مفاهیم فیزیکی

مفاهیم فیزیکی

• دستگاه و محیط

در بررسی مسایل فیزیک از جمله علم ترمودینامیک معمولا توجه خود را به بخش خاصی از جهان معطوف می کنیم وبطور حقیقی یا فرضی آن را از آن چه در اطرافش قرار دارد جدا می کنیم . این بخش را دستگاه و سایر جسم هایی را که در اطراف آن قراردارند و روی رفتار آن موثرند محیط می نامیم .برای مثال اگر مقداری گاز را داخل سیلندری قرار داده و دهانه یĤن را با پیستون مسدود کنیم گاز درون سیلندر که رفتار آن مورد بررسی قرار می گیرد دستگاه وپیستون وسیلندر و هوای خارج که بر رفتار گاز موثرند )برای مثال دما ویا فشار آن را تغییر میدهند ( محیط گاز هستند .

اندازه گیری : فیزیک مجموعه ای است از اندازه گیری ها ورابطه های بین نتیجه های آن ها که نظریه ها و قوانین فیزیک را می سازند. اینکه می گویند :فیزیک علم اندازه گیری است در حقیقت اهمیت موضوع اندازه گیری رانشان می دهد .

• یکای (واحد) اندازه گیری

دانشمندان برای آن که رقم های حاصل از اندازه گیری های مختلف یک کمیت باهم مقایسه پذیر باشند در نشست های بین المللی توافق کرده اند که برای هر کمیت یکای معینی تعریف کنند .یکای هر کمیت باید به گونه ای انتخاب شود که درشرایط فیزیکی تعیین شده تغییر نکند ودر دسترس باشد. مجموعه .یکاهای مورد توافق بین المللی را به اختصار یکاهای SYSTEM INTERNATIONAL) SI) می نامند.

• کمیت های میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک

کمیت هایی نظیر سرعت مکان شتاب هر ذره و نیروی بین ذره ها که وضعیت تک تک ذره های سازنده ی یک ماده را توصیف می کنند کمیت های یکروسکوپیک نامیده می شوند و کمیت هایی مانند فشار حجم دما وگرما که وضعیت ماده را در مقیاس
بزرگ توصیف می کنند وبه جزییات رفتار تک تک ذرات کاری ندارند کمیت های ماکروسکوپیک نامیده می شوند . علم ترمودینامیک رفتار ماده را بر حسب کمیت های ماکروسکوپیک توصیف می کند.

AIR هوا :

هوا گازی بدون مزه وبو است . واز گاز های گوناگونی مانند %۷۸.۰۹ نیتروژن – %۲۰.۹۵ اکسیژن- %۰.۹۳ آرگون و %۰.۰۳ سایر گازها تشکیل شده است .

pressure فشار :

فشار اساسا یک موضوع مکانیکی است ودر سیالها عموما براثر برخورد مولکولهای یک گاز یا مایع با اطرافشان به خصوص دیواره ظرف محتوی آنها بوجود می آید .بنا به تعریف نیرویی که بطور عمود بر واحد سطح یک جسم وارد می شود فشار نامیده می شود وبا Pنمایش می دهند ودارای واحد های زیر می باشد : پاسکال –بار –نیوتن بر متر مربع – کیلوگرم نیرو بر سا نتی متر مربع و……….رابطه آن عبارت است از : P=F/A که در آن F نیرو بر حسب نیوتون و A سطح مقطع بر حسب متر مربع و P فشار برحسب نیوتن بر متر مربع است.

واکیوم(خلاء)

خلا تعریف دقیقی ندارد ولیکن فشار زیر فشار اتمسفر )جو( را می گویند .به عبارت دیگر اگر بزرگی نیروی وارد بر دیواره یک ظرف محتوی گاز بقدری کوچک باشد که تنها از روشهای غیر مستقیم بتوان آن را اندازه گرفت در آن هنگام با خلا سروکار داریم .این فشار دارای علامت منفی بوده و اغلب دارای اندازه ۱-۰بار و۰الی۷۶سانتیمتر جیوه ویا ۰الی ۷۶۰میلیمتر می باشد.

• Gage Pressure فشار گی

فشار بالای فشار اتمسفر راگویند. میدانیم که مبنای نقطه صفر اکثر گیج های فشار که به کار می رود فشار اتمسفر است و فشاری که چنین گیج هایی نشان می دهند را اصطلاحا فشار پیمانه ای می گویند .

• (ABSOLATE PRESSURE) فشار مطلق

اگر مبنای اندازه گیری را خلاکامل در نظر بگیریم یعنی فشار صفر مطلق اصطلاحا این فشار را فشار مطلق می گویند. فشار اتمسفر + فشار پیمانه ای=فشار مطلق

وسیله که فشار مطلق را اندازه گیری می کند بارومتر نامیده می شود. فشارسنج ها اختلاف بین فشار سیستم وفشار محلی اتمسفریک را بیان می کند.یعنی آنها فشار نسبی یا موثر سیستم را نشان می دهند ونه فشار مطلق . در تمام تئوریها ومحاسبات مربوطه به کمپرسورها وابزار بادی فشار مطلق بکار می رود.

(Temperature) دما یا درجه حرارت

درجه گرمی ویا سردی یک جسم را دمای آن جسم گویند . به طور فیزیکی درجه حرارت شاخصی از انرژی جنبشی مولکولهای تشکیل دهنده حسم بوده که با افزایش سرعت مولکول ها دما هم زیاد می شود .یعنی دمای هر جسم متناسب است با انرژی جنبشی متوسط مولکول های سازنده آن. دما دارای واحد های سانتیگراد –کلوین وفارینهایت است.

VOLUME حجم

حجم یک ماده میزان فضایی است که آن را اشغال می نماید . چون گاز تمام فضای یک محیط بسته را اشغال می نماید لذا حجم آن برابر حجم آن فضا خواهد شد. میزان جرم گاز با تغییرات فشار ودرجه حرارت تغییر خواهد نمود.

HEAT گرما

انرژی که در اثر وجود اختلاف دما بین دو حسم )سرد وگرم( از یکی به دیگری منتقل می شود گرما نامیده می شود و آن را با نماد Qنشان می دهند، مقدار گرمایی که باید به mکیلوگرم از یک جسم بدهیم تا به اندازه یΔӨدرجه سلسیوس گرم شود برابر است:
Q=mCΔT

• ظرفیت گرمایی ویژه

C مقدار گرمایی است که به یک سیستم داده می شود تا درجه حرارت یک واحد جرم آن به اندازه یک درجه حرارت کلوین بالا رود .

CP ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت و Cv ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت است .

ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت و Cv ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت است .

برای اکثر موارد مقدار Cp بزرگتر از مقدار Cv است و برای مایعات و جامدات مقدار آنها برابر می باشد.

• کار WORK

کار مکانیکی حاصلضرب نیرو در مسافتی که عمل می نماید می باشد.

برای مثال در یک تراکم گاز در یک سیلندر میزان کار انجام شده در مسافت طی شده توسط پیستون می باشد. نیروی وارده بر پیستون عمل تراکم را انجام می دهد و در نتیجه انتقال انرژی از پیستون به گاز خواهد بود. در SI آن زول است.

• توان POWER(قدرت)

کار انجام شده در واحد زمان را توان گویند و در SI یکای آن وات یا ژول بر ثانیه است.توان ورودی به محور کمپرسور یا پمپ از لحاظ عددی برابر حرارت حذف شده از سیستم به اضافه انرژی تخلیه شده توسط سیال خروجی است.

انتقال حرارت: HEAT TRANSFER

در اثر هر اختلاف درجه حرارت در جسم یا بین دو سطح انتقال تا حصول تعادل درجه حرارت وجود خواهد داشت. به سه طریق این انتقال حرارت صورت خواهد پذیرفت:

• هدایتی
• جابجایی
• تشعشعی

تذکر: در انتقال به روش جابجایی به صورت آزاد و اجباری انجام می گیرد. در انتقال آزاد به سبب اختلاف دانسیته ناشی از اختلاف دما انتقال حرارت انجام می گیرد در انتقال حرارت جابجایی از یک فن و یا پمپ استفاده می شود.

• AIR هوا:

هوا گازی بدون رنگ، مزه و بو است. و از گازهای گوناگونی مانند:

۷۸.۰۹% نیتروژن -%۲۰.۹۵ اکسیژن

۰.۹۳% آرگون و %۰.۰۳ سایر گازها تشکیل شده است.

• ترمودینامیک THERMODYNAMICS

فرض کنید مقداری گاز را به عنوان دستگاه انتخاب کرده و می خواهیم رفتار آن را مورد بررسی قرار دهیم . برای آن که حالت این دستگاه را مشخص کنیم باید از سه کمیت فشار، حجم و دما استفاده کنیم . بین این کمیت ها که متغیرهای ترمودینامیکی نام دارند. همواره رابطه ای وجود دارد که معادله ی حالت نامیده می شود.این معادله برای گازهای بسیار رقیق که به آنها گاز کامل گفته می شود. به صورت زیر است:

PV=nRT

در این رابطه R ضریب ثابت گازها و n تعداد مولهای تشکیل دهنده ی گاز است

n=m