناسایی آن ها از برخی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها استفاده می کنند.

شکل بلور :

از نظر علمی به اجسامی بلوری یا متبور گفته می شود که ذرات تشکیل دهنده ی آنها با نظم و قاعده معینی در کنار هم قرار گرفته باشند. در مقابل اجسام متبلور، اجسام غیرمتبلور قرار دارند که طرز قرارگرفتن ذرات در آن ها، تابع قاعده ی معینی نیست و ذرات بطور نامنظم در کنار هم قرار گرفته اند.

یکی از مشخصات کانی ها،‌شکل بلوری آنهاست. یعنی اتم های سازنده ی یک کانی به صورتی منظم پهلوی هم قرار می گیرند و جسمی با سطح های صاف ایجاد می کنند.

سختی :

سختی کانی ها را می توان «مقاومت آن ها در برابر خراشیده شدن به وسیله سایر اجسام» تعریف کرد. بنابراین اگر دو کانی را روی هم بکشیم،‌آن کانی که بتواند روی دیگری شیار یا خط بیندازد،‌سخت تر است.

رنگ :

کانی ها رنگ های متفاوتی دارند. حتی یک کانی ممکن است به علت داشتن مقدار ناچیزی ناخالصی به رنگ های متنوع دیده شود. با این حال،‌برخی کانی ها به کمک رنگ مشخصی که دارند، شناسایی می شوند. برای مثال، گوگرد همیشه به رنگ زرد، ‌فیروزه همیشه به رنگ آبی فیروزه ای و گرافیک همیشه به رنگ سیاه است.
رنگ گرد کانی ها در تشخیص کانی ها مؤثرتر است. برای این کار ،‌کانی را روی جسمی که سختی زیادی دارند می کشند پس از روی رنگ خطی که برجای می گذارد نوع کانی را تشخیص می دهند.

مشاهده کنید :
مقداری نمک خوراکی را روی شعله ی آتش بپاشید،‌رنگ شعله چه تغییری می کند؟

رنگ شعله زرد می شود که نشانگر وجود سدیم در نمک طعام است.

سنگ ها

همه سنگ ها در سه گروه آذین، رسوبی و دگرگونی تقسیم بندی می کنند. هر یک از این سنگ ها با روش خاصی و از منشأ جداگانه ای بوجود آمده اند.

سنگ های آذرین :

بررسی های انجام شده در اعماق چاهها،‌معادن و سرچشمه های آب گرم نشان می دهد که داخل زمین گرم است و هر چه عمق افزایش پیدا کند، دما بیشتر می شود. زمین شناسان منبع اصلی گرمای داخل زمین را فعالیت برخی از عناصر سنگین می دانند که بر اثر تخریب آنها عناصر سبک تر و مقداری گرما حاصل می شود.
سنگ ها در عمقی که به نظر می رسد، بر اثر گرمای بسیار زیاد، باید به صورت مذاب باشند،‌باز هم بصورت جامدند.
زیرا فشار سنگ های بالایی مانع ذوب شدن سنگ ها در این اعماق می شود. اما اگر در این مناطق از فشار اندکی کاسته و یا بر گرما افزوده شود سنگ ها به صورت مذاب در می آیند . بنابراین در شرایط خاصی بخشی از سنگ های پوسته یا گوشته ذوب می شوند. این مواد ذوب شده از سنگ های اطراف خود، سبک ترند و به این علت تمایل دارند . به مناطق بالاتر از داخل زمین صعود کنند و اگر راهی به سطح زمین پیدا کنند. به صورت آتش فشان فوران کرده و روی زمین جاری می شوند و پس از انجماد، سنگ هایی را بوجود می آورند که به آن ها سنگ های آذرین بیرونی گفته می شود. اگر این مواد مذاب نتوانند به سطح زمین برسند و زیر سطح زمین،‌سرد شوند سنگ های آذرین درونی را تشکیل می دهند. تفاوت اصلی سنگ های آذرین بیرونی و درونی، در اندازه بلور کانی های آن هاست.
در جدول زیر،‌خصوصیات چهار سنگ که از سنگ های آذرین هستند، ذکر شده است.

نام سنگ	A	B	C	D
اندازه بلور	بزرگ	کوچک	بزرگ	کوچک
عناصر مهم تشکیل دهنده ی کانی ها	سیلیسیم،اکسیژن، آلومینیم،سدیم و پتاسیم	سیلیسیم،اکسیژن، آلومینیم،سدیم و پتاسیم	سیلیسیم،اکسیژن، آلومینیم، منیزیم و کلسیم	سیلیسیم،اکسیژن، آلومینیم، منیزیم و کلسیم
رنگ	روشن	روشن	تیره	تیره

سنگ های رسوبی :

عوامل طبیعی چون آب ،‌ باد و یخ بطور دائم، سنگ ها و صخره های سنگ و محکم کوه ها را خرد کرده و آن ها را بصورت ذرات ریز و درشت، یا مواد محلول به نقاط پست، مانند دریاها و دریاچه ها منتقل می کنند. این مواد، در آن جا بصورت لایه های موازی روی هم ته نشین می شوند. به این موادته نشین شده رسوب می گویند.
ذرات تخریب شده سنگ ها بر اساس اندازه،‌نام مشخص دارند که به ترتیب از کوچک به بزرگ عبارتند از : رس، ‌ماسه، ‌شن، ‌ریگ، ‌قلوه سنگ و تخته سنگ.
با گذشت زمان و دخالت چند عامل،‌ رسوبات سست و ناپیوسته اولیه به سنگ هایی سخت و یکپارچه تبدیل می شوند که به آن ها سنگ رسوبی گفته می شود. سنگ های رستی، ‌سنگ آهک، ماسه سنگ، سنگ گچ و سنگ نمک از جمله مهم ترین سنگ های رسوبی می باشند.

فکر کنید :۱ – چرا طی صدها میلیون سال که از عمر زمین می گذرد همه ی کوه ها از بین نرفته اند ودریاها و دریاچه ها از مواد رسوبی پر نشده اند؟
چون سنگ های رسوبی بوجود آمده دوباره بر اثر عواملی چون چین خوردگی یا گسل از آب خارج شده و بصورت کوه در می آیند.

چگونه سنگ های رسوبی مختلف تشکیل می شوند؟

وقتی رسوبات در کف دریا روی هم انباشته می شوند، کم کم تحت فشار زیاد وزن خود و آب دریا قرار می گیرند و فشرده می شوند. با این فشار زیاد که بر رسوبات وارد می آید، آب از لابه لای ذرات خارج می شود و رسوبات خشک می شوند. فشرده شدن زیاد و نیز خشک شدن، خود می تواند مقدمه ی تشکیل بعضی از انواع سنگ های رسوبی مانند سنگ های رستی باشد.
همه مواد رسوبی، فقط با فشرده شدن و خشک ، سخت و تبدیل به سنگ نمی شوند. برای مثال، ماسه ها را نمی توان با فشار به هم چسباند. این مواد تنها در صورتی تبدیل به سنگ می شوند که موادی مانند سیمان در لابه لای ذرات آن ها نفوذ کند و آنها را به هم بچسباند. سیمان ها موادی هستند که معمولاً به صورت محلول در آب وجود دارند. از جلمه سنگ های رسوبی که از این راه تشکیل می شوند،‌ماسه سنگ و کنگلومرا است. گاهی اسکلت خرد شده ی جانوران دریایی به وسیله سیمانی به هم می چسبند و نوعی سنگ رسوبی بوجود می آورند.
همچنین در آب دریاها و دریاچه ها مقداری مواد محلول وجود دارد که فقط در شرایط خاصی تبدیل به رسوب می شوند. اگر آب محتوی برخی مواد محلول به مقدار زیاد تبخیر شود،‌رسوباتی باقی می ماند که ممکن است،‌سنگ گچ و سنگ نمک را تشکیل دهند. البته ممکن است مواد محلول در آب از راه انجام بعضی از واکنش های شیمیایی پیچیده نیز رسوب کنند که در آن صورت، گروه دیگری از سنگ ها از جمله سنگ های آهکی تشکیل می شوند.

فکر کنید :
دیده اید که همواره در ته کتری و سماور لایه های نازکی از آهک بوجود می آید. آیا برای تشکیل این لایه ها باید آب کتری یا سماور بطور کامل تبخیر شوند؟

خیر هر زمان که املاح موجود در آب به حد اشباع رسید اضافی املاح بصورت رسوب در دیواره کتری ته نشین می شود.

ویژه گی های سنگ های رسوبی:

یکی از ویژگیهای برجسته ی سنگ های رسوبی لایه لایه بودن آن ها و دیگری، امکان وجود فسیل در آنهاست، زیرا محیط های رسوبی محل مناسبی برای ایجاد فسیل اند. فسیل ها آثار و بقایای جانداران گذشته اند که بیشتر از همه در سنگ های رستی و آهکی که دانه ریزند – وجود دارند اما آن ها را میان ماسه سنگ ها نیز می توان یافت.

سنگ های دگرگونی :

گروه سوم سنگ ها که به دگرگون شده موسوم اند، چنین نیست، زیرا تشکیل این سنگ ها در زیر زمین و دور از چشم ما و در زمانی بسیار طولانی صورت می گیرد. وقتی سنگ های رسوبی و آذرین بدون اینکه ذوب شوند به مدت طولانی فشار و گرمای زیادی را تحمل کنند. آن قدر تغییر می کنند که دیگر شباهتی به سنگ های اولیه ندارند . وقتی سنگ ها دگرگون می شوند ،‌ممکن است بعضی از کانی های سنگ اولیه به کانی جدید تبدیل شوند با طرز قرارگرفتن کانی های سنگ اولیه به شکلی دیگر درآید.
بیشتر سنگ های دگرگون شده سخت و محکم اند. این سنگ ها را در کارخانه های سنگ بری در اندازه های مختلف برش می دهند و روی آن ها را صاف می کنند که در نتیجه، نمای زیبایی پیدا می کنند، از این رو، آن ها را در نمای ساختمان، کف راهرو، پله و جاهای دیگر بکار می برند.
مرمر یک سنگ دگرگون شده ی مرغوب است که از دگرگونی شدید سنگ و آهک حاصل می شود. از دیگر سنگ ها ی دگرگون شده می توان به کوارتزیت و گنیس اشاره کرد که اولی، از دگرگون شدن ماسه سنگ ها و دومی از دگرگون شدن گرانیت ها بوجود می آیند.

پرسش و پاسخ متن فصل ۶ :۱ – کانی چیست؟

مواد طبیعی و خالصی هستند که انسان و سایر جانداران در بوجود آمدن آنها دخالت ندارند.

۲ – کانی های اولیه کدامند؟ مثال بزنید.

کانی هایی هستند که بر اثر سردشدن مواد مذاب حاصل می شوند. مثل کوارتز – فلدسپات – میکا

۲ – ماگما چیست؟

مواد مذاب درون زمین را ماگما گویند.

۴ – سنگ های آذرین درونی چگونه تشکیل شده ،‌مثال بزنید؟

از سردشدن مواد مذاب در خارج از زمین بوجود می آیند. مثل گرانیت و گابرد

۵- دو ویژگی سنگهای رسوبی را بنویسید؟

۱٫ لایه لایه هستند
۲٫ دارای فسیل باشند

۶- کاربرد اساسی سنگ ها و کانی ها در کجاست؟

۱٫ برای تأمین ماده
۲٫ تأمین انرژی

۷ – در مخازن نفتی منظور از سنگ پوششی چیست؟

سنگ هایی هستند که به صورت یک لایه نفوذ ناپذیر در روی مخازن نفتی وجود دارد و از بالاآمدن نفت جلوگیری می کنند.

۸ – زغال سنگ ها معمولاً بین کدام گروه سنگها یافت می شوند و چه مصارفی دارند؟

به صورت لایه هایی بین سنگ های رسوبی یافت می شوند و مصرف آن ها در تولید انرژی،‌ذوب فلزات،‌پتروشیمی می باشد.

۹ – از سنگ ها و کانی ها چگونه در صنایع الکتریکی استفاده می شود؟
برای ساختن انواع ترانزیستور و قطعات بکار رفته در وسایل صوتی و تصویری ،‌گرمائی و…

کانی ها و سنگ ها کاربردهای گوناگونی دارند برای ساختن وسایل زندگی ، زیورآلات، وسایل ساختمانی و در صنعت کاربرد فراوانی دارند. بطور کلی سنگ ها و کانی ها به سه منظور استخراج می شوند.الف: تأمین انرژی ب: تأمین مواد اولیه صنایع
ج: جواهر سازی
تأمین انرژی: انسان برای گرم کردن مسکن خود و پختن غذاها و راه اندازی وسایل نقلیه خود به انرژی نیاز دارد منبع اصلی تأمین انرژی سنگ ها هستند که حدود 78 درصد انرژی در بین سنگ های رسوبی یافت می شود.نفت: مایعی است تیره رنگ با بوی مخصوص که ترکیب شیمیایی ثابتی ندارد اما بیش تر از عناصر هیدروژن و کربن(هیدروکربن) است.پرسش: نفت چگونه تشکیل می شود؟
موجودات بسیار ریز دریایی بنام پلانکتون ها که در آب دریا زندگی می کنند و عمر کوتاهی دارند پس از مرک در بین رسوبات قرار گرفته و پس از میلیون ها سال بر اثر فشار و گرمای زیاد به نفت تبدیل می شوند.پرسش: مخازن نفتی بیش تر درکجا تشکیل می شوند؟
بیش تر در زیر اقیانوس ها تشکیل می شوند و در هر مخزن نفتی بخش های زیر وجود دارند.الف) سنگ مادر: به سنگ هائی که نفت در آنها تشکیل می شود.ب) سنگ پوششی: سنگ هائی هستند که به صورت یک لایه نفوذ ناپذیر از بالا آمدن نفت جلوگیری می کنند و تقریباً به حالت تاقدیس مانند بوده و جنس آنها بیش تر از سنگ گچ و سنگ رستی می باشد.ج) سنگ مخزن: سنگ هائی که شکاف و حفره های زیادی دارند و در زیر سنگ پوششی قرار دارند و درون آنها نفت و گاز و مقداری آب شور جمع می شود.
ترتیب قرار گرفتن مواد در یک مخزن نفتی:به ترتیب از بالا به پایین گاز- نفت- آب شور زغال سنگ: یکی از مهمترین منابع انرژی است که به صورت لایه هایی در بین سنگ های رسوبی یافت می شود. مصرف عمده آن در تولید انرژی الکتریکی- ذوب فلزات و پتروشیمی می باشد.چگونگی تشکیل ذغال سنگ: گیاهانی که در مرداب ها و سواحل دریاهای گرم رشد فراوان دراند پس از قرار گرفتن در بین رسوبات به وسیله باکتری ها تجزیه شده اکسیژن و هیدروژن آن ها خارج شده و در صد کربن آن ها زیاد شده و به ذغال سنگ نارس تبدیل می گردد.زغال سنگ نارس بر اثر فشار و حرارت زیاد به انواع زغال سنگ های دیگر تبدیل می شود.کُکْ: نوعی زغال سنگ بسیار مرغوب است که تقریباً کربن خالص است و در صنایع فولاد سازی برای جداکردن آهن از سنگ معدن استفاده می شود.انرژی گرمایی زمین: خروج آب چشمه های آب گرم نشان دهنده این است که درون زمین گرم است.امروزه بسیاری از کشورها توانسته اند از این انرژی استفاده کنند که به آن زمین گرمایی گویند. طریقه استفاده از انرژی گرمایی زمین برای تولید جریان برق ب)کاربرد کانی ها و سنگ ها در مواد اولیه و صنایع
سنگ ها و کانی ها برای تهیه مواد اولیه کاربرد زیادی دارند به عنوان مثال:
1- در صنایع ساختمانی: برای تزئین نمای ساختمان ها- مصالح ساختمانی در نمای ساختمان بیش تر از گرانیت – مرمر- تراورتن و سنگ های چینی در تهیه مصالح بیش تر سنگ گچ – سنگ آهک
نکته: برای تهیه سیمان سنگ آهنک را با رس در کوره حدود 1400 درجه حرارت داده تا پودر سیمان تولید شود.
2- ذوب فلزات: برای ذوب فلزات از زغال سنگ آنتراسیت کک تهیه می کنند.
3- صنایع شیمیایی : ساختن انواع لنت ترمز- لوله فارسیت- انواع ایرانیت-
4- صنایع داروئی: ساختن انواع پودرها سموم شیمیایی - پودر پای بچه (پودر تالک)
5- صنایع غذایی: در کارخانه قند برای تصفیه قند از سنگ آهک استفاده می شود. خاک رس برای جدا کردن ناخالصی ها در صنایع غذایی استفاده می شود.



6- صنایع الکتریکی- الکترونیکی: برای انتقال جرایان برق و ساختن ترانزیستورها
ج) در جواهر سازی: بعضی از کانی ها به علت رنگ و جلای زیبا ب عنان جواهر از آن ها استفاده می کنند مثل فیروزه- الماس- یاقوت- زمرد
کانی های کربناته شامل کلسیت، آراگونیت و دولومیت می باشند.سنگ های کربناته 50% مخازن نفت و گاز دنیا و 95% مخازن نفت و گاز ایران را شامل می شوند.در تشکیل سنگ های کربناته فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی تأثیر گذار هستند. غالب آهک ها از ته نشست غیر آلی CaCO3 از آب دریا انجام می گیرند . تراورتن و آهک های کالیچی از انواع سنگ های کربناته خشکی می باشند.سنگ های کربناته در مناطقی که آب دارای گرمای مناسب و فاقد ذرات ریز تخریبی است، تشکیل می شوند. در یک محیط مساعد ابتدا آراگونیت تشکیل می شود بنابراین غلظت کلسیم پائین آمده و غلظت منیزیم بالا می رود و شرایط برای تشکیل کلسیت پر منیزیم فراهم می شود، سپس کلسیت کم منیزیم و در انتها دولومیت به صورت نادر ایجاد می شود (اولیه). سنگ آهک (Limestone) یا کربنات:بندرت به صورت آهک خالص در طبیعت پیدا می شود. این سنگ، بیشتر به صورت آهک رسی، آهک ماسه ای و دولومیت یافت می گردد. ناخالصیهای مهم سنگ آهک عبارتند از:منیزیم، سیلیس، آلومینیوم و منگنز
سنگ آهک خالص در دمای حدود 1000 درجه سانتی گراد کلسینه (Calcination) می شود:
CaCO3: CaO + CO2چنانچه به آهک زنده (Quick lime) آب افزوده گردد، هیدراته خواهد شد و گرما خواهد داد:گرما + Ca(OH)2: H2O + CaO
(آهک هیدراته) (آهک زنده)به آهک هیدراته (Hydrated lime) آهک شکفته نیز می گویند. آهک زنده در برابر هوا و رطوبت ناپایدار است و از این روی نمی توان آن را برای مدتی دراز نگهداری کرد. آهک هیدراته را می توان مدتی طولانی انبار نمود.کانی های مهم:اجزاء تشکیل دهنده رسوبات کربناته:رسوبات کربناته از کلسیت (کم یا پرمنیزیم) یا آراگونیت و مقداری نیز دولومیت، پیریت و کوارتز ، تشکیل شده اند.کلسیت:.وزن مخصوص این ماده معدنی حدود 6/2 گرم بر سانتیمترمکعب ، سختی آن 4-5/3 و دارای جلای شیشه ای یا مرواریدی است .عناصر تشکیل دهنده دولومیت عمدتاً اکسید منیزیم (MgO) و آهک (CaO) می باشد ولی ممکن است عناصر دیگری چون اکسید های آهن ، سدیم و پتاسیم نیز در ساختمان آنها یافت شود. این کانی حاوی
4/30 % اکسید کلسیم، 92/21 % اکسید منیزیم و 7/47 % دی اکسید کربن می باشد.دولومیت به صورت لایه های عظیم با ضخامت های چند ده فوتی یافت می شود . دولومیتها حدود 15 % پوسته زمین را می سازند و به مقدار زیاد در تمام نقاط دنیا یافت شده و به عنوان یکی از اجزاء رایج سکانسهای رسوبی شناخته می شوند. سنگ های حاوی دولومیت را با همان نام دولومیت یا سنگ آهک دولومیتی می شناسند.دولومیت شکری، دولومیتی درشت بلور با منشأ دیاژنز مؤخر می باشد.دولومیت فوق العاده ریزبلور بر اثر دیاژنز بلافاصله بعد از رسوبگذاری ایجاد شده است.
دولومیت یکی از سنگ های کربناتی است که از رسوبات عادی دریایی به شمار می آیند . اختلاف نظر فراوانی بر سر نحوه تشکیل لایه های دولومیتی وجود دارد. به نظر می رسد که دولومیت ها از معدود سنگ های رسوبی هستند که تغییرات مینرالوژیکی مهمی را تحمل کرده اند. دولومیت ها در اصل به صورت سنگ آهک های غنی از کلسیت و یا آراگونیت نهشته می شوند اما طی فرایندی که دیاژنز نامیده می شود کلسیت یا آراگونیت به دولومیت آلتره می شوند. آبهای زیر زمینی غنی از منیزیم که به میزان کافی شور باشند می توانند منابع مهم سازند های دولومیتی باشند.بخش اعظم دولومیت ها در شرایط بیرونی از طریق رسوب از آب دریا در شرایط آب و هوای گرم و خشک و در وضعیتی که آب دریا حاوی نمک فراوان و هوا حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن باشد ، به وجود می آید.دولومیت های دیاژنتیکی در نتیجه جایگزینی متاسوماتیک کلسیت با دولومیت در جریان دیاژنز تشکیل می شوند.دولومیت های مناسب در صنعت در مجموعه های کربناته پلاتفرمی ، نواحی چین خورده و فرورفتگی های بین کوهها یافت می شوند .رده بندی سنگ های کربناته :
1) رده بندی گرابو :الف) کلسی رودایت Calcirudite (بیشتر دانه ها بیش از 2 میلی متر) ، آهک های درشت دانه که اندازه دانه ها در حد گراول است.ب) کلک آرنیت Calcarenite (بیشتر دانه ها بین 2 میلی متر و 62 میکرون) ، آهک های متوسط دانه که اندازه دانه ها در حد ماسه است.ج) کلسی لوتایتCalcilutite (بیشتر دانه ها کمتر از 62 میکرون) ، آهک های ریز دانه که اندازه دانه ها در حد سیلت و رس است.
2) رده بندی فولک:عمدتاً بر اساس ترکیب بوده و اجزا تشکیل دهنده را به دو دسته آلوکم ها و ارتوکم ها تقسیم کرده است.اجزاء سنگ های آهکی عبارتند از :
* آلوکم:آلوکم عبارتند از دانه های تخریبی با منشأ برجا که شامل دانه های اسکلتی و غیراسکلتی است.ذرات غیر اسکلتی:این ذرات شامل اووئیدها، پیزوئیدها، پلت ها، اینتراکلست و اگرگات می باشد.اووئید ، Ooide:دانه های کروی یا بیضوی شکل که اندازه آنها کمتر از 2 میلی متر است و دارای یک هسته از جنس خرده های اسکلتی، پلت یا ذرات آواری از قبیل کوارتز می باشند.اووئیدها انواع متقارن و نامتقارن دارند. اووئیدی که دارای یک لایه در اطراف هسته است Surficial نامیده می شود. در اووئیدهای نامتقارن ضخامت لایه ها در بخش زیرین اووئید بیشتر است.در محیط های رسوبی عهد حاضر اگر محور بلند آراگونیت مماس بر حلقه یا لایه زیرین قرار گیرد، ساختمان متحدالمرکز Concentric تشکیل می گردد ولی اگر این محورها به طور عمودی نسبت به سطح زیرین قرار گیرد ، فابریک شعاعی Radial Fabric به وجود می آید.

بطور کلی،‌کانی ها و سنگ ها در تأمین انرژی،‌مواد اولیه ی منابع وجواهر سازی کاربردهای فراوانی دارند.

تأمین انرژی :

انسان برای ادامه ی زندگی خود احتیاج به انرژی دارد. از انرژی برای متعادل ساختن دمای محیط زندگی و کار،‌راه اندازی صنایع و وسایل نقاط استفاده می کند. منبع اصلی تأمین انرژی سنگ ها هستند. از میان سه گروه سنگ ها، سنگ های رسوبی با تأمین ۸۷ درصد از انرژی مصرفی انسان اهمیت ویژه ای دارند.

نفت و گاز :

همه ی محصولات نفتی از نفت خام تهیه می شود. نفت خام مایعی تیره رنگ است و بوی مخصوص دارد. نفت خام ترکیب شیمیایی ثابت و معینی ندارد. اما بیشترین قسمت آن ترکیب هایی از هیدروژن و کربن است. نفت خام از موجودات بسیار کوچک دریایی به نام پلانکتون بوجود آمده که به حالت شناور در آب دریا زندگی می کنند. عمر پلانکتون ها معمولاً کوتاه است و پس از مرگ بقایای آن ها بر کف دریا فرو می ریزد. اگر شرایط در کف دریا مناسب باشد این بقایا در لابه لای رسوبات دانه ریز حفظ می شوند و پس از میلیون ها سال بر اثر فشار لایه های بالایی و گرما به نفت و گاز تبدیل می شوند.
به سنگ هایی که نفت در آن ها تشکیل می شود، اصطلاحاً سنگ مادر می گویند. نفت پس از تشکیل، در اثر فشار از سنگ های دانه ریز مادر به سمت بالا حرکت می کند و اگر موانعی در سر راه آن نباشد، به سطح زمین می رسد و با هوا ترکیب می شود و به مواد بی ارزشی تبدیل می گردد. اگر در مسیر حرکت نفت لایه هایی از سنگ گچ یا سنگ های رستی،‌که به آن ها سنگ پوششی می گویند : قرار بگیرد و این لایه ها شکل مناسبی داشته باشند نفت دیگر نمی تواند به حرکت خود ادامه دهد و در درز و شکاف و حفره های سنگ های زیرین این لایه ها که به سنگ مخزن موسوم اند جمع می شود. معمولاً به همراه نفت و گاز مقداری آب شور هم وجود دارد.

فکر کنید:
چرا باوجود اینکه پلانکتون ها در دریاهای قدیمی به فراوانی وجود داشته اند، در همه ی رسوبات این دریاها نفت وگاز تشکیل نشده است؟

ممکن است رسوب گذاری به آرامی صورت گرفته باشد و پلانکتون ها تجزیه شده و از بین رفته باشند . ممکن است اکسیژن موجب اکسیده شدن آنها شده باشد

تحقیق کنید :۱ – بیشتر منابع نفت و گاز ایران در چه مناطقی قرار گرفته اند؟

خلیج فارس ، خوزستان،‌سرخس ،‌نواحی قم

۲ – سنگ مخزن و سنگ پوشش منابع نفت و گاز ایران را چه سنگ هایی تشکیل می دهند؟

سنگ آهک، سنگ گچ، مارن،‌ ایندریت

۳ – کشور ما به چه کشورهایی گاز صادر می کند و چگونه؟

بوسیله کشتی به بسیاری از کشورهای صنعتی به وسیله لوله به ترکیه

زغال سنگ :

زغال سنگ نوعی سنگ رسوبی است. که از باقی ماندن گیاهان،‌بین لایه های رسوبی در طی زمان های بسیار زیاد،‌تشکیل شده است. می توان آثار ساقه و ریشه های گیاهان را در داخل لایه هایی از زغال سنگ ها و سنگ های اطراف آن، در معادن مشاهده کرد. همین مطلب از نظر زمین شناسان نشان دهنده ی منشأ گیاهی زغال سنگ است.
زغال سنگ یکی از مهم ترین منابع انرژی و از عوامل بسیار مهم و تأثیرگذاری بر انقلاب صنعتی اروپا بوده است.

میلیون ها سال پیش گیاهانی که در مرداب ها و سواحل دریاهای گرم و مرطوب به فراوانی رشد کرده بودند، در زیر آب قرار گرفتند. پاره ای از گیاهان نیز توسط سیلاب ها و رودها کنده شده و به دریا رسیدند در زیر لایه هایی از شن و لای مدفون شدند.
با گذشت زمان و فعالیت بعضی از باکتری ها، این گیاهان شروع به تجزیه شدن کردند و بعضی از عناصر تشکیل دهنده ی آنها مانند اکسیژن و هیدروژن از آن خارج شده و درصد کربن آن ها اضافه شد.
پس از مدتی گیاهان به زغال سنگ تبدیل گشتند. با عمل رسوب گذاری ،‌لایه های بیشتری روی زغال های نارس را می پوشاند و سنگینی این لایه ها و گرمای مناطق عمیق زمین ناخالصی های بیشتری را از زغال خارج کرده و رفته رفته به درصد کربن آن اضافه شد. در این مراحل زغال نارس ابتدا به زغال سنگ قهوه ای و سپس به انواع دیگر زغال تبدیل می شود.

زغال سنگ های خوب را برای تهیه زغال کک بکار می برند. زغال کک در صنایع فولاد برای جداسازی ناخالصی های سنگ آهک مورد استفاده قرار می گیرد.

تحقیق کنید
۱ – علت افزایش استخراج زغال سنگ چیست؟

افزایش قیمت نفت و گاز، افزایش جمعیت ، احتیاج بیشتر به انرژی

۲ – علت کاهش استفاده از زغال سنگ برای تولید انرژی چیست؟

جلوگیری از آلودگی هوا – زیرا زغال سنگ وقتی که می سوزد گازهای آلوده کننده ی زیادی وارد هوا می کند.

انرژی گرمایی زمین :

با مشاهده آبی که از دهانه بعضی از چشمه های آب گرم خارج می شود ،‌به آسانی می توانیم بفهمیم که داخل زمین گرم است . گرمای سنگ هایی که در مجاورت کوههای آتش فشانی قرار گرفته اند بیشتر از نقاط دیگر است.

مواد اولیه صنایع :

استفاده از سنگ ها و کانیها تقریباً در همه ی صنایع، از ساخت زیر دریایی هایی که اعماق اقیانوس را می پیمایند گرفته تا سفینیه های که در فضای بی پایان سفر می کنند، گسترش پیدا کرده است.

جواهر سازی :

بعضی از کانی ها به علت رنگ، جلد، ‌سختی و از همه مهمتر ترکیبات بودن، به عنوان جواهر مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال، ‌فیروزه که بهترین نوع آن در کشور خودمان استخراج می شود، به علت رنگش مشهور شده است. برخی از کانی ها تمام خواص بالا را با هم دارند. الماس، یاقوت ، زمرد از این گونه جواهرات اند.

انواع هوازدگی

هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت می‌گیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌کنند.

هوازدگی مکانیکی

در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمی‌گیرد بلکه سنگها تحت تاثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.

هوازدگی شیمیایی

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر می‌کند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر می‌کند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار می‌رود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمی‌تواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول می‌تواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی‌اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها می‌شوند.

سرعت هوازدگی

سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل می‌توان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی ، تجزیه می‌شوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل می‌شود.
ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آنهاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور می‌نمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود می‌آیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور می‌شوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است.
عوامل آب و هوایی ، بویژه رطوبت اهمیت ویژه‌ای در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در می‌آورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بی‌تاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش نداد.

هوازدگی و نهشته‌های معدنی

هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشته‌های معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع می‌کند. به چنین نقل و انتقالی غالبا غنی شدگی اطلاق می‌شود. غنی شدگی به دو طریق انجام می‌شود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا می‌کنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم می‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش می‌یابد.

بوکسیت

بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم می‌باشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل می‌شود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج می‌شود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده می‌شود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل می‌شود که می‌توان از آن آلومینیوم استخراج کرد.

نهشته‌های مس و نقره

بسیاری از نهشته‌های مس و نقره زمانی حاصل شده‌اند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولا چنین غنی شدگی در نهشته‌های پیریت‌دار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام می‌شود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر می‌یابد، می‌تواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند.

با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت می‌کنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق می‌افتد که محلولهای مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک می‌شود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی می‌شود.

موتور موشک: موتور جت:موتورهای جت توان فوق العاده زیادی دارند و در هواپیما به کار می روند.
موتور جت پیستون ندارد، این موتورها هوا را می مکند، آن را متراکم می کنند سپس هوا با سوخت مخلوط می گردد.
مخلوط سوخت و هوا در محفظه ی احتراق مشتعل شده و می سوزد و مقدار زیادی گاز (گازهای داغ) با فشار زیاد تولید می کنند.
این گاز از عقب موتور جت خارج می شود و در مسیر خود، چرخ پرده دار بزرگی به نام توربین را که در سر راه قرار دارد به حرکت در می آورد. 4- مرحله خروج دود: در این مرحله بخشی از دود حاصل از سوخت مخلوط بنزین و هوا از طریق دریچه ی خروج دود که در این مرحله باز می شود، خارج می گردد و سپس پیستون بالا آمده و بقیه ی دود حاصل از سوختن مخلوط را به بیرون می راند، به این ترتیب مقدار زیادی گرما به هوای بیرون داده می شود. 3- مرحله آتش گرفتن: هنگامی که پیستون به بالاترین وضعیت خود رسید شمع اتومبیل جرقه می زند و مخلوط آتش می گیرد دما و فشار آن تا مقدار زیادی بالا می رود، در این مرحله در اثر فشار زیاد، دستگاه منبسط می شود و پیستون را به طرف پایین می راند. 2- مرحله ی تراکم: پیستون بالا می آید، مخلوط را متراکم می کند و به حجم اولیه می رساند. در این وضعیت، دمای مخلوط بسیار بالا می رود. نکته: موتور همه اتومبیل ها، هواپیماهای ملخ دار، کشتی ها، قطارها و نیروگاههای کوچک درون سوز است.
در موتورهای درون سوز بخشی از انرژی حاصل از سوخت، سبب حرکت پیستون می شود، این حرکت از طریق دسته و میل لنگ به حرکت دورانی تبدیل می شود، با انتقال این حرکت دورانی به چرخ های اتومبیل حرکت می کند. بخش دیگر انرژی از طریق رادیاتور، موتور را سرد می کند و لوله خروجی (اگزوز) مستقیما به هوا داده می شود.
مراحل مختلف کار ماشین های گرمایی(موتور اتومبیل):1- مرحله ی مکش: ابتدا مخلوطی از سوخت و هوا از طریق دریچه ی ورودی وارد یک محفظه ی استوانه ای شکل به نام سیلندر می شود. وقتی پیستون به پایین وضعیت خود رسید، این دریچه بسته می شود و مخلوط بنزین و هوا در داخل استوانه حبس می شود. 3- قراردادن لایه های عایق گرما در دیوارها وسقف و ... منابع انرژی:1- منابع انرژی تجدید پذیر(تمام نشدنی): گرم سازی: گرم سازی نیاز به منبع گرما دارد.توجه: در روش انتقال گرما به روش همرفت، خود ماده با جابه جا شدن گرما را منتقل می کند.نکته: در جریان همرفتی شارش مایع یا گاز بر اثر تغییر چگالی است.
چگالی: چگالی یک ماده جرم یک سانتی متر مکعب از آن ماده است.توجه: فلزات رسانای خوبی هستند، زیرا در پدیده رسانش وجود الکترون های آزاد بسیار موثر است. فلزات دارای الکترون های آزاد بسیاز زیادی هستند. هنگامی که به نقطه ای از فلز گرما بدهیم الکترون های آزاد انرژی جنبشی بیش تری به دست می آورند و سریع تر حرکت می کنند، الکترون های سریع حامل انرژی، از قسمت های گرم فلز به قسمت های سرد آن پخش می شوند و در برخورد با مولکولهای فلز، انرژی جنبشی خود را به آن منتقل می کنند، با این فرایند انرژی گرمایی به سرعت از قسمت های گرم به قسمت های سرد منتقل می شود.به خصوص آب معمولا رسانای ضعیف گرما هستند.(جیوه فلز مایع و فلزات مذاب رسانا هستند.)
گازها و از جمله هوا نیز رسانای ضعیف گرما هستند.نکته: این روش در هر سه حالت جامد،مایع و گاز صورت می گیرد، اما انتقال گرما در جامدات بیش تر صورت می گیرد زیرا هر چه مولکول ها به هم نزدیک تر باشند، گرما با سرعت بیش تری در ماده منتقل می شود.نکته: مولکولهای گرم منتقل نمی شوند بلکه انرژی خود را به صورت انرژی جنبشی به مولکولهای سرد مجاور انتقال می دهند به عبارت دیگر در روش رسانایی ماده ثابت است و گرما از مولکولی به مولکول دیگر منتقل می شود. گرمای نهان:هنگام تغییر حالت دمای ماده تغییر نمی کند. در این حالت گرمایی که جسم می گیرد صرف تغییر حالت آن شده و در جسم ذخیره می شود این گرما را گرمای نهان می نامند. یکای اندازه گیری گرمای نهان ژول بر کیلوگرماست.نکته: دما را با دستگاهی به نام دماسنج یا ترمومتر اندازه گیری می کنند.
دماسنج ها انواع متفاوتی دارند ولی متداول ترین آن ها دماسنج های جیوه ای و الکلی است که بر اساس انبساط مایعات (تغییر حجم مایعات) عمل می کند.نکته: در انتقال گرما ازجسم گرم به جسم سرد، انرژی درونی جسم گرم کاهش یافته و انرژی درونی جسم سرد افزایش می یابد.نکته: هر کیلو کالری برابر 1000 کالری است. 1kcal=1000cal
نکته: هر کالری معادل 18/4 ژول می باشد. امواج صوتی ، امواج مکانیکی طولی هستند. این فیزیک امواج می‌توانند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این فیزیک امواج ، در راستای انتشار موج نوسان می‌کنند. فیزیک امواج مکانیکی طولی در گستره وسیعی از بسامدها به وجود می‌آیند و در این میان بسامدهای فیزیک امواج صوتی در محدوده‌ای قرار گرفته‌اند که می‌توانند گوش و مغز انسان را برای شنیدن تحریک کنند.
این محدوده تقریبا از 20 هرتز تا حدود 20000 هرتز است و گستره شنیده شدنی نامیده می‌شود. فیزیک امواج مکانیکی طولی را که بسامدشان زیر گستره شنیده شدنی باشد امواج فرو صوتی ، و آنهایی که بسامدشان بالای این گستره باشد ، امواج فراصوتی گویند. تغییراتی هستند که با گرفتن انرژی (گرما) همراهند در این تغییرات انرژی واکنش دهنده ها کمتر از فراورده هاست.

سرعت واکنش های شیمیایی : واکنش های شیمیایی با سرعت های متفاوتی انجام می شوند.
سرعت واکنش شیمیایی یعنی سرعت تولید فراورده ها و یا سرعت مصرف واکنش دهنده ها به بیان دیگر سرعت واکنش شیمیایی یعنی «تولید فراورده یا مصرف واکنش دهنده در واحد زمان»

انرژی و تغییراتدور کردن (حذف اکسیژن) مثل ریختن ماسه و یا انداختن پتو بر روی آتش : + گوگرد دی اکسید ‹----------------------- اکسیژن + گوگرد
انرژی + منیزیم اکسید ‹----------------------- اکسیژن + منیزیم
سوختن:تند(احتراق): No2 و تعدادی N2o4 خواهند بود که در این صورت رنگ خرمایی کم رنگ مشاهده خواهد شد.
این تغییرات از نوع شیمیایی و برگشت پذیر هستند.

خواص ماده:هر ماده دارای خواصی است که با آنها شناخته می شود مثلا بی رنگ بودن خاصه آب ، شور بودن خاصه نمک، اشتعال پذیر بودن خاصه کاغذ و تمایل به زنگ زدن خاصه آهن است.ی اکسید که بوی تند و آزار دهنده ای دارد تشکیل می شود.