فصل هشتم
خلاصه درس:
انرژی و تبدیل های آن
-نیرو:هرگونه کشش و رانش را نیرو میگویند.
کار:هرگاه بر جسمی نیرو وارد شود و جسم در راستای نیرو جابجا شود کار انجام شده است.
وارد کردن نیرو به یک جسم ممکن است سبب:
1)شروع حرکت آن شود 2)سریع تر شدن حرکت آن شود 3)کند شدن حرکت آن شود 4)تغییر شکل آن شود
5)توقف حرکت آن شود 6)تغییر جهت حرکت آن شود
-1)اگر نیرو باشد و جابجایی نباشد کار انجام نمیشود مثل هل دادن دیوار کلاس
2 )اگر نیرو نباشد وجابجایی باشد کار انجام نمیشود
مثال :
الف)وقتی جسمی با سرعت ثابت حرکت کن ب)حرکت اجسام در فضای بیکران
3)اگر نیرو باشد و جابجایی باشد:
الف)اگر نیرو و جابجایی در یک راستا باشد یعنی زاویه ی بین نیرو و جابجایی صفر باشد کار انجام میشود
ب)اگر نیرو و جابجایی با هم زاویه ی90 بسازند کار انجام نمیشود
ج)اگر نیرو و جابجایی با هم زاویه ی 180درجه بسازند (مثل نیروی اصطکاک در موقع حزکت و ترمز گرفتن)آن وقت کار منفی انجام میشود
-کار انجام شده روی جسم با رابطه ی روبرو تعریف میشود:
جابجایی*نیرو=کار
در این رابطه نیرو برحسب نیوتن(N)جابجایی بر حسب متر(m)و کار بر حسب ژول(J)اندازه گیری و بیان میشوند.
-در دو جا کار منفی انجام میشود:
الف)وقتی شما جعبه ای را از روی زمین بلند میکنید نیروی گرانشی کار منفی انجام میدهد
ب)در موقع حرکت و ترمز گرفتن وسیله،نیروی اصطکاک کارمنفی انجام میدهد
-هرچیزی که حرکت کند انرژی دارد.معمولا انرژی حرکتی را انرژی جنبشی می نامند .
انرژی جنبشی هر جسم به جرم جسم و مقدار سرعت آن بستگی دارد ، هرچه جسمی سنگین تر باشد و تند تر حرکت کند انرژی جنبشی بیشتری دارد ، انرژی می تواند ذخیره شود . انرژی پتانسیل گرانشی به وزن جسم و ارتفاع جسم از سطح زمین وابسته است و از رابطه ی زیر به دست می آید .
-انرژی ذخیره شده در انواع سوخت ها ومواد غذایی از نوع انرژی پتانسیل شیمیایی است.همچنین هرگاه یک نوار لاستیکی یا یک فنر را بکشیم انرژی پتانسیل کشسانی در آن ذخیره میشود.انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره شدهدر آن میتواند به شکل انرژی جنبشی آزاد شود.
-انواع انرژی ذخیره شده:(پتانسیل)
1-پتانسیل گرانشی:که به علت جابجا شدن و حرکت اجسام بر خلاف زمین در آنها ایجاد میشود.
2-پتانسیل کشسانی:که در فنر کشیده شده یا جمع شده یا زه کمان کشیده شده و غیره ایجاد میشود.
3-پتانسیل شیمیایی:انرژی ذخیره شده در مولکول بعضی از مواد است مثل غذاها،باروت،دینامیت،چوب و...
4-پتانسیل هسته ای:انرژی ذخیره شده در بعضی اتم ها است.مثل اتم اورانیوم
5-پتانسیل الکتریکی:انرژی که موجب جاری شدن الکتریسیته میشود.
باطری ها دارای این نوع انرژی هستند.-قانون پایستگی انرزی بیان میکند که انرژی هرگز به وجود نمی اید یا از بین نمیرود تنها شکل آن تغییر میکند و مقدار کل آن ثابت میماند.
اثبات قانون پایستگی انرژی در یک مدار الکتریکی :
-کمان کشیده شده دارای انرژی پتانسیل کشسانی است.با رها کردن زه کمان انرژی پتانسیل ذخیره شده به انرژی جنبشی نیز تبدیل می شود
-بدن ما به انرژی نیاز دارد.بدن ما انرژی مورد نیاز خود را برای انجام فعالیت های گوناگون از مواد غذایی که می خوریم به دست می آورد .
انرژی ذخیره شده در خوراکی ها به شکل انرژی شیمیایی است . و مقدرا آن را می توان با واحد کیلوژول یا کیلو کالری بیان کرد .
هرگرم از غذا انرژی شیمیایی دارد که با یکای کیلو ژول بر گرم بیان می شود .
آهنگ مصرف انرژی بیان می کند که در یک زمان معین مثلا یک دقیقه چه مقدار انرژی مصرف می شود و یکای آن کیلو ژول بر دقیقه است .
نوع فعالیت | Kj/ min |
خوابیدن | 5 |
نشستن در حال استراحت | 7.1 |
ایستادن در حال معمولی | 0.6 |
نشستن در کلاس درس | 12.6 |
به آرامی راه رفتن | 16 |
دویدن سریع | 41 |
دوچرخه سواری آرام | 23.9 |
دوچرخه واری سریع | 42 |
دوچرخه سواری مسابقه ای | 111.3 |
تنیس | 26.5 |
شنا | 28.6 |
بالا رفتنت از پله | 42.2 |
بسکتبال | 47.9 |
قایقرانی | 84 |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
فصل نهم
خلاصه درس:
منابع انرژی
-درصد مصرف انرژی های گوناگون در کل جهان عبارتند از 1)38 درصد نفت 2)23درصد زغال سنگ 3)24درصد گازطبیعی
4)6درصد سوخت هسته ای 5) 9 درصد انرژی خورشید،باد،برق آبی،موج دریاو...
وقتی بقایای جانداران لابلای رسوبات قرار بگیرند با گذشت زمان که لایه ها متراکم میشوند در اثر فشارهای زیاد و دمای مناسب به سوخت های فسیلی تبدیل میشوند.
در سوخت های هسته ای اتم های تشکیل دهنده ی سوخت هسته ای به اتم های سبکتر تبدیل میشوند و انرژی زیادی به صورت گرما آزاد میشود.
بیش از 85 درصد از انرژی مورد نیاز بیشتر از طریق سوخت های فسیلس تامین میشود.
-منشا گیاهی زغال سنگ به طور حتم از گیاهان بسیار قدیمی است زیرا آثار شاخ و برگ گیاهان در آن دیده شده است.
منشا نفت و گاز از جانداران ذره بینی است.
-انرژی خورشید ،انرژی باد،انرژی برق آبی،انرژی جزر و مد،انرژی زمین گرمایی و انرژی سوخت های گیاهی از جمله منابع تجدید پذیر محسوب میشوند انرژی حاصل از نور خورشید در صفحه های خورشیدی برای تولید انرژی به کار میرود.صفحه های خورشیدی در ماشین حساب،ماهواره ها ،چراغ ها،تابلوهای راهنمایی ورانندگی و.. کاربرد دارد.
در آب گرم کن خورشیدی انرژی تابشی خورشید به انرژی گرمایی تبدیل میشود.
-انرژی خورشید در بخش مرکزی آن تولید میشود.دمای مرکز خورشید چندین میلیون و دمای سطح آن حدود 5500درجه سانتی گراد است.منشا تولید انرژی در خورشید و دیگر ستارگان نیز نوع دیگری فرایند هسته ای است.تولید انرژی از طریق این نوع فرایند موضوع پژوهش های جدی در بسیاری از آزمایشگاه های فیزیک در سراسر نقاط دنیا و از جمله برخی از دانشگاه ها و مراکز پژوهشی کشورمان است.
-انرژی گرمایی ذخیره شده در زیر سطح زمین را انرژی گرمایی مینامند.این انرژی حاصل از گرمای سنگ های داغ اعماق زمین است که در نواحی آتش فشانی وجود دارند.این انرژی علاوه بر تولید برق کاربردهای دیگری دارد مثل گرمایش ساختمان ها،فعالیت های صنعتی و ایجاد مراکز گردشگری.
هرگاه پسماند یا باقی مانده محصولات کشاورزی در شرایط بی هوازی قرار بگیرند،پس از مدتی گازهایی از آن ایجاد میشوند که زیست گاز نام دارند و برای مصارف مختلف خانگی و صنعتی کاربرد دارد.
-در نیروگاه خورشیدی شیراز 48 جمع کننده ی خورشیدی وجود دارد که سطح آنها همچو آینه بسیار صیقلی است.
لوله ای پر از روغن در جهت این جمع کننده ها قرار داده شده است.نور خورشید پس از بازتاب از سطح این جمع کننده ها،روی این لوله متمرکز شده و انرژی گرمایی خود را به روغن داغ شده میدهد،روغن داغ شده انرژی گرمایی را به آب درون یک مخزن میدهد و آب را به جوش می آورد.روغن سرد شده به لوله باز میگردد تا بار دیگر داغ شود.
انرژی مورد نیاز ایستگاه بین المللی فضایی از طریق 8 جفت صفحه خورشیدی تامین میشود که مساحت هر صفحه ی آن 375متر مربع است.باچرخش این دستگاه به دور زمین صفحه های خورشیدی به گونه ای جهت گیری میکنند تا همواره روبه خورشید باشند تا بتوانند بیشترین مقدار انرژی الکتریکی را تولید کنند.
-باد همان هوای در حرکت است که در اثر گرم شدن نابرابر سطح زمین به وجود می آید.توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
-وزش باد در سطح آب دریا سبب میشود تا انرژی جنبشی باد به شکل انرژی پتانسیل گرانشی در آب دریا ذخیره شود و پس از مدت کوتاهی به شکل انرِز جنبشی (موج)آن را پس میدهد.
آب ذخیره شده در پشت یک سد بلند انرژی پتانسیل گرانشی زیادی دارد .بهره برداری از این انرژی وتبدیل آن به انرژی الکتریکی را انرژی برق آبی گویند.