فرمول های فیزیک دهم در یک نگاه

در این مطلب از مجله فرادرس، فرمول‌ های فیزیک دهم را به صورت خلاصه همراه با حل مثال توضیح می‌دهیم. برای هر فصل، ابتدا فرمول‌ها به صورت خلاصه در جدول نوشته شده‌اند، سپس توضیح کوتاهی همراه با حل چند مثال برای هر فرمول آورده شده است.

فرمول های فیزیک دهم فصل اول

فرمول‌های فصل اول فیزیک دهم در جدول زیر به صورت خلاصه نوشته شده‌اند.

کمیت‌‌های فرعی در فیزیک از کمیت‌های اصلی و با توجه به فرمول فیزیکی مورداستفاده ساخته می‌شوند. در بیشتر مواقع و به هنگام حل مسائل فیزیک لازم است یکای کمیتی را تغییر دهیم. به عنوان مثال، اگر در مسئله‌ای در فیزیک، جرم جسم بسیار کوچکی برحسب گرم بیان شده باشد، شاید لازم باشد آن را به کیلوگرم تبدیل کنیم. بنابراین، آشنایی با چگونگی تبدیل یکاها به یکدیگر بسیار ضروری است. برای انجام این کار از روش تبدیل زنجیره‌ای استفاده می‌کنیم. به عنوان مثال، چون یک کیلوگرم برابر ۱۰۰۰ گرم است، داریم:

$$\frac { 1 \ kg } { 1000 \ g } = 1 , \enspace \frac { 1000 \ g } { 1 \ kg } = 1$$

$$45 \ g = ( 45 \ g ) ( 1 ) = ( 45 \ g ) ( \frac { 1 \ kg } { 1000 \ g } ) = 0.045 \ kg$$

سازگاری یکاها

نمادگذاری علمی

1. عددی بین یک تا ده
2. توان صحیحی از ۱۰
3. یکای کمیت

چگالی

اگر جرم ماده همگنی برابر m و حجم آن برابر $$V$$ باشد، چگالی آن،‌ $$\rho$$، به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$\rho = \frac { m } { V }$$

فرمول های فیزیک دهم فصل دوم

در ادامه، فرمول‌های نوشته شده در جدول فوق را با حل مثال به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

فشار چیست؟

$$P = \frac { F } { A }$$

فیلم آموزش فیزیک – پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

قبل از حل مسائل مربوط به فشار، توجه به این نکته مهم است که در رابطه داده شده برای فشار، سه نوع مسئله ممکن است مطرح شود:

• مساحت و نیرو داده شده‌اند. در این صورت فشار وارد شده را از تقسیم نیرو بر مساحت به‌دست می‌آوریم.

$$P = \frac { F } { A }$$

• مساحت و فشار داده شده‌اند. در این صورت نیروی وارد شده را از حاصل‌ضرب فشار در مساحت به‌دست می‌آوریم.

$$F= P \times A$$

• فشار و نیرو داده شده‌اند. در این صورت مساحت سطح را از تقسیم نیرو بر فشار به‌دست می‌آوریم.

$$A = \frac { F } { P }$$

فشار در شاره ها

با در نظر گرفتن هوای بالای مایع، فشار کل یا فشار مطلق در ارتفاع h از سطح آن برابر است با:

$$P _ { total} = \rho g h + P _ { at m }$$

$$P _ {absolute} = P _ {gauge} + P _ { atm}$$

$$P _ { gauge} = \rho g h P _ { absolute} = \rho g h + 1.01 \times 10 ^ 5 Pa$$

بالابر هیدرولیک چیست؟

اگر نیرویی به بزرگی $$F_1$$ بر پیستون سمت چپ به مساحت $$A_1$$ وارد شود، نیرویی برابر $$F_2$$ بر پیستون سمت راست به مساحت $$A_2$$ وارد می‌شود به گونه‌ای که:

$$\frac { F_ 1} { A_ 1} = \frac { F_ 2 } { A_ 2}$$

شاره در حرکت و اصل برنولی

معادله پیوستگی

معادله پیوستگی یکی از فرمول‌های شاره‌ای با جریان لایه‌ای را در نظر بگیرید که در لوله‌ای با دو سطح مقطع متفاوت در حال حرکت است. در حالت ایستا و در مدت زمان مشابه، جرم شاره عبوری از هر سطح مقطعِ داخل لوله، یکسان است. بنابراین، معادله پیوستگی برای شاره تراکم‌ناپذیر به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$A_ 1 v_1 = A_2 v_2$$

یادگیری بهتر دروس پایه دهم با فرادرس

فیزیک دهم یکی از درس‌های پایه و مهم دوره متوسطه است که درک مفاهیم آن، نقش مؤثری در موفقیت تحصیلی و یادگیری مباحث پیشرفته‌تر فیزیک دارد. آشنایی با اصول فیزیکی، درک پدیده‌های طبیعی و توانایی حل مسائل، نیازمند یادگیری مفهومی و تمرین مستمر است. فرادرس با ارائه آموزش‌های گام‌به‌گام و قابل‌فهم، مسیر یادگیری بهتر فیزیک دهم و تسلط بر مباحث آن را برای شما هموار می‌کند.

فرادرس با ارائه آموزش‌های متنوع و کاربردی، به شما کمک می‌کند تا فیزیک و دروس پایه دهم را بهتر، عمیق‌تر و با اطمینان بیشتری یاد بگیرید. در فهرست زیر، به چند آموزش کاربردی برای این پایه اشاره کرده‌ایم:

• فیلم آموزش فیزیک پایه دهم و فیزیک ۱ در فرادرس
• فیلم آموزش فیزیک پایه دهم با مرور و حل تمرین در فرادرس
• فیلم آموزش ریاضی پایه دهم برای رشته های تجربی و ریاضی با گواهینامه در فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۱ پایه دهم همراه با حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی در فرادرس

مجموعه آموزش دروس پایه دهم – درس، تمرین، حل مثال و تست

۳۵ آموزش۳۹,۱۳۰ دانشجو۲۳۵ ساعت

آموزش آرایه‌ های ادبی در فارسی – به زبان ساده (رایگان)

۱۰,۰۸۱ دانشجو۵۵ دقیقه

آموزش ریاضی – پایه دهم | رشته های تجربی و ریاضی + گواهینامه

۴,۰۰۲ دانشجو۱۶ ساعت

گواهینامه

آموزش محاسبه مساحت مثلث – رایگان

۹۰۹ دانشجو۲۳ دقیقه

آموزش منطق – پایه دهم

۷۲۴ دانشجو۷ ساعت

با کلیک بر روی تصویر بالا می‌توانید به صفحه اصلی مجموعه آموزش دروس پایه دهم – درس، تمرین، حل مثال و تست هدایت شوید.

برای دسترسی به آموزش‌های بیشتر، به صفحه زیر مراجعه کنید:

• مجموعه فیلم آموزش دروس پایه دهم شامل درس، تمرین، حل مثال و تست در فرادرس

فرمول های فیزیک دهم فصل سوم

فرمول های فیزیک دهم در فصل سوم رابطه های فیزیکی بین کار، انرژی و توان را بیان می‌کنند. ابتدا فرمول‌های این فصل را به صورت خلاصه بیان، سپس چند مسئله را در این رابطه با یکدیگر حل می‌کنیم. فرمول‌های فصل سوم فیزیک دهم در جدول زیر به صورت خلاصه نوشته شده‌اند.

در ادامه، فرمول‌های نوشته شده در جدول فوق را با حل مثال به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

انرژی جنبشی چیست؟

به انرژی مرتبط با حرکت جسم، انرژی جنبشی گفته می‌شود. اجسام متحرک قادر به انجام تغییر یا انجام کار هستند. به عنوان مثال، تعدادی سنگ کوچک را روی یکدیگر می‌چینید و توپی را به سمت آن‌ها پرتاب می‌کنید. توپ پس از پرتاب با سرعت مشخصی به سنگ‌ها برخورد می‌کنند و سبب جابجایی و به‌هم‌ریختگی آن‌ها می‌شود. انرژی جنبشی حرکتی از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$K= \frac{1}{2} m v^2$$

m = جرم جسم

v = سرعت جسم در حال حرکت

همان‌طور که در رابطه فوق دیده می‌شود انرژی جنبشی هر جسم به جرم و سرعت حرکت آن وابسته است. هرچه جرم جسم بیشتر باشد یا با سرعت بیشتری حرکت کند، مقدار انرژی جنبشی آن نیز بیشتر خواهد بود.

کار انجام شده توسط نیروی ثابت

$$W = (F\ cos\theta) \ d = \overrightarrow{F}.\overrightarrow{d}$$

فیلم آموزش بازده و توان فیزیک دهم در فرادرس

کلیک کنید

• W برابر کار انجام شده توسط نیروی وارد شده است.
• F نیرویی است که بر جسم وارد می‌شود و آن را به اندازه مشخصی جابجا می‌کند.
• $$\theta$$ زاویه بین بردارهای نیرو و جابجایی است.

کار و انرژی جنبشی

$$W = \frac{1}{2}m v_f^2 - \frac{1}{2}m v_i^2$$

در رابطه فوق:

• W برابر کار انجام شده توسط جسم و بر حسب ژول است.
• m برابر جرم جسم و بر حسب کیلوگرم است.
• $$v_i$$ برابر سرعت اولیه جسم و بر حسب متر بر ثانیه اندازه گرفته می‌شود.
• $$v_f$$ برابر سرعت نهایی جسم و بر حسب متر بر ثانیه اندازه گرفته می‌شود.

در نتیجه، بر طبق قضیه کار و انرژی:

مقدار کل کار انجام شده توسط نیرو بر روی جسم برابر با تغییرات انرژی جنبشی آن است. 

کار و انرژی پتانسیل

کار انجام شده توسط انرژی پتانسیل گرانشی

$$W = (mg \cos \theta ) d = (m g \cos 0 ) d = mgd = mg ( h_1 - h_2 ) = - ( mgh_2 - mg h_1 )$$

انرژی پتانسیل گرانشی را نیز می‌توان به صورت زیر تعریف کرد:

$$U = mgh$$

پایستگی انرژی مکانیکی

$$E_1 = E_2$$

$$E_M = E_p \ + \ E_k$$

قانون پایستگی انرژی

توان چیست؟

مدت زمان انجام کاری معین در فیزیک بسیار مهم است. توان متوسط در فیزیک به صورت مقدار کار انجام شده در زمانی مشخص تعریف می‌شود:

$$P _ { av } = \frac { W } { \triangle t }$$

بازده چیست؟

هیچ سیستمی نمی‌تواند انرژی ورودی را به صورت کامل به کار مفید تبدیل کند و تنها بخشی از انرژی ورودی به سیستم به صورت کار مفید از آن خارج می‌شود. نسبت انرژی خروجی به انرژی ورودی، بازده نام دارد و برحسب درصد بیان می‌شود.

پس از آشنایی با مهم‌ترین فرمول‌های فیزیک دهم در فصل سوم، چند مثال را با یکدیگر حل می‌کنیم.

فرمول های فیزیک دهم فصل چهارم

در فصل چهارم از فیزیک دهم در مورد دما و گرما صحبت می‌شود. بنابراین، فرمول های فیزیک دهم در فصل چهارم در رابطه با مبحث گرما و دما هستند.

ابتدا فرمول‌های این مبحث را به صورت خلاصه بیان، سپس چند مسئله را در این رابطه با یکدیگر حل می‌کنیم. فرمول‌های فصل چهارم فیزیک دهم در جدول زیر به صورت خلاصه نوشته شده‌اند.

در ادامه این مطلب از مجله فرادرس، فرمول‌های نوشته شده در جدول فوق را با حل مثال به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

دما و دماسنجی

در حالت کلی سه مقیاس دمایی وجود دارند:

• سلسیوس
• کلوین
• فارنهایت

این سه مقیاس را می‌توان به یکدیگر تبدیل کرد. آسان‌ترین تبدیل دمایی، از کلوین به درجه سلسیوس انجام می‌شود. اندازه دو واحد یکسان و فاصله دمایی یک کلوین برابر با یک درجه سلسیوس است. دمای صفر مطلق در مقیاس کلوین برابر $$0 \ K$$ و در مقیاس سلسیوس برابر $$-273.15 \ ^o C$$ است. بنابراین، برای تبدیل بین این دو مقیاس، عدد $$-273 \ ^o C$$ نیاز خواهد بود. در ادامه، تبدیل بین این دو مقیاس به زبان ریاضی را مشاهده می‌کنید:

تبدیل کلوین به سلسیوس

فرمول در زیر آورده شده است.

$$K \rightarrow ^o C \\ T[ ^o C] = \frac{1 \ ^o C}{1 \ K}T[k] - 273.15 \ ^o C \\ ^o C = K - 273.15$$

تبدیل سلسیوس به کلوین

فرمول در زیر آورده شده است.

$$^o C \rightarrow \ K \\ T[ K ] = \frac{1 \ K }{1 \ ^o C}T[ ^o C] - 273.15 \ K \\ ^o C = K + 273.15$$

درجه سلسیوس با استفاده از فرمول زیر به درجه فارنهایت تبدیل می‌شود:

$$(T_{^{\circ}\text{F}}=\frac{9}{5}T_{^{\circ}\text{C}}+32)$$

درجه فارنهایت با استفاده از فرمول زیر به درجه سلسیوس تبدیل می‌شود:

$$T_{^{\circ}\text{C}}=({^{\circ}\text{F}}-32) \times \frac{5}{9}$$

انبساط گرمایی چیست؟

انبساط خطی چیست؟

میله‌ای با طول اولیه $$L_1$$ و دمای اولیه $$T_1$$ داریم. با افزایش دمای میله تا مقدار $$T_2$$۷، طول آن نیز باید تا مقدار $$L_2$$ افزایش یابد. اگر تغییر دمای میله خیلی زیاد نباشد، تغییر طول آن، $$\triangle L = L_2 - L_1$$ را می‌توانیم با استفاده از رابطه زیر به‌دست آوریم:

$$\triangle L = \alpha L_1 \triangle T$$

در رابطه فوق:

• $$\alpha$$ ضریب انبساط طولی میله و یکای اندازه‌گیری آن $$\frac { 1 } { K }$$ یا $$\frac { 1 } { ^o C }$$ است. مقدار ضریب انبساط طولی به جنس میله بستگی دارد.
• $$\triangle L$$ و $$L_1$$ به ترتیب تغییر طول و طول اولیه میله هستند و یکای اندازه‌گیری آن‌ها متر است. این بدان معنا است که طول برحسب سانتی‌متر یا میلی‌متر باید به متر تبدل شوند.
• $$\triangle T$$ تغییر دما و یکای اندازه‌گیری آن کلوین یا درجه سلسیوس است.

انبساط سطحی چیست؟

جسمی با مساحت اولیه $$A_1$$ و دمای اولیه $$T_1$$ داریم. با افزایش دمای جسم تا مقدار $$T_2$$، مساحت آن نیز باید تا مقدار $$A_2$$ افزایش یابد. تغییر مساحت جسم، $$\triangle A = A_2 - A_1$$ را می‌توانیم با استفاده از رابطه زیر به‌دست آوریم:

$$\triangle A = 2 \alpha A_1 \triangle T$$

در رابطه فوق:

• $$\alpha$$ ضریب انبساط طولی جسم و یکای اندازه‌گیری آن $$\frac { 1 } { K }$$ یا $$\frac { 1 } { ^o C }$$ است.
• $$\triangle A$$ و $$A_1$$ به ترتیب تغییر مساحت و مساحت اولیه جسم هستند و یکای اندازه‌گیری آن‌ها مترمربع است.
• $$\triangle T$$ تغییر دما و یکای اندازه‌گیری آن کلوین یا درجه سلسیوس است.

انبساط حجمی چیست؟

جسمی با حجم اولیه $$A_1$$ و دمای اولیه $$T_1$$ داریم. با افزایش دمای جسم تا مقدار $$T_2$$۷، حجم آن نیز باید تا مقدار $$V_2$$ افزایش یابد. تغییر حجم جسم، $$\triangle V = V_2 - V_1$$ را می‌توانیم با استفاده از رابطه زیر به‌دست آوریم:

$$\triangle V = \beta V_1 \triangle T$$

در رابطه فوق،‌ $$\beta$$ ضریب انبساط حجمی جسم است. افزایش حجم بیشتر مواد جامد به هنگام افزایش دما در تمام راستاها به صورت یکسان انجام می‌شود. بنابراین، در حالت کلی ضریب انبساط حجمی، $$\beta$$، سه برابر ضریب انبساط طولی، $$\beta$$، است:

$$\beta = 3 \alpha$$

ظرفیت گرمایی چیست؟

$$Q = C \triangle T$$

$$c = \frac { C } { m }$$

رابطه فوق را در رابطه $$Q = C \triangle T$$ قرار می‌دهیم. بنابراین، گرمای مبادله شده بین جسم و محیط به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$Q = mc \triangle T$$

گرمای ویژه هر جسمی به جنس ماده سازنده جسم و دمای آن بستگی دارد.

دمای تعادل

فرض کنید تعدادی جسم با جرم‌های $$m_1$$ و $$m_2$$ و $$m_3$$ و ...، گرماهای ویژه $$c_1$$ و $$c_2$$ و $$c_3$$ و ... و دماهای اولیه $$\theta _ 1$$ و $$\theta_2$$ و $$\theta_3$$ و ... در تماس با یکدیگر قرار دارند. دماهای این اجسام پس از مدتی با یکدیگر برابر می‌شوند. دمای تعادل، $$\theta$$، را می‌توانیم با استفاده را از رابطه زیر به‌دست آوریم:

$$m_1 c_1\left(\theta-\theta_1\right)+m_r c_r\left(\theta-\theta_r\right)+m_r c_r\left(\theta-\theta_r\right)+\ldots=0$$

گرماسنج و گرماسنجی

$$Q_{ water } + Q_ { object } + Q_ { cal } = 0 \\ m _ { water } c_ { water } ( \theta - \theta_ { 1 water } ) + m_ { object } c_ { object } ( \theta - \theta _ { 1 object } ) + m _ { cal } c _ cal ( \theta - \theta _ { 1 cal } ) = 0$$

تبدیل حالت جامد به مایع

$$Q = m L_F$$

در رابطه فوق:

• $$Q$$ برابر مقدار انرژی جذب شده برای تبدیل ماده از مایع به جامد است و بر حسب ژول یا کالری اندازه گرفته می‌شود.
• $$m$$ جرم است و بر حسب کیلوگرم اندازه گرفته می‌شود.
•  $$L_F$$ گرمای ویژه نهان ذوب است.

توجه به این نکته مهم است که اگر تغییر فاز مایع به جامد انجام شود، ماده گرما از دست خواهد داد و مقدار گرمای از دست داده برابر است با:

$$Q = - \ m L_F$$

تبدیل حالت مایع به گاز

$$Q = m L_V$$

در رابطه فوق:

• $$Q$$ برابر مقدار انرژی جذب شده برای تبدیل ماده از مایع به بخار است و بر حسب ژول یا کالری اندازه گرفته می‌شود.
• $$m$$ جرم است و بر حسب کیلوگرم اندازه گرفته می‌شود.
•  $$L_V$$ گرمای ویژه نهان تبخیر است.

توجه به این نکته مهم است که اگر تغییر فاز گاز به مایع انجام شود، ماده گرما از دست خواهد داد و مقدار گرمای از دست داده برابر است با:

$$Q = - \ m L_V$$

قوانین گازها

در فشار ثابت و در شرایطی که جرم ثابت است، حجم گاز به طور مستقیم با دما متناسب است:

$$\frac { V } { T } = constant$$

به این نکته توجه داشته باشد که در رابطه فوق، دما برحسب کلوین نوشته می‌شود. همچنین، در حجم و جرم ثابتِ گازی مشخص، فشار گاز به صورت مستقیم با دما متناسب است.

$$\frac { P } { T } = constant$$

$$\begin{gathered}\mathrm{p} \propto 1 / \mathrm{V} \\ \mathrm{p}=\mathrm{k}_1 1 / \mathrm{V} \end{gathered}$$

$$PV = costant$$

قانون گازهای کامل (آرمانی)

قانون‌های بیان شده برای گازها، برای گاز کامل یا آرمانی با دقت خوبی برقرار است. گازی کامل است که مشخصات زیر را داشته باشد:

• به اندازه کافی رقیق یا چگالی آن بسیار کوچک باشد.
• مولکول‌های تشکیل‌دهنده گاز هیچ برهم‌کنشی با یکدیگر ندارند.

رابطه‌های بخش قبل را می‌توانیم به شکلی کلی به نام قانون گازهای آرمانی و به صورت زیر بنویسیم:

$$\frac { P V } { n T } = constant$$

مقدار ثابت را با R نشان می‌دهیم. R ثابت جهانی گازها نام دارد و مقدار آن برابر $$8.314 \ \frac { J } { mol . K }$$ است. در نتیجه، قانون گازهای کامل به صورت زیر نوشته می‌شود:

$$PV = n R T$$

فرمول های فیزیک دهم فصل پنجم

در ادامه، فرمول‌های نوشته شده در جدول فوق را با حل مثال به صورت خلاصه توضیح می‌دهیم.

قانون اول ترمودینامیک

$$\triangle U = Q + W$$

به هنگام حل مسائل مربوط به تغییر انرژی درونی سیستم باید به نکته‌های زیر توجه داشته باشیم:

• کار انجام شده توسط سیستم روی محیط، منفی در نظر گرفته می‌شود. سیستم برای انجام کار باید انرژی مصرف کند. بنابراین، انرژی درونی آن کاهش می‌یابد.
• در مقابل، کار انجام شده روی سیستم توسط محیط اطراف آن، مثبت در نظر گرفته می‌شود.
• اگر گرما به سیستم وارد شود، گرما را مثبت و اگر گرما از سیستم خارج شود، آن را منفی در نظر می‌گیریم.

انواع فرایندهای ترمودینامیکی

فرایندهای ترمودینامیکی در ترمودینامیک فیزیک دهم به چهار دسته تقسیم می‌شوند. هر دسته ویژگی‌های منحصر به‌ خود را دارد.

فرایند هم حجم

در این فرایند، حجم سیستم ثابت و در نتیجه کار انجام شده برابر صفر خواهد بود:

$$V _ f = V _ i (\triangle V = 0 , d V = 0 )$$

از آنجا که کار انجام شده توسط سیستم در این فرایند برابر صفر است، تغییرات گرما برابر تغییرات انرژی درونی سیستم خواهد بود:

$$\triangle U = Q$$

فرایند هم‌ فشار یا ایزوبار

$$P_ i = P _f \enspace ( \triangle P = 0 )$$

کار انجام شده در فرایند هم‌فشار با استفاده از رابطه زیر به‌دست می‌آید:

$$W = - \ P_ i (\triangle V )$$

اگر گاز منبسط شود، حجم نهایی بزرگ‌تر از حجم اولیه و کار انجام شده توسط گاز منفی است. اگر گاز فشرده شود، حجم نهایی کوچک‌تر از حجم اولیه و کار انجام شده توسط گاز مثبت خواهد بود.

فرایند هم‌ دما

فرایند هم‌دما، فرایندی ترمودینامیکی است که در دمای ثابت رخ می‌دهد. در این فرایند، انتقال گرما به سیستم یا خروج گرما از آن به اندازه‌ای آهسته انجام می‌شود که تعادل گرمایی برقرار باشد. این فرایند می‌تواند هنگامی رخ دهد که سیستم با منبع گرمایی خارجی در تماس باشد. از آنجا که انرژی درونی گاز ایده‌ال، تنها به دما وابسته و در فرایند هم‌دما، دمای سیستم بدون تغییر باقی می‌ماند، تغییر انرژی درونی برابر صفر خواهد بود:

$$\triangle U = 0 \\ \triangle U = Q + W = 0 \\ Q = - \ W$$

نکته: در تراکم یا انبساط گاز، کار انجام شده توسط محیط روی گاز، مثبت است، بنابراین Q منفی خواهد شد.

فرایند بی‌ درو یا آدیاباتیک

$$\triangle U = W$$

نکته: اگر گاز ایده‌ال به صورت بی‌دررو منبسط شود، کار محیط روی سیستم (گاز) منفی است. از این‌رو، تغییرات انرژی درونی گاز منفی است و دمای آن کاهش می‌یابد. در مقابل، اگر گاز ایده‌ال به صورت بی‌دررو متراکم یا منقبض شود، تغییرات انرژی درونی آن مثبت است و دمای گاز افزایش خواهد یافت.

فرایند چرخه ای در ترمودینامیک چیست؟

در فرایندهای چرخه‌ای، حالت اولیه سیستم با حالت نهایی آن برابر است. در این حالت تغییرات انرژی درونی، یعنی $$\triangle U$$ برابر صفر خواهد بود. در نتیجه، بر طبق قانون اول ترمودینامیک داریم:

$$\triangle U = Q + W = 0 \\ Q = - \ W$$

بازده ماشین گرمایی

دیدگاه ایده‌ال در هر ماشین گرمایی آن است که انرژی ورودی به آن تا حد امکان به انرژی مفید یا کار تبدیل شود. بازده هر ماشین گرمایی به صورت نسبت انرژی مفید خروجی به انرژی داده شده به ماشین تعریف می‌شود:

$$\eta = \frac { Useful \enspace output \enspace energy } {Input \enspace energy }$$

انرژی ورودی به ماشین گرمایی همان گرمای داده شده به ماشین، $$Q_H$$، و انرژی مفید خروجی، همان کار انجام شده توسط ماشین است:

$$\eta = \frac { | W | } { Q_H }$$

قانون دوم ترمودینامیک به بیان ماشین گرمایی

تقریبا همه ماشین‌های گرمایی با دو منبع گرمایی با دو دمای متفاوت کار می‌کنند. منبع گرمایی با دمای بالاتر با $$Q_H$$ و منبع گرمایی با دمای پایین‌تر با $$Q_L$$ نشان داده می‌شوند. مقداری از گرمای گرفته شده از منبع $$Q_H$$ به کار تبدیل و مابقی آن به منبع گرمایی با دمای پایین‌تر داده می‌شود.

قانون دوم ترمودینامیک و یخچال‌ ها در فرمول های فیزیک دهم

گرما نمی‌تواند به صورت خودبه‌خودی از جسم سرد به جسم گرم منتقل شود. این عبارت بیان یخچالی قانون دوم ترمودینامیک نام دارد. با انجام کار، می‌توان گرما را از جسمی با دمای پایین‌تر به جسمی با دمای بالاتر منتقل کرد. این کار توسط وسیله‌ای به نام یخچال انجام می‌شود.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس، با فرمول های فیزیک دهم آشنا شدیم. فیزیک دهم در رشته‌های تجربی و ریاضی‌فیزیک به ترتیب از چهار و پنج فصل تشکیل شده است. فرمول‌های هر فصل ابتدا به صورت خلاصه توضیح داده‌ و در ادامه، برای درک بهتر فرمول‌ها، تعدادی مسئله مرتبط با آن‌ها حل شد.