فصل دهم علوم هفتم با عنوان "گرما و بهینه سازی مصرف انرژی" درباره دمای محیط اطراف ،دماسنج و روش های انتقال گرما می باشد. اهمیت دمای محیط اطراف تا حدی است که هرگونه حیاتی کاملا وابسته به آن می باشد. سیاره زهره و مریخ به هم نزدیک هستند. دمای سیاره زهره آنقدر زیاد است که اگر دمای زمین به آن مقدار برسد؛فلزهای موجود در آن ذوب می شود و در مقابل مریخ آنقدر سرد است که همه چیز روی آن یخ می زند. جست و جوی زندگی در سیاره ی دیگر بر اساس وجود آب در حالت مایع در آن سیاره انجام می شود.اگر آب به صورت مایع وجود داشته باشد، دمای محیط مناسب می باشد.

 دما چیست؟

دما، یک کمیّت فیزیکی و نسبی است که میزان گرمی و سردی را مشخص می‌کند و با دماسنج قابل اندازه‌گیری است. اگر دو جسم دارای دمای متفاوت باشند،گرما از جسم با دمای بیشتر به جسم با دمای کمتر منتقل می‌شود تاهنگامی که دمای دو جسم به تعادل برسد. دما یک ویژگی ماده است که وابسته به انرژی گرمایی آن است. هر چه انرژی گرمایی ماده‌ای افزایش یابد، دمای آن نیز افزایش پیدا می‌کند. دما به عنوان میزان گرم بودن یک ماده تعریف می‌شود. به بیان دیگر، میان دو ماده با دمای متفاوت، ماده‌ای که گرمای بیشتری داشته‌باشد، دمای آن نیز بالاتر است. برای اندازه‌گیری دمای مواد، یکاهای مختلفی تعریف می‌شوند.

ممکن است در جابه‌جایی گرمایی، جسم دارای دمای بیشتر، مجموع انرژی گرمایی کمتری داشته باشد، اما باز همگرما از دست بدهد و جسم دارای دمای کمتر مجموع انرژی گرمایی بیشتری داشته باشد،اما باز هم گرما دریافت کند.

دمای جسم هایی که روزانه با آنها سروکار داریم ،معمولا تاثیر زیادی در کار و فعالیت روزانه ی ما دارد. مثلا در زمستان برای گرم کردن محل کار،خانه و یامدرسه و در تابستان برای خنک کردن این محیط ها کارهای زیادی می کنیم.مثلا در فصل سرما برای گرم کردن این مکان ها از وسایل گرمایشی بخاری،شوفاژ و شومینه و در فصل گرما هم برای خنک کردن از پنکه و کولر استفاده می شود.حتی پوشش انسانها هم در این دوران با هم فرق دارد و با توجه به فصل های سال تغییر می کند.

 این موضوع فقط مختص به انسانها نیست و گیاهان و جانوران هم تحت تاثیر محیطی که در آن قرار گرفته اند، هستند.به همین خاطر شکل گیاهان و جانورانی که در محیط گرمسیری زندگی می کنند با گیاهان و جانورانی که در محیط سردسیر قرار دارند، متفاوت است.

دما سنج چیست؟

هرچه جسمی گرم تر باشد، دمای آن بیشتر است. مثلا دمای یک فنجان چای داغ بیشتر از یک لیوان آب سرد است. در واقع ما می توانیم با استفاده از حس لامسه دما را تشخیص دهیم که چه جسمی گرم و چه جسمی سرد است.اما با اینکه با استفاده از حس لامسه می توانیم گرمی و سردی یک جسم را تشخیص دهیم، اما نمی توانیم به طور دقیق بگوییم که چقدر گرم یا سرد است. مثلا اگر شخصی تب داشته باشد،می توانیم با قرار دادن دست خود بر روی پیشانی او متوجه ی تب او شویم ،اما درجه تب او را نمی توانیم تشخیص دهیم و برای این کار بهتر است از دما سنچ استفاده کنیم.

دما، سنجش عینی و واقع گرایانه گرمی یا سردی یک شیء است. دما را می توان با دماسنج یا گرماسنج اندازه گیری کرد. اینها وسایل معین کردن انرژی درونی موجود در داخل سیستم هستند.

وسیله‌ای است که دما یا گرادیان دما (درجه گرم یا سرد بودن یک جسم) را اندازه‌گیری می‌کند. هر دماسنج دارای دو عنصر مهم است: (۱) یک سنسور دما (به عنوان مثال حباب جیوه در دماسنج جیوه‌ای یا سنسور پیرومتریک در دماسنج مادون قرمز) که با تغییر دما در آنها تغییراتی ایجاد می‌شود. و (۲) روشی برای نمایش این تغییرات به صورت یک مقدار عددی (به عنوان مثال مقیاس مرئی که در دماسنج جیوه‌ای روی شیشه علامت گذاری شده‌است یا نمایشگر دیجیتال در مدل مادون قرمز). دماسنج‌ها به‌طور گسترده‌ای در فناوری و صنعت برای پایش فرایندها استفاده می‌شوند. همچنین در اندازه‌گیری، پزشکی، و تحقیقات علمی کاربرد فراوانی دارند.

همانطور که گفتیم اندازه‌گیری دما با استفاده از دماسنج انجام می‌شود. انواع مختلف دماسنج وجود دارند که از روش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. برای نمونه، اندازه‌گیری دما دردماسنج جیوه‌ای با بهره‌گیری از ویژگی انبساط گرمایی جیوه انجام می‌شود.

انواع مختلفی از دماسنج تجربی بر اساس ویژگی‌های مواد وجود دارد. بسیاری از دماسنج‌های تجربی بر اساس رابطه بین فشار، حجم و دمای مواد دماسنجی کار می‌کنند. به عنوان مثال، جیوه هنگام گرم شدن منبسط می‌شود. هر ماده‌ای که بر اساس این رابطه برای دماسنجی استفاده می‌شود، باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

گرمایش و سرمایش آن باید سریع باشد. به عبارت دیگر، زمانی که مقداری گرما وارد بدنه ماده می‌شود، ماده باید بلافاصله به حجم، یا فشار یا دمای نهایی خود برسد؛ مقداری از گرمای وارد شده می‌تواند حجم بدنه ماده را در دمای ثابت تغییر دهد که به آن گرمای نهان انبساط در دمای ثابت می‌گویند؛ و بقیه آن می‌تواند دمای بدنه ماده را در حجم ثابت تغییر دهد که به آن گرمای خاص در حجم ثابت می‌گویند. بعضی از مواد این خاصیت را ندارند و برای توزیع گرما بین تغییر دما و حجم مدتی طول می‌کشد.

گرمایش و سرمایش باید برگشت‌پذیر باشد. به عبارت دیگر، این ماده باید بتواند غالباً با همان افزایش و کاهش گرما، گرم و سرد شود و همچنان هر بار به فشار، حجم و دمای اولیه خود بازگردد. بعضی از پلاستیکها این خاصیت را ندارند.
گرمایش و سرمایش باید یکنوا باشد. در دمای حدود ۴ درجه سلسیوس، آب این خاصیت را ندارد، و گفته می‌شود از این لحاظ رفتار غیرعادی دارد؛ بنابراین نمی‌توان از آب به عنوان ماده‌ای برای این نوع دماسنج‌ها برای دامنه‌های دمایی نزدیک به ۴ درجه سلسیوس استفاده کرد.

انواع دماسنج
از انواع دماسنج‌ها می‌توان به دماسنج‌های مایع، دماسنج‌های الکترونیکی، دماسنج‌های پزشکی، کرایومتر، پیرومتر و دماسنج‌های مادون قرمز اشاره کرد.

دماسنج مایع: یک مایع زمانی که گرم می‌شود با سرعتی منظم و قابل اندازه‌گیری منبسط نیز می‌شود. به همین دلیل فرم متداول دماسنج حاوی مایعی در یک لوله شیشه‌ای باریک است. جیوه یکی از آشناترین مواد مورد استفاده در دماسنج‌های مایع است. مایعات دیگری مانند نفت سفید یا اتانول نیز ممکن است در این نوع دماسنج‌ها استفاده شوند.

وقتی گرما بالا می‌رود مایع از یک کاسه یا حباب به سمت قسمت خالی منبسط می‌شود و از لوله بالا می‌رود. با کاهش دما، مایع منقبض شده و دوباره پایین می‌رود. دماسنج‌های مایع اغلب شامل هر دو مقیاس درجه سانتیگراد و فارنهایت هستند که در دو طرف لوله نمایش داده می‌شوند.

دماسنج جیوه ای و الکلی ،رایج ترین دما سنج ها هستند.دماسنج جیوه ای از یک لوله باریک با یک مخزن به شکل کروی یا استوانه ای تشکیل شده‌است که درون آن با مایعی عمدتاً از جنس جیوه یا الکل پر شده‌است.اگر این دماسنج را در محیط گرم قرار دهیم؛جیوه یا الکل درون مخزن آن منبسط می شود و از لوله نازک بالا می رود. در این حالت ارتفاع الکل رنگی یا جیوه ی درون لوله،دمای محیط را نشان می دهد.

 دلیل استفاده از جیوه در دماسنج به جای سایر مواد:

آب بیرنگ است در نتیجه نمی‌تواند دما را به خوبی نشان دهد.

آب به دلیل داشتن ظرفیت گرمایی بالا، نسبت به تغییرات درجه حرارت و دما حساس نیست.

آب زیر صفر درجه یخ می‌زند و بالای ۱۰۰ درجه به جوش می‌آید و تبخیر می‌شود بنابراین در محدودهٔ کمی از دما به صورت مایع است.

کشش سطحی آب زیاد است و به مقدار زیادی به دیواره می‌چسبد.

چگالی یا دانسیته کمی درمقایسه با جیوه دارد.

دماسنج الکترونیکی: از جیوه و سایر دماسنج‌های مایع نمی‌توان برای اندازه گیری دما در واحد کلوین استفاده کرد. دماسنج‌های بر حسب کلوین معمولاً دستگاه‌های الکتریکی هستند که می‌توانند تغییرات بسیار کم در تابش را ثبت کنند. این تغییرات قابل مشاهده نیستند و ممکن است فشار هوا را برای افزایش سطح جیوه در یک دماسنج مایع تغییر ندهند. دماسنج‌های الکترونیکی با ابزاری به نام ترمیستور کار می‌کنند. ترمیستور بر اساس دما مقاومت خود را در برابر جریان الکتریکی تغییر می‌دهد. یک ابزار الکترونیکی مقاومت ترمیستور را اندازه گیری می‌کند و آن را به قرائت دما تبدیل می‌کند.

دماسنج‌های پزشکی: این دماسنج‌ها را تب سنج می‌گوییم که اساس کار آن‌ها نیز تغییرات دمای بدن است. انواع تب سنج‌ها را می توان به صورت زیر دسته‌بندی کرد:
دماسنج‌های دهانی که زیر زبان قرار می‌گیرند.
دماسنج‌های مقعدی یا رکتوم که درون رکتوم قرار می‌گیرند.
دماسنج‌های چند منظوره که می‌توانند زیر زبان‌، درون رکتوم یا زیر بغل قرار بگیرند.
دماسنج‌های گوش که داخل گوش قرار می‌گیرند.
دماسنج‌های پایه که دماسنج‌های بسیار حساسی که برای اندازه‌گیری تغییرات جزئی دما در زیر زبان یا در رکتوم قرار می‌گیرند و نشان می‌دهد تخمک گذاری در یک زن اتفاق افتاده است یا خیر.

گرما چیست؟

گرما یا حرارت در فیزیک و ترمودینامیک (علم مطالعه گرما و انرژی)، انرژی جابجا شده از یک جسم به جسم دیگر یا از ناحیه‌ای به ناحیه‌ای دیگر، طی برهم‌کنش‌های گرمایی است. (به عبارتی: به مقدار انرژی که دراثر اختلاف دما از جسمی به جسم دیگر انتقال پیدا می‌کند، گرما می‌گویند) .

دانشمندان از حدود سه قرن پيش،‌مطالعه ی درباره گرما را آغاز كردند. در آن زمان، مردم معتقد بودند كه گرما يك ماده ی نامرئی است.اعتقاد بر آن بود كه وقتی يك ماده گرم در كنار يك ماده سرد قرار می گيرد، ماده ای نامرئی به نام كالريك از ماده ی گرم خارج می شود و به ماده سرد منتقل می شود. به همين دليل ماده ی گرم سرد می شود و ماده سرد، ‌گرم می شود.

امروزه می دانيم كه گرما ماده نيست بلكه يكی از صوت های انرژی است. همانطور كه انرژی مكانيكی، الكتريكی و انرژي شيميایی نيز صورت های ديگری از انرژی هستند و می توانند به هم تبديل شوند.

هر ماده از ذرات بی شماری ساخته شده است و هر ذره مقداری انرژی دارد. به مجموعه انرژيهای ذرات سازنده هر ماده انرژی درونی آن ماده می گويند. هر چه ذرات سازنده ماده بيشتر و انرژی هر ذره آن زيادتر باشد. انرژی درونی آن ماده بيشتر است.

انرژی درونی هر ماده ، هم به انرژی جنبشی ذرات آن ماده (يعنی سرعت حركت آن ها) و هم به انرژی پتانسيل (ذخيره شده) ذرات سازنده ی آن ماده بستگی دارد. انرژی پتانسيل هر يك از ذرات سازنده هر ماده در اثر نيرویی كه از طرف ذرات اطراف به آن وارد می شود، بوجود می آيد.

هنگامي كه يك جسم گرم در كنار يك جسم سرد قرار می گيرد،‌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 كاهش و انرژی درونی جسم سرد افزايش می يابد.

دما و گرما: گرما و دما دو كميت مرتبط به يكديگر هستند، اما اين به معنای آن نيست كه گرما و دما يك كميت و يك معنا هستند. دمای يك جسم در واقع نشان دهنده ی سرعت حركت ذرات تشكيل دهنده آن است. هر چه سرعت حركت ذرات يك ماده بيشتر باشد دمای آن جسم بالاتر است.به همين دليل می توان گفت كه افزايش دمای يك جسم به معنی افزايش انرژی جنبشی ذرات آن جسم است.

روش های انتقال گرما : گرما به روش هاي مختلفی از يك جسم به جسم ديگر منتقل می شودکه عبارت است از رسانایی،همرفت،تابش .

رسانایی: يكي از راههای انتقال گرما ، رسانایی است. ذره های تشكيل دهنده ی هر ماده دائماً در حال جنبش و نوسان هستند و هر چه ماده بيشتر باشد سرعت نوسان مولكول های آن بيشتر است.در انتقال گرما به روش رسانایی، انرژي گرمایی از طريق جنبش مولكول های ماده و ضربه زدن هر مولكول به مولكول های مجاور خود،‌به تدريج به تمام ماده منتقل می شود.روشن است كه هر چه فاصله های مولكول ها از هم كمتر باشد، يعنی مولكلول ها به هم نزديكتر باشند گرما با سرعت بيشتری در ماده منتقل مي شود. به همين دليل است كه رسانایی گرمایی جامدات بيش از مايعات و مايعات بيش از گازها است.در بين مواد جامد، رسانایی گرمایی فلزات از ديگر مواد جامد چون شيشه، لاستيك و چوب بيشتر است. در بين فلزات نيز رسانایی گرمایی بعضی از فلزات از بعضی ديگر بيشتر است.

در رسانش، بر خلاف همرفت و تابش گرمایی، گرما از درون خود جسم شارش می‌یابد. در جامدات، انتقال انرژی بر پایهٔ مدل الکترون آزاد و رسانش بر اثر ترکیب لرزش‌های مولکول‌های ساختار بلوری یا فونون صورت می‌پذیرد. در گازها و مایعات، رسانش نتیجهٔ برخورد و پخش مولکولی مولکول‌هایِ در حال حرکت تصادفی است. فوتونها عموماً با هم برخورد ندارند و جابجایی گرما بر اثر تابش الکترومغناطیسی به عنوان نوعی از رسانش گرمایی محسوب نمی‌شود. در جامدات جداییدن انتقال به وسیلهٔ فوتون‌ها از انتقال به وسیلهٔ مادهٔ پاسخ‌پذیر ساده نیست، اما در مایع‌ها درک این تفاوت ساده‌تر است و در گازها معمولاً در نظر گرفته می‌شود.

همرفت:به انتقال گرما و حرکت هماهنگ گروهی از مولکول های سیال از منطقه گرم به منطقه سرد می گویند. فرض کنید ما می خواهیم هوای یک منطقه را گرم کنیم، هنگامی که هوا گرم می شود مولکول ها گسترش می یابند و چگالی هوا کمتر از قبل می شود. این بخش از هوا که سبک است به بالا می رود و جایگزین هوای سرد می شود. به این جابه جایی هوا از ناحیه گرم به سرد همرفت می گویند.

قرار دادن یک قابلمه آب روی اجاق مثال خوبی از این فرایند است. گرمای اجاق به روش هدایت از طریق قابلمه به مولکول های زیرین آب منتقل می شود، حباب هایی در کف آب ایجاد شده به بالای سطح می آیند در نتیجه انتقال حرارت از بخش داغ آب در پایین به بالا منتقل می شود. هم زمان بالای آب که سردتر است و تراکم بیشتری دارد به پایین می آید. آب گرم منبسط مي‌شود و بيشتر شناور مي‌شود. آب چگال‌تر و سردتر نزديك سطح ظرف قرار گرفته و الگوهاي چرخه شكل مي‌گيرد.

همرفت انتقال گرمایی از طريق حركت سيالی مانند هوا يا آب است كه وقتی سيال گرم شده باعث حركت مولكول ها و دور شدن از منبع خود هستند. اين حركت انتقال در واقع انرژي است. همرفت باعث مي‌شود گرما بالا برود و علت آن است كه هواي گرم منبسط مي‌شود، چگالي آن كم شده و بالا مي‌‌رود. آب داغ هم به همين ترتيب چگالي كم‌تري نسبت به آب سرد دارد و بالا مي‌رود.
انتقال گرمایی که به دلیل حرکت ذرات از یک مکان به مکان دیگر اتفاق می‌افتد.همرفت فقط در مایعات و گازها صورت می گیرد.
برای اینکه در یک ماده جریان همرفت ایجاد شود، وجود سه شرط زیر لازم است:
     ماده مایع یا گاز باشد.
    بین دو نقطه ماده اختلاف دما وجود داشته باشد؛ به این معنا که قسمتی از ماده گرم و قسمت دیگر سرد باشد.
     قسمت گرم پائين تر از قسمت سرد باشد.

جریان همرفت می توانند هوا را به حرکت در آورند و باد تولید کنند،مثلا در طول روز ساحل دریا (خشکی) زودتر از آب دریا گرم می شود و دمای آن از دمای آب بالاتر می رود. در نتیجه هوای خنک بالای آب به طرف ساحل می آید و هوای گرم روی ساحل به طرف بالا می رود، در نتیجه نسیم دریا ایجاد می شود.

اگر در ساحل آتش روشن کنید،متوجه می‌شوید در طول روز، دود به طرف خشکی و در طول شب به طرف دریا کشیده میشود، دلیلش هم این است که در طول روز هوای ساحل نسبط به دریا گرم تر است.این هوای گرم به طرف بالا حرکت میکند و هوای سرد دریا به سمت ساحل حرکت میکند که باعث می شود جریان همرفتی صورت گیرد.ولی در شب بر عکس است یعنی هوای ساحل سرد تر و هوای دریا گرم تر است و هوای گرم دریا به سمت بالا حرکت میکند و هوای سرد ساحل به طرف دریا و دوباره یک جریان همرفتی دیگر صورت می گیرد.

در روز هوای بالای ساحل داغ تر ودارای چگالی کمتر به سمت بالا رفته وهوای سرد دریا به سمت ساحل می آید . وبر عکس در شب آب دمای خود را دیر تر از دست می دهد  وهوای بالای آن گرمتر، سبکتر وبه سمت بالا رفته هوای سرد ساحل به سمت دریا می وزد نسیم ساحل به دریا.
تابش: سومين راه انتقال گرما تابش است. در انتقال گرما به روش تابش ، نيازي بوجود ماده نيست. گرماي خورشيد به همين شيوه در فضاي خالي از ماده (خلاء) منتقل مي شود و به زمين مي رسد. اگر تا به حال در مقابل يك بخاري برقي يا هيزمي قرار گرفته باشيد، انتقال گرما به اين روش را بخوبي حس كرده ايد.

تابش گرمایی، انرژی منتشرشده از طرف یک ماده در قالب موج الکترومغناطیسی است. این نوع انتقال گرما شامل همه موادی است که دمای بالاتر از صفر مطلق دارند. تابش گرمایی بدون حضور ماده، از میان فضای خالی منتشر می‌شود و تابش گرمایی نتیجه حرکات تصادفی اتم‌ها و مولکول‌ها در ماده است. این اتم‌ها و مولکول‌ها از ذرات باردار (پروتون‌ها و الکترون‌ها) تشکیل شده‌اند. حرکات آن‌ها باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی حامل انرژی می‌شود.

 در مفهوم تابش، گرما همیشه از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود .گرما و سرما دو انرژی مختلف نیستند بلکه سرما از نبود انرژی گرمایی به وجود می‌آید

انرژی گرمایی به صورت امواج الکترو مغناطیسی هستند که تشعشع می‌یابند و وارد اجسام می‌شوند.

تابش با گرما فرق دارد یعنی تابش در خلا وجود دارد، اما وقتی جذب اجسام می‌شود به گرما تبدیل می‌شود.

چگونگی کاهش اتلاف گرما در خانه:

در فصل سرما، حفظ انرژی گرمایی و متعادل نگه داشتن درجه حرارت خانه اهمیت زیادی پیدا می‌کند. احتمالاً برای شما هم پیش آمده است که با وجود مصرف انرژی بالا و یا بالا بودن درجه حرارت وسیله گرمایشی، گرمای مورد انتظارتان در خانه ایجاد نشده باشد. این  اتفاق به علت اتلاف انرژی گرمایی در خانه شما رخ می‌دهد. اما علت اصلی این اتلاف گرما چیست؟ و چطور می‌توان جلوی آن را گرفت؟

از جمله راه‌های اتلاف انرژی گرمایی در خانه عبارت است از:
درزگیری درها و پنجره‌ها راهی برای کاهش اتلاف گرما: درزهای در و پنجره‌ها از عوامل مهم در اتلاف انرژی گرمایی در خانه و نفوذ هوای سرد به داخل ساختمان هستند. زیاد کردن درجه رادیاتور یا بخاری راه‌ حل این مشکل نیست. توجه جدی به درزگیری می‌تواند تا حد قابل توجهی مشکل اتلاف گرمای خانه‌ را کاهش دهد. برای درزگیری پنجره‌ها و همچنین درها، وسایلی با جنس‌های مختلف در بازار یافت می‌شود. در گذشته از مواد خمیر مانند برای درزگیری اطراف شیشه‌ پنجره‌ها و درها استفاده می‌شد؛ که اثر قابل ملاحظه‌ای داشت؛ ولی به علت ظاهر نامرتبی که در اطراف شیشه‌ها ایجاد می‌کرد، افراد خیلی تمایلی به استفاده از این مواد خمیر مانند نداشتند. استفاده از نوارهای درزگیر که راحت و ارزان هستند، برای رفع این مشکل بسیار متداول است. شما می‌توانید شیارهای پنجره و درب ورودی را با نوار درزگیری بپوشانید.

استفاده از پنجره‌های دو جداره : بیشترین اتلاف انرژی گرمایی در خانه از طریق پنجره‌ها صورت می‌گیرد. یکی از بهترین راه‌های مقابله با اتلاف گرما، استفاده از پنجره‌های دو جداره است. پنجره‌های دوجداره معمولاً یک شیشه اضافی دارند که هوا بین دو شیشه به دام می‌افتد و نقش عایق حرارتی را ایفا می‌کند، همچنین اتلاف گرما به صورت رسانندگی را کاهش می‌دهد. اثربخشی پنجره دو جداره به عنوان عایق حرارتی را می‌توان با مکش هوای بین دو شیشه و ایجاد خلأ به‌طور قابل توجهی افزایش داد. برای انتخاب بهترین نوع پنجره دوجداره باید میزان ممانعت پنجره از عبور گرما، میزان نور وارد شده به داخل از طریق پنجره، و مقدار نشت هوای گرم و نفوذ هوای سرد از درزها و اطراف پنجره را به دقت بررسی کرد. پنجره دوجداره علاوه بر جلوگیری از اتلاف انرژی گرمایی، خانه شما را از آلودگی‌های صوتی نیز ایمن نگه می‌دارد.

استفاده از پرده‌های ضخیم:
بدون شک پرده‌ شیک و آراسته نقش مهمی در زیبایی خانه‌ها دارند. شما از همین آراستگی نیز می‌توانید به نفع خود استفاده کرده و هم زمان جلوی اتلاف گرما را بگیرید. استفاده از پرده‌های ضخیم و همچنین پرده‌های تیره رنگ می‌تواند در جلوگیری از به هدر رفتن گرمای خانه‌ بسیار مفید باشد. استفاده از پرده‌های دوتکه با یک بخش ضخیم به‌عنوان والان و بخش زیرین که می‌تواند حریر یا توری باشد، برای جلوگیری از اتلاف گرما بهتر است. در طول شب و یا در روزهای بدون آفتاب بخش والان را به‌طور کامل بازکنید تا اتلاف گرما از این طریق به حداقل برسد. البته بهتر است در روزهای آفتابی پرده‌ها را جمع کنید و از نور و گرمای آفتاب در سرمای زمستان لذت ببرید.

پوشاندن دریچه کولر
ممکن است دریچه‌های کولر نیز از نقاط اتلاف انرژی گرمایی در خانه شما باشند. حتی اگر این دریچه‌ها از نظر اندازه کوچک و محدود باشند، بازهم اتلاف گرما از آن‌ها قابل چشم‌پوشی نخواهد بود. با استفاده از پلاستیک‌های ضخیم یا مقوا این دریچه‎‌ها را بپوشانید. البته دریچه‌های مخصوص عایق‌بندی هم در ابزارفروشی‌ها یافت می‌شود که می‌توانید از این ابزارهای پیش ساخته برای پوشاندن شبکه‌های کولر خانه‌ استفاده کنید.

قرار گرفتن کولر در مجاورت هوای سرد و یا وزش بادهای پاییزی و زمستانی، جریان هوا را در شبکه کولر زیاد کرده و هوای سرد را به داخل خانه می‌راند. برای حل این مشکل بهتر است برای کولر خود در پشت بام یا هوای آزاد، روکشی ضخیم از برزنت تهیه کرده و کولر را کاملاً بپوشانید تا اتلاف انرژی گرمایی در خانه شما از این طریق به حداقل ممکن برسد.

عایق کردن خانه و ایزوگام پشت بام
یکی از بهترین راهکارها برای گرم نگه داشتن خانه عایق کاری آن است. هر چه عایق مورد استفاده ضخیم‌تر باشد، عملکرد بهتری را ارائه می‌کند. در خانه‌های ویلایی و همچنین بالاترین طبقات آپارتمان‌ها اتلاف گرما از سقف قابل توجه است. همچنین با بارش برف و باران در فصول سرما احتمال یخ زدگی آب جمع شده روی پشت بام وجود دارد؛ به همین جهت عایق کاری پشت بام‌ها موضوع بسیار با اهمیتی است.

فعالیت صفحه ۸۳ علوم هفتم

در مورد پوشش، رنگ لباس و روش گرم کردن منزل مسکونی و عایق بندی ساختمانها در نواحی سردسیر و نواحی گرمسیر تحقیق کنید و به کلاس گزارش دهید (تشابه ها و تفاوت ها را مشخص کنید).
نواحی سردسیر:
در نواحی سردسیر رنگ لباس‌ها تیره و جنسشان از چرم و پشم ضخیم است و از بخاری یا شوفاژ برای گرم کردن منازل استفاده می‌شود. در این مناطق عابق بندی اهمیت بیشترب نسبت به مناطق گرمسیر دارد؛ پشت بام ساختمان‌ها با ایزوگام عایق‌بندی می‌شوند. برای عایق‌بندی سقف‌های شیروانی از پشم شیشه و یونولیت استفاده می‌شود. برای جلوگیری از اتلاف انرژی از پنجره‌ی دو جداره استفاده می‌شود. دیوارهای آجری دو لایه هستند و یک عایق گرمایی در بین این دولایه قرار می‌دهند.
نواحی گرمسیر:
در نواحی گرمسیر لباس‌های با رنگ روشن و از جنس نخی و نازک  پوشیده می‌شود و کمتر به گرم‌کردن خانه نیاز می‌شود اما در صورت نیاز مانند مناطق سردسیر از بخاری و شوفاژ استفاده می‌شود. جنس دیوارها از سنگ و چوب و خاک است. این مواد نارسانا هستند که باعث می‌شوتد در فصل‌های گرم، گرما به داخل ساختمان نفوذ نکند و در فصل‌های سرد گرما از ساختمان خارج نشود.

فعالیت های صفحه 84

به همراه گروه خود نخست به طراحی یک دماسنج بپردازید و سپس با آوردن وسایل مورد نیاز، آن دماسنج را بسازید و درجه بندی کنید. با استفاده از این دماسنج چند اندازه گیری را انجام دهید.

یک ظرف آزمایشگاهی برمی‌داریم و درون آن محلول رنگی می‌ریزیم تا پُر شود. حال درپوشِ چوب‌پنبه‌ای را سوراخ می‌کنیم و یک لوله شیشه ای از آن رد می‌کنیم ( درپوش و لوبه باید کاملاً کیپ باشد تا منفذی برای عبور محلول رنگی و هوا وجود نداشته باشد). داخل لوله مقداری محلول رنگی اضافه می‌کنیم.

ابتدا ظرف را در مخلوط آب و یخ فرو می‌بریم و مقابل سطح محلول رنگی، روی لوله علامت گذاشته و عدد 0 را مقابل آن می‌نویسیم.

حال ظرف را درون آب جوش فرو می‌بریم و مقابل سطح محلول رنگی، روی لوله علامت گذاشته و عدد 100 را مقابل آن می‌نویسیم.

بین این رقم 0 و 100 را به 100 قسمت مساوی تقسیم می‌کنیم که هر کدام، یک درجه‌ی سلسیوس می‌باشند.

آزمایش کنید صفحه ۸۵

وسایل و مواد: لیوان، دماسنج، میخ نسبتاً بزرگ و انبرک یا دم باریک
روش آزمایش
لیوان را تا نیمه از آب سرد پر کنید و دمای آن را اندازه بگیرید.
میخ را به کمک انبرک روی شعله‌ی اجاق قرار دهید و پس از داغ شدن، داخل لیوان بیندازید.
دوباره دمای آب را اندازه بگیرید.
نتیجه‌ی مشاهده‌ی خود را گزارش کنید.
در این آزمایش دمای آب چگونه تغییر کرده است؟ دمای میخ چطور؟ آب انرژی از دست داده است یا میخ؟ کدام یک انرژی گرفته اند؟
وقتی میخ داغ شده را داخل لیوان آب سرد می‌اندازیم، آب اطراف میخ شروع به جوشیدن می‌کند و ناگهان قطع می‌شود. زیرا دمای میخ به حوالی 100 درجه رسیده است و در لحظه‌ی برخورد با آب سرد تقریباً 20 درجه (دمای آب لوله کشی) می‌شود. بنابراین میخ به صورت ناگهانی گرمای خود را به آب می‌دهد و ما جوشیدن آن را مشاهده می‌کنیم.

اما پس از دقایقی، دمای آب بالا رفته و دمای میخ پایین آمده و میخ و آب هر دو به دمای تعادل می‌رسند.

میخ انرژی را به شکل گرمایی از دست داده است و آب، انرژی گرفته است زیرا همیشه گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود.

فکر کنید صفحه 85

اگر درون آب به جای میخ داغ، میخ سردی که درون یخ‌زن (فریزر) یا جایخی قرار داشته است، بیندازیم، چه اتفاقی می افتد؟ دمای میخ و آب چگونه تغییر می کنند؟ این بار کدام یک انرژی از دست می دهد و کدام یک انرژی می گیرد؟

این‌بار دمای آب کاهش یافته و دمای میخ افزایش می‌یابد. یعنی آب انرژی از دست می‌دهد و سردتر می‌شود و میخ انرژی گرمایی می‌گیرد و گرمتر می‌شود.

فعالیت صفحه ۸۶

دو محفظه‌ی A و B که در آنها مولکول های یکسانی قرار دارند را در نظر بگیرید، محفظه‌ی A داغ و محفظه‌ی B سرد است.
جنبش مولکولی A و B را با هم مقایسه کنید.
از آنجاییکه گرما شکلی از انرژی است پس ذراتِ جسم داغ، انرژی زیادی دارند. بنابراین جنبش مولکولی محفظه‌ی B زیاد است و در نتیجه هر مولکول به مولکول مجاورش ضربه وارد می‌کند.
ذرات ماده جامد در جای خودشان در حال لرزش و جنبش هستند. هرچه دمای جسمی بیشتر باشد مولکول‌های آن با سرعت بیشتری می‌لرزند.
محفظه‌ی B که سرد است پس جنبش مولکولی آن کم بوده و جنبش و لرزش مولکول‌ها در جایشان بسیار کمتر از محفظه‌ی A می‌باشد.

 اگر دو محفظه را در تماس با یکدیگر قرار دهیم، جنبش مولکولی کدام محفظه کم و کدام محفظه زیاد میشود؟
جنبش مولکولی محفظه‌ی B زیاد می‌شود و جنبش مولکولی محفظه‌ی A کم می‌شود، چون محفظه‌ی A گرم است و انرژی گرمایی را به محفظه‌ی سرد منتقل می‌کند تا هر دو به یک دمای یکسان (دمای تعادل) برسند.

پس از رسیدن به حالت تعادل، جنبش مولکولی دو محفظه را با هم مقایسه کنید.
پس از رسیدن به حالت تعادل، جنبش مولکولی دو محفظه‌ی A و B یکسان می‌شود.

در این آزمایش کدام میله سریعتر از بقیه گرما را منتقل میکند؟ کدام میله گرما را بسیار کند منتقل میکند؟
میله‌ی مسی سریعتر از بقیه گرما را منتقل می‌کند و چوب کبریتِ متصل به میله مسی زودتر از چوب کبریت‌های متصل به میله‌های آلومینیومی و آهنی می‌افتد.
بعد از مس، آلومینیوم رتبه‌ی دوم را دارد.
و در نهایت این میله‌ی آهنی است که گرما را بسیار کند منتقل می‌کند.

فعالیت صفحه ی ۸۸

با استفاده از وسایل در دسترس، یک لیوان عایق در دار طراحی کنید و بسازید؛ سپس مقداری آب داغ در آن بریزید و دمای آب را اندازه بگیرید. پس از یک ساعت دوباره دمای آب را اندازه بگیرید. ظرف کدام گروه گرمای کمتری را منتقل کرده است؟ کدام ظرف گرمای بیشتری را منتقل کرده است؟

دمای آب در ظرفِ آن گروه که لیوانشان عایق بهتری است، تغییر چندانی نداشته است بنابراین ظرفشان گرمای کمتری را منتقل کرده است.
همچنین ظرف گروهی که لیوانشان عایق خوبی برای گرما نبوده است و آب داخل آن سرد شده است، گرمای بیشتری را منتقل کرده است.

آزمایش کنید صفحه ۸۸ علوم هفتم

وسایل و مواد: یک ظرف شیشه‌ای نشکن، منبع گرما (شمع یا چراغ گاز یا چراغ الکلی)، قطره چکان، جوهر
روش آزمایش
تا سه چهارم ظرف شیشه ای را با آب پر کنید و آن را مطابق شکل روی شعله قرار دهید.
با قطره چکان، چند قطره جوهر در یک طرف ظرف بریزید.
به مسیر حرکت جوهر توجه، و مشاهدات خود را به طور دقیق یادداشت کنید.
در گروه خود درباره‌ی علت رفتار مشاهده شده، بحث کنید.
وقتی آب را از پایین گرم می کنیم، مولکول های آن تندتر حرکت می کنند و بیشتر از هم دور می شوند؛ یعنی آب منبسط میشود. در نتیجه چگالی آن کم میشود و به طرف بالا رانده می شود. در این هنگام آب خنک تر، جای آبی را میگیرد که گرم شده و به طرف بالا رفته است. با تکرار این فرایند، همه‌ی آب گرم می‌شود.

مشاهده می‌کنیم جوهر از بالای ظرف پایین می‌آید سپس به طرف قسمتی از ظرف که بالای شمع قرار دارد می‌رود، سپس جوهر دوباره بالا می‌رود و حرکت چرخشی پیدا کرده و کم کم جوهر در آب پخش می‌شود.
مولکول‌های قسمتی از آب که به شمع نزدیکتر هستند زودتر از بقیه‌ی قسمت‌ها گرم می‌شوند پس سبک شده و بالا می‌روند و آب قسمت دیگر ظرف که خنکتر است، جای آبِ گرم‌شده را می‌گیرد. در نتیجه گرما به روش همرفت منتقل می‌شود.

فکر کنید صفحه ۸۹

اگر در ساحل، آتش روشن کنید، متوجه میشوید در طول روز، دود به طرف خشکی و در طول شب به طرف دریا کشیده میشود. علت را توضیح دهید.

در طول روز هوای اطراف خشکی گرمتر و در نتیجه سبکتر از هوای اطراف دریا می‌باشد به همین دلیل هوای اطراف خشکی بالا رفته و هوای اطراف دریا جای آن را می‌گیرد. در نتیجه هوا از طرف دریا به سمت خشکی حرکت می‌کند.

در طول شب، برعکس است؛ چون دمای هوای اطراف دریا گرمتر و سبکتر از دمای هوای اطراف خشکی است، بالا رفته و هوای اطراف خشکی جای آن را می‌گیرد و اینگونه هوا از طرف خشکی به سمت دریا حرکت می‌کند.

خود را بیازمایید صفحه 89

 توضیح دهید چگونه قسمتهایی از اتاق که با رادیاتور فاصله دارند، گرم میشوند.
اول هوای اطرافِ رادیاتور توسط رادیاتور گرم می‌شود و به همین دلیل سبکتر شده و به سمت بالا حرکت می‌کند و هوای سردِ اطراف، جای آن را می‌گیرد. این چرخه تکرار می‌شود و هوای قسمت‌هایی که از رادیاتور فاصله دارند نیز گرم می‌شود.

فعالیت صفحه ی ۸۹

با همکاری معلم یا والدین خود یک اتوی برقی را روشن، و مدتی صبر کنید تا سطح اتو کاملاً داغ شود. پشت دست خود را مطابق شکل در فاصله‌ی چند سانتی متری زیر اتو قرار دهید. آیا گرمای اتو را در پشت دست خود احساس میکنید؟

بله گرمای اتو را در پشت دست خود احساس میکنم.

آیا ممکن است گرما از طریق رسانش یا همرفت به پشت دست شما رسیده باشد؟ توضیح دهید.
خیر ممکن نیست، زیرا رسانش در جامدات و همرفت در مایعات و گازها رخ می‌دهد. ولی بین دست ما و اتو فاصله بسیار کمی وجود دارد و این گرما از طریق تابش که نیازی به ماده ندارد به دست ما منقل می‌شود و دست ما را گرم می‌کند. در تابش اتو مقدار زیادی پرتوهای نامرئی به نام فروسرخ وجود دارد.

فکر کنید صفحه ۹۰

کدام مورد بیشتر تابش گرمایی خورشید را جذب می کند؟ چرا؟
الف) آسفالت
ب) آینه

آسفالت،تابش گرمایی خورشید را بیشتر جذب می‌کند. چون اجسام تیره و ناهموار انرژی تابشی بیشتری را جذب می‌کنند و سطوح صاف و براق مقدار کمتری از انرژی تابشی را جذب کرده و بیشترِ آن را بازتابش می‌کنند.

آزمایش کنید صفحه 90

وسایل و مواد: دو قوری یا لیوان کاملاً یکسان که رنگ یکی تیره و دیگری سفید باشد، دو دماسنج و یک فلاسک (دمابان) آب داغ.

روش آزمایش
در هر یک از لیوان‌ها یا قوری‌ها، مقدار مساوی آب داغ بریزید و با دماسنج دمای آنها را اندازه‌گیری کنید.
هر 5 دقیقه دمای آب درون ظرف‌ها را اندازه‌گیری کنید و نمودار دما را بر حسب زمان برای هر یک از ظرف‌ها رسم کنید.
از این آزمایش چه نتیجه ای میگیرید؟
قوری تیره رنگ نسبت به قوری سفید رنگ گرمای بیشتری تابش می‌کند و دمای آب درون آن زودتر پایین می‌آید و سرد می‌شود. بنابراین آبِ درون قوریِ تیره‌رنگ سریعتر سرد می‌شود. اما قوری سفید، گرمای کمتری از خود تابش کرده و دیرتر سرد می‌شود.

پس نتیجه می‌گیریم سطوح تیره گرمای بیشتری از خود تابش میکنند و میزان تابش اجسام، علاوه بر دما به رنگ آنها نیز بستگی دارد.

---