ایران

همنطوری که قول داده بودیم براتون گزارش کارهای آزمایشگاه های فیزیک و شیمی رو می نویسیم

اولین گزارش کار مربوط به قانون سرد شدن نیوتن

تئوری آزمایش

هنگامی که اختلاف دمای بین جسم و محیط اطراف آن کم باشد مقدار متوسط گرمایی که در اثر هدایت و تابش بین جسم و محیط مجاور آن مبادله می شود به صورت تقریبی متناسب با اختلاف دمای بین جسم و محیط اطراف آن می باشد از طرفی سرعت تغییر دمای جسم با مقدار دریافت یا از دست دادن گرما  متناسب است بنابرین سرعت تغییر دمای یک جسم و محیط اطراف آن متناسب می باشد این موضوع اولین بار توسط نیوتن کشف شد و به قانون سرد شدن نیتون معروف است.

البته اين قانون هنگامي که اختلاف دما خيلي زياد نباشد ، معتبر است . از نظر رياضي مي توان اين قانون را به صورت زير نوشت:

اگر فرض کنيم که T=T_C-T_R باشد ، رابطه ي بالا به صورت زير در مي آيد :

و چون براي يک حجم معين  مي باشد ، خواهيم داشت :

از رابطه ي اخير مي توان چنين نتيجه گيري کرد که تغييرات دما بر حسب زمان به صورت يک تابع نمايي خواهد بود.

مقدار گرمايي که يک جسم در مدت معين از دست مي دهد ، بستگي به جنس و مساحت سطح تابنده و نيز اختلاف دماي جسم و محيط اطراف آن دارد. اگر اين عوامل ثابت بمانند ، مقدار گرمايي که يک جسم مانند بشر و محتويات آن در مدت زمان معيني از دست مي دهند ، ثابت خواهد بود و اين موضوع ربطي به نوع مايعي که داخل آن است ، ندارد . از اين خاصيت مي توان براي به دست آوردن ظرفيت گرمايي ويژه ي  يک مايع استفاده نمود.

اگر مقداري مايع گرم را که جرم آن برابر با M₁  و گرماي ويژه ي آن C₁  باشد ، درون يک بشر بريزيم ، مايع و بشر بتدريج سرد مي سوند. اگر زماني را که طول مي کشد تا دماي مايع از T₂  به T₁  برسد با t₁ و ارزش آبي بشر (A₁=m₁c₁) باشد ، مقدار گرمايي که بشر و مايع در اين مدت از دست داده اند ، برابر با مقدار زير خواهد بود :

H₁= (M1C1 + A₁) (T₂ – T₁)

با تقسيم رابطه ي به دست آمده بر زمان مي توان ميزان از دست دادن گرما در واحد زمان را به دست آورد

حال اگر درون بشر با همان مشخصات يعني همان جنس و سطح تابنده به همان حجم از آب گرم باشد ، به طوري که توده ي آب گرم M₂  و اگر زماني را که طول مي کشد تا دماي مايع از T₂  به T₁  برسد با t₂ و ارزش آبي بشر (A₂=m₂c₂) باشد ، مقدار گرمايي که بشر و مايع در اين مدت از دست داده اند ، برابر با مقدار زير خواهد بود :

H₂= (M2C2 + A₂) (T₂ – T₁)          

ميزان از دست دادن گرما در واحد زمان به وسيله ي آب و بشر عبارت خواهد بود از :

از آنجاکه در هر دو حالت جنس و سطح تابنده و اختلاف دماي جسم و محيط يکسان بوده است ، ميزان از دست رفتن گرما در واحد زمان براي هر دو مايع برابر خواهد بود . در نتيجه

و در نهايت مي توان به رابطه ي زير رسيد :

با استفاده از اين رابطه و داشتن ساير کميتها، مي توان گرماي ويژه ي مايع C₁ را محاسبه نمود. براي به دست آوردن t₁و t₂مي توان از دو نمودار استفاده کرد. روش کار بدين ترتيب است که تغييرات T دماي آب و دماي مايع را بر حسب زمان به ترتيب بر روي يک کاغذ ميليمتري رسم مي کنيم. در نقاط دلخواه T₁و T₂ و بر روي نمودار دو خط افقي رسم مي کنيم . مطابق شکل ، اين دوخط منحني را در نقاط a,b,c,d قطع مي کنند . زمان لازم براي سرد شدن آب از دماي T₂ به دماي T₁ برابر با طول a’c’ خواهد شد.

a’c’    در واقع   همان t₂   خواهد بو د .  به همين ترتيب t₁’= b’d’ خواهد بود که t₁زمان سرد شدن مايع از دماي T₂ به دماي T₁ است .