مفاهیم و واحد های گرما، دما و توان گرمایی
مفاهیم و واحد های گرما، دما و توان گرمایی

مفاهیم و واحدهای گرما، دما و توان گرمایی

 

در این مقاله تعاریف دما، گرما و توان گرمایی بیان خواهد شد. ضروری است مفاهیم و تفاوت های آن ها را به درستی درک نموده و سپس با واحد های آن ها در سیستم های مختلف و نحوه تبدیل واحد ها به یکدیگر آشنا شوید.

تعریف گرما: گرما گونه ای از انرژی است که به دلیل اختلاف کمیّتی به نام دما میان دو جسم متّصل به هم، از جسم با دمای بیشتر، به جسم با دمای کمتر، به طور خود به خود، شارش می کند. این شارش انرژی (گرمایی) آن قدر ادامه می یابد تا دو جسم به تعادل گرمایی برسند.

چون مولکول های اجسام حرکت می کنند “انرژی جنشی” دارند و به سبب وضع و حالتی که نسبت به یکدیگر دارند “انرژی پتانسیل” نیز دارند. وقتی جسمی را گرم می کنیم انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی مولکول های آن افزایش می یابد. طبق نظریه “جنبش مولکولی” گرما مجموع انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی مولکول هاست.

گرمای ویژه: انرژی گرمایی لازم برای تغییر دمای یک کیلوگرم از یک جسم به اندازه یک درجه سانتیگراد (یک درجه کلوین) را گرمای ویژه گویند و با واحد ژول بر کیلوگرم بر درجه کلوین بیان می شود.

 

واحدهای اندازه گیری گرما: واحد اندازه گیری گرما در سیستم SI همان واحد انرژی یعنی ژول است. برای سنجش گرما واحدهای دیگری غیر از ژول به کار می رود که متداول ترین آن ها کالری است. یک کالری مقدار گرمایی است که اگر به یک گرم آب (آب با دمای ۱۴٫۵ درجه) داده شود دمای آن به اندازه یک درجه سانتیگراد افزایش یابد. یک کیلوکالری برابر با ۱۰۰۰ کالری است. به بیان دیگر یک کیلوکالری، مقدار گرمای لازم برای افزایش یک درجه سانتیگرادی دمای یک کیلوگرم آب است. یک کالری تقریبا برابر با ۴.۱۸۴ ژول می‌باشد.

واحد دیگر گرما (BTU (British Thermal Units می باشد. BTU یک واحد حرارتی در سیستم انگلیسی بوده که عبارت است از مقدار گرمایی که می تواند درجه حرارت یک پوند آب را یک درجه فارنهایت بالا ببرد.

 

توان گرمایی : انرژی گرمایی در واحد زمان توان گرمایی نامیده می شود. ظرفیت گرمایی دستگاه های گرم کننده مانند دیگ، هواساز، مشعل و بخاری را بر حسب توان گرمایی بیان می کنند. واحد توان گرمایی ژول بر ثانیه یا وات می باشد. واحد دیگر متداول برای توان گرمایی کیلوکالری در ساعت است. هر کیلوکالری در ساعت برابر ۱٫۱۶۲ وات است. (هر ۸۶۰ کیلوکالری در ساعت برابر  یک کیلو وات است.)

جدول تبدیل واحد های توان گرمایی (کیلوکالری و کیلو وات)

 

تعریف دما: دمای یک جسم نشانه ای از سرعت متوسط مولکول های تشکیل دهنده آن است.  دما کمیّتی است که اختلاف آن میان دو نقطه از یک جسم (یا دو جسم متّصل به هم)، باعث شار خود به خودی گرما از جسم با دمای بیشتر، به جسم با دمای کمتر می شود. یا میتوان در یک تعریف ساده تر و غیر رسمی گفت که: دما، معیاری برای سردی یا گرمیِ اجسام است.

وقتی به جسمی گرما (انرژی) می دهیم سرعت مولکول ها و انرژی جنبشی داخلی آن افزایش می یابد. این افزایش به صورت افزایش دما متجلی می شود. برعکس گرفتن گرما از جسم سرعت مولکول ها و دمای جسم کاهش می یابد. بر اساس نظریه جنبشی مولکولی در صورتی که کاهش انرژی یک جسم تا به صفر ادامه داشته باشد دمای آن به صفر مطلق یعنی ۲۷۳٫۱۵- می رسد و حرکت مولکولی کاملا متوقف می شود.

گرما و دما دو کمیت مرتبط به یکدیگر هستند، اما این به معنای آن نیست که هر دو یک کمیت و یک معنا هستند. دما را نباید با گرما که شکلی از انرژی است اشتباه کرد. دما میزان سرعت مولکول های یک جسم را نشان می دهد در حالی که گرما نه تنها نشان دهنده ی سرعت حرکت مولکول هاست بلکه تعیین کننده تعداد مولکول هایی است که تحت تاثیر آن قرار گرفته اند.

فرض کنید در اتاقی که به طور کامل بسته و ایزوله است کبریتی روشن نمایید. دماسنج نصب شده در اتاق با وجود اینکه دمای شعله کبریت بالای ۱۰۰۰ درجه  سانتیگراد است تغییری نشان نمی دهد ولی اگر یک شمش فولادی به وزن ۳۰۰۰ کیلوگرم و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد داخل همان اتاق وارد شود دمای اتاق و ترموتر به سرعت افزایش می یابد. گرچه دمای شعله کبریت خیلی بیش تر از دمای شمش است ولی شمش فولادی گرمای خیلی بیشتری دارد و به همین دلیل دمای اتاق را بالا می برد.

همچنین توجه نمایید که انرژی می تواند منتقل شود، بدون اینکه دمای جسم تغییر نماید . به عنوان مثال در تبدیل یخ صفر درجه به آب صفر درجه، انرژی سیتم افزایش می یابد در حالیکه دمای جسم ثابت است.

 

اندازه گیری و واحد های دما: برای سنجش دما از “دماسنج” یا “ترمومتر” استفاده می شود. دماسنج شیشه ای بر اساس انبساط مایعات در اثر گرما عمل می کند. در دماسنج شیشه ای معمولا از الکل یا جیوه استفاده می شود. زیرا دمای انجماد آن ها پایین است و ضریب انبساط تقریبا ثابتی دارند. در دماسنج سلسیوس نقطه پایینی آن نقطه انجماد آب بوده  و با °۰  نشان داده می شود و نقطه بالایی آن نقطه جوش آب بوده و با °۱۰۰ نمایش داده می شود. بین نقطه بالایی و پایینی به ۱۰۰ قسمت تقسیم شده و هر قسمت یک درجه سلسیوس (سانتیگراد) نامیده می شود.

همان طور که گفته شد پایین ترین حد دما ۲۷۳٫۱۵- درجه سانتیگراد است که صفر مطلق نامیده می شود. صفر مطلق نقطه پایین درجه بندی دیگری است که به آن درجه بندی مطلق می گویند. درجه بندی مطلق در سیستم SI درجه بندی کلوین (K)نامیده می شود و درجه آن معادل یک درجه سانتی گراد (C) است.  یکی دیگر از واحد های اندازه گیری دما درجه فارنهایت (F) می باشد. در این مقیاس نقطه ذوب یخ ۳۲ و نقطه جوش آب ۲۱۲ انتخاب شده است و فاصله بین آن ها به ۱۸۰ قسمت مساوی تقسیم شده است.

در جدول زیر فرمول های تبدیل واحد های دما نمایش داده شده است:

 

۱۶ پاسخ
  1. مجید
    مجید says:

    مگر ژول بر ثانیه وات نمیشه؟ مگر هر ۴/۱۸ ژول یک کالری نمیشه؟ چرا شما وات و کالری رو از یک جنس میبینید؟ نرخ مصرف یا تولید گرما و… ( کالری بر واحد زمان) با وات و از جنس وات نست؟

    پاسخ دادن
    • واحد آموزش
      واحد آموزش says:

      وات و کالری از یک جنس نیستند
      همان طور که در مقاله ذکر شده است : “واحد توان گرمایی ژول بر ثانیه یا وات می باشد. واحد دیگر متداول برای توان گرمایی کیلوکالری در ساعت است.”

      پاسخ دادن
  2. جمال
    جمال says:

    سلام.اگر قیمت هر کیلو وات برق مصرفی ۷۰۰ ریال باشد و قیمت هر لیتر گازوییل آزاد ده هزار ریال باشد برای گرم کردن یک سالن پرورش قارچ کدام یک مقرون به صرفه تر است؟ با توجه به این که کل انرژی گرمایی تولید شده از برق در داخل سالن تبدیل به گرما می شود ولی بخش قابل توجهی از گرمای حاصل از سوخت گازوییل از دود کش مشعل خارج می شود،با سپاس فراوان از راهنمایی شما

    پاسخ دادن
  3. حسین
    حسین says:

    یک خطا در جدول تبدیل واحد وجود دارد و آن اینکه ((وات)) با ((کالری بر ساعت)) رابطه دارد یا ((وات-ساعت)) با ((کالری))
    kw*860=kCal/hr
    لطفا اصلاح نمایید

    پاسخ دادن
    • واحد آموزش
      واحد آموزش says:

      بسیار ممنون از تذکر اشتباه موجود در جدول ، مشکل جدول اصلاح گردید.
      البته متن مقاله صحیح بوده و مشکلی ندارد.

      پاسخ دادن

دیدگاه خود را ثبت کنید

نظرات شما پس از تایید، در سایت قرار می گیرد. پست الکترونیک شما در سایت نمایش داده نمی شود.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.