زعفران اصل یا رنگ زرد تقلبی؛ پاسخ پرسش‌های آزمایشگاه علوم تجربی

---

---

---

---

• مقدار mL 15 آب در یک بشر بریزید و به آن g ۵/۲ نمک خوراکی اضافه کنید.

• بعد از حل شدن کامل نمک در آب، محلول را به بالون حجمی ۵۰ میلی لیتری منتقل کنید.

• مقداری آب به بالون اضافه کرده، و محلول را با تکان دادن همگن کنید.

• با دقت تا خط نشانه به بالون آب اضافه و دوباره محلول را همگن کنید.

• مقدار mL ۵ از محلول آب نمک را به لوله آزمایش منتقل کنید. کم کم به محلول، نمک خوراکی اضافه کنید. و محلول را هم بزنید. چه مشاهده می‌کنید؟ علت آن چیست؟

نمک اضافه شده حل می‌شود زیرا محلول در لوله آزمایش سیر نشده است. 

• افزودن نمک را تا جایی که دیگر نمکی حل نشود، ادامه دهید. چه نوع محلولی ساخته‌اید؟

اگر افزودن نمک را ادامه دهیم تا جایی که دیگر نمک حل نشود و ته لوله آزمایش رسوب کند، محلول سیر شده به دست می‌آید.

• محلول شفاف رویی را به لوله آزمایش جدید منتقل کنید.

• در زیر هود، چند قطره محلول هیدروکلریک اسید غلیظ را با احتیاط، به آن اضافه کنید. چه تغییری مشاهده می‌کنید؟

اگر به محل سیر شده نمک خوراکی، قطره‌قطره هیدروکلریک اسید غلیظ اضافه نماییم، بخشی از نمک حل شده رسوب می‌کند.

• حدود mL3 آب مقطر به محلول داخل لوله آزمایش اضافه کنید. چه مشاهده می‌کنید؟

با اضافه کردن آب به محلول داخل لوله آزمایش مجدداً نمک رسوب شده، حل می‌شود. 

• قبل از شروع کلاس mL ۲۵ از محلول ۲ مول بر لیتر سدیم هیدروکسید، تهیه کنید. چند برگ کلم قرمز را با mL ۱۰۰ آب در همزن برقی خوب مخلوط و سپس صاف کنید.

• mL 18/7 از محلول فوق را به بالون ۲۵ میلی‌لیتری منتقل کنید و با آب به حجم برسانید ( محلول ۱/۵ مول بر لیتر سود).

• ۷ بشر ۱۰۰ میلی لیتری انتخاب کنید و در هر کدام mL80 آب و mL ۱ عصاره گل کلم (محلول زیر صافی) بریزید.

• به بشر اول mL ۵ محلول ۲ مول بر لیتر سود، به بشر دوم mL ۵ محلول ۱/۵ مول بر لیتر سود، به بشر سوم mL ۲ محلول ۱/۵ مول بر لیتر سود، به بشر چهارم محلولی اضافه نکنید. به بشر پنجم ۱ قطره محلول سرکه سفید، به بشر ششم mL ۱ محلول سرکه سفید و به بشر هفتم mL ۵ محلول سرکه سفید اضافه کنید. چه تغییراتی را مشاهده می‌کنید؟

بشر اول: محلول زرد، بشر دوم: سبز لجنی تیره، بشر سوم: آبی، بشر چهارم: بنفش، بشر پنجم؛ بنفش کم رنگ، بشر ششم: قرمز صورتی، بشر هفتم: قرمز گلی

• یک میلی لیتر عصاره گل کلم و mL ۸۰ آب را در بشر بریزید و به آن چند قطره شامپو اضافه کنید. چه مشاهده می‌کنید؟

محلول شامپو در حضور شناساگر کلم قرمز به رنگ آبی در می‌آید.

• مرحله قبل را با محلول صابون، محلول شیشه پاک کن و آب گوجه فرنگی تکرار کنید. چه مشاهده می‌کنید؟

محلول صابون آبی رنگ می‌شود. محلول شیشه پاک کن به رنگ آبی در می‌آید. آب گوجه فرنگی به رنگ قرمز صورتی می‌شود.

• پوسته تخمه آفتاب گردان سیاه رنگ (خام)، پوست بادمجان و گیاه گل گاوزبان نیز می‌تواند همانند کلم قرمز، به عنوان شناساگر اسید و باز استفاده شود.

• در یک استوانه مدرج ۲۵۰ میلی لیتری، mL ۲۰۰ آب و یک قاشق پودر لباسشویی دستی (به رنگ سفید و دارای سدیم کربنات) بریزید و هم بزنید.

• در یک بشر، سه قاشق مس (II) سولفات را در mL ۱۰ آب گرم حل کنید.

• با استفاده از یک سرنگ، همه محلول مس (II) سولفات را بردارید. سر سرنگ را به طور کامل وارد محلول کنید.

• با فشاردادن پیستون، مس (II) سولفات را به آرامی درون محلول بیفزایید و همزمان از کنار به استوانه مدرج نگاه کنید. چه مشاهده می‌کنید؟

با وارد کردن مس (II) سولفات در محلول سدیم کربنات داخل استوانه مدرج، مقداری کف ایجاد شده و هم زمان یک محلول کدر از ذرات معلق به رنگ سبز مایل به آبی تولید می‌شود. (البته طی این واکنش، خروج یک گاز از محلول نیز مشاهده می‌شود که به عنوان یک واکنش فرعی است.)

• تکه‌ای کاغذ کروماتوگرافی به اندازه cm 12× ۷ ببرید و با یک مداد، خطی صاف روی آن رسم کنید به گونه‌ای که فاصله خط تا لبه کاغذ ۲ سانتی‌متر باشد.

• در یک شیشه ساعت، محلولی غلیظ از یک رنگ خوراکی زرد تهیه کنید.

• در شیشه ساعت دوم، مقدار خیلی کم زعفران حل شده در آب جوش بریزید.

• در شیشه ساعت سوم، چند قطره از محلول زعفران در آب بریزید و به آن چند قطره رنگ خوراکی زرد (محلول اول) اضافه کنید.

• با استفاده از لوله مویین یک نقطه از محلول رنگ خوراکی زرد (محلول اول)، یک نقطه از زعفران (محلول دوم) و یک نقطه از محلول زعفران و رنگ خوراکی زرد (محلول سوم قرار دهید.

• مدتی صبر کنید تا نقطه‌ها خشک شوند.

• داخل بشر ۵۰۰ میلی متری، مقدار mL ۲۲ آب مقطر، mL ۴ استیک اسید بریزید.

• برش کاغذ کروماتوگرافی را تا بزنید و داخل بشر به گونه‌ای قرار دهید که محل نقطه‌ها، بالای محلول، داخل لوله قرار گیرد.

• اجازه دهید محلول به آرامی در کاغذ کروماتوگرافی به سمت بالا حرکت کند. چه چیزی مشاهده می‌کنید؟

ماده موثر در رنگ‌دهی زعفران، کروسین نام دارد که با سلولز موجود در کاغذ کروماتوگرافی پیوند قوی داده که توسط فاز متحرک (اسید) حرکت نمی‌کند. اما رنگ خوراکی زرد با اسید شسته شده و در کاغذ کروماتوگرافی حرکت می‌کند. بنابراین با توجه به این که سرعت و میزان حرکت مواد در کاغذ کروماتوگرافی یکسان نیست، پس از مدتی رنگ زرد مربوط به رنگ خوراکی و رنگ زرد مربوط به زعفران با فاصله‌ای مشخص از یکدیگر قرار می‌گیرند. اگر رنگ مربوط به زعفران را در مخلوط، با رنگ زعفران اولی که به عنوان شاهد است، مقایسه کنیم میزان حرکت آنها در کاغذ کروماتوگرافی، یکسان است.

• دو عدد تیغه شیشه‌ای را روی هم قرار دهید. آن‌ها را به کمک کش حلقه‌ای در نزدیکی یکی از لبه‌ها به هم بچسبانید. در طرف دیگر بین تیغه‌ها، یک عدد گیره کاغذ قرار دهید تا تیغه‌ها از هم فاصله داشته باشد.

• یک سر تیغه‌ها را به طور عمودی درون آب رنگی نگه دارید. چه مشاهده می‌کنید؟ این پدیده فیزیکی چگونه توجیه می‌شود؟

محلول رنگی از سمتی که کش گذاشته شده بیشتر بالا می‌آید. دلیل این پدیده این است که دگرچسبی بین مولکول‌های مایع و تیغه بیشتر از هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع. البته اگر از جیوه به جای محلول رنگی استفاده شود جیوه از سمتی که بین تیغه‌ها، گیره کاغذی وجود دارد بالا خواهد رفت که این مطلب نشان می‌دتن هم‌چسبی بین مولکول‌های جیوه بیشتر از دگرچسبی بین مولکول‌های جیوه و تیغه است.

• سعی کنید یک گیره کاغذ را با انگشتان دست روی سطح آب شناور کنید. آیا موفق می‌شوید؟

خیر به کمک دست شناور شدن بسیار سخت و تقریباً غیرممکن است. 

• گیره کاغذ را به شکل دستگیره درآورید و گیره دیگری را به کمک آن روی سطح آب شناور کنید (مانند شکل ۱).

• بعد از اینکه گیره روی آب شناور شد (شکل ۲)، کمی پودر یا مایع شست وشو به آب اضافه کنید. چه اتفاقی می افتد؟ چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

با ریختن پودر یا مایع شست و شو گیره به سمت دیواره ظرف آب می‌رود و سپس در آب فرو می‌رود. که نشانه آن است که مایع شست‌وشو کشش سطحی را از بین می‌برد.

• آب جوش را داخل یک لیوان بریزید؛ پس از چند لحظه گیره کاغذ را با همان روش روی سطح آب شناور کنید. شناور کردن گیره روی آب سرد راحت‌تر است یا آب داغ؟ چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

آب جوش کشش سطحی کمتری دارد (آب ۲۰ درجه سانتی‌گراد دارای کشش سطحی ۰/۰۷۳ نیوتون بر متر و آب ۱۰۰ دارای کشش سطحی ۰/۰۵۹ نیوتون بر متر است،) بنابراین شناور کردن گیره بر روی آب سرد راحت‌تر است. نتیجه‌ای که از این آزمایش گرفته می‌شود آن است که با افزایش دما، کشش سطحی کاهی می‌یابد.

پرسش

با یک تکه پارچه توری و یک کش حلقه‌ای، دهانه لیوان شیشه‌ای پر از آب را مانند شکل می‌بندیم. کف دست را روی دهانه لیوان می‌گذاریم و لیوان را وارونه می‌کنیم. سپس دستمان را از دهانه لیوان بر می‌داریم. آب از لیوان نمی‌ریزد. چرا؟

زیرا چسبندگی مولکول‌های آب با پارچه به نیروی حاصل از فشار هوا کمک می‌کند و هر دو مانع بیرون ریختن آب می‌شوند.

۲۰

اقیانوسی از هوا

• مقداری آب جوش درون بطری پلاستیکی بریزید ودر آن ببندید، سپس با احتیاط تکان دهید.

• در بطری را باز کنید و آب جوش را بیرون بریزید و بلافاصله در بطری را محکم ببندید.

• اندکی صبر کنید. چه تغییری در بطری ایجاد می‌شود؟ چرا؟

بطری به آرامی به داخل جمع شده و مچاله می‌شود. وقتی دمای مخلوط هوا و بخار داخل بطری کم می‌شود، فشار گاز داخل بطری کمتر از فشار هوای بیرون بطری می‌شود و در نتیجه نیرو خالصی از طرف هوای بیرون به بطری وارد می‌شود و آن را مچاله می‌کند.

پرسش

۱- اگر هوای دو نیم کره (نیم کره‌های ماگدبورگ) به هم چسبیده را خالی کنیم، دو نیم کره به آسانی از هم جدا نمی‌شوند؛ چرا؟

با خالی کردن هوای بین دو نیم کره، فشار هوای داخل آن‌ها کمتر از خارج آن‌ها می‌شود و در نتیجه از طرف هوای اطراف (جو) نیروی خالصی به نیم کره‌ها وارد می‌شود و آن‌ها را به هم می‌چسباند. برای جدا کردن نیم کره‌ها باید به این نیروی بزرگ غلبه کنیم.

۲- چگونه می‌توان آزمایش نیم کره‌ها را بدون پمپ تخلیه هوا انجام داد؟

می‌توان به جای استفاده از پمپ تخلیه، یک پنبه آغشته به الکل را آتش زد و درون این دو نیم کره قرار داد، با سوختن پنبه، اکسیژن موجود در هوای بین دو نیم کره مصرف می‌شود و در نتیجه فشار هوای داخل کره کاهش پیدا می‌کند.

همچنین می‌توانیم بعد از به هم چسباندن دو نیم کره و باز کردن شیر تخلیه، کره را در آب داغ قرار دهیم تا بخشی از هوای داخل آن تخلیه شود. سپس شیر تخلیه را بسته و کمی صبر کنیم تا دمای هوای داخل نیم کره‌ها پایین بیاید.

۲۱

نی غواص

• بخشی (حدود cm ۱) از یک سر نی پلاستیکی شفاف به طول تقریبی cm ۱۰ را تا کنید و آن را با چسب نواری ببندید (شکل ۱).

• به سر دیگر نی، ۲ یا ۳ گیره کاغذ، هم‌راستا بانی قرار دهید (شکل ۲).

• نی را داخل آب قرار دهید به طوری که به صورت عمودی شناور گردد (شکل ۳).

• نی و گیره‌ها را درون بطری پلاستیکی پر از آب قرار دهید و در آن را ببندید (شکل ۴). به دقت به درون نی نگاه کنید. درون آن چه می‌بینید؟

تا ارتفاع معینی آب قرار دارد و بقیه آن با هوا پر شده است. 

• بطری آب را با دو دست محکم فشار دهید. چه اتفاقی می افتد؟

بدنه بطری فشرده می‌شود و سطح آب داخل آن کمی بالاتر می‌رود. 

• در حالی که بطری را فشار می‌دهید، به درون نی نگاه کنید. با حالت قبل چه تفاوتی مشاهده می‌کنید؟ توضیح دهید.

آب از نی بالا می‌رود، زیرا فشار وارد شده بر آب داخل بطری باعث بالا آمدن آب از نی و متراکم شدن هوای داخل نی می‌شود. با قطع فشار توسط دست نیز ارتفاع آب به حالت اولیه خود باز می‌گردد. 

پرسش

۱- برای درک بهتر این آزمایش، چه اصولی از فیزیک را باید بدانیم؟

۱) اصل پاسکل (هر تغییر فشار بر شاره تراکم ناپذیر محبوس، بدون تغییر به تمام بخش‌های شاره و دیواره ظرف منتقل می‌شود.

۲) مایعات متراکم ناپذیرند.

۳) در گازها، فشار و حجم رابطه عکس دارند. یعنی اگر فشار وارد بر گاز افرایش یابد، حجم آن کاهش می‌یابد.

۲- چگونه زیردریایی‌ها به سطح آب می‌آیند؟

بیشتر زیردریایی‌ها دو بدنه داخلی و خارجی دارند. در میان این دو بدنه مخازنی جهت قرار گرفتن آب با هوا برای سنگین یا سبک‌تر شدن وزن زیردریایی تعبیه شده است. برای فرو رفتن زیر دریایی در آب، شیرهای مخازن باز می‌شود تا آب وارد آنها شده و هوا نیز توسط هواکش‌هایی تخلیه شود. به این ترتیب چگالی زیردریایی بیشتر از چگالی آب شده و زیر دریایی به اعماق آب فرو می‌رود. برای بالا آمدن آن نیز هوا به وسیله پمپ‌هایی چنان با فشار به داخل مخازن وارد شده که آب درون آنها به بیرون رانده می‌شود. به این ترتیب چگالی زیردریایی کمتر از چگالی آب شده و بالا می‌آید.

نتیجه‌گیری: مایعات تراکم ناپذیر و گازها تراکم پذیرند.

۲۲

شناوری

• دهانه مخروطی شکل یک بطری پلاستیکی را جدا کنید و دو سر تکه نخی را درون قسمت مخروطی بطری پلاستیکی قرار دهید. در بطری را طوری ببندید که قسمت میانی نخ به صورت حلقه درآید.

• وزن ۲۰۰ گرمی (یا هر جسم دیگری را به نخ بیاویزید.

• مجموعه را در آب درون یک ظرف بزرگ شناور کنید (شکل ۱). سطح آب درون ظرف را روی بدنه بطری نشانه گذاری کنید.

• وزنه را از انتهای بطری بردارید و درون بطری بگذارید. دوباره مجموعه را روی سطح آب شناور، و سطح آب درون ظرف را روی بدنه بطری نشانه گذاری کنید (شکل ۲).

پرسش

چه تفاوتی در میزان فرورفتن بطری در آب در دو حالت وجود دارد؟ علت را بررسی کنید.

در حالت دوم (وقتی که وزنه داخل بطری قرار دارد) بطری بیشتر از حالت اول در آب فرو می‌رود. علت این تفاوت نیروی شناوری است که در حالت اول به وزنه وارد می‌شود. طبق اصل ارشمیدس می‌دانیم نیروی شناوری با حجم مایع جابه جا شده توسط جسم برابر است. در حالت شناوری، این نیرو با نیروی وزن بطری و وزنه برابر است، پس می‌توانیم بنویسیم:

= حجم بطری داخل آب در حالت

حجم وزنه + حجم بطری داخل آب در حالت ۱

۲۳

پرسرعت اما کم فشار

• به کمک یک سشوار روشن سعی کنید یک توپ (پینگ پونگ) را در هوا شناور نگه دارید.

• به آرامی سشوار را از حالت عمودی به حالت مایل درآورید و سعی کنید توپ را همچنان به حالت شناور نگه دارید. علت شناور ماندن توپ را در این حالت بررسی کنید.

وقتی سشوار را به حالت مایل قرار می‌دهیم، نیروی وزن توپ در جهتی به توپ وارد می‌شود که آن را از ستون هوای در حال حرکت خارج کند، اما با کمی‌جابجایی، هوا در اطراف قوس توپ که به مرکز جریان نزدیک‌تر است بیشتر می‌شود و در نتیجه فشار هوا در آن قسمت کمتر شده و نیرویی به توپ وارد می‌شود تا آن را به حالت اولیه خود برگرداند.

• با رسم یک شکل ساده، نیروهای وارد بر توپ را رسم کنید. چه نیرویی، نیروی وزن توپ را متوازن می‌کند؟

سه نیرو: نیروی وزن توپ، نیروی حاصل از جریان هوا و نیروی حاصل از اختلاف فشار

پرسش

دهانه مخروطی شکل بطری پلاستیکی را مانند شکل جدا کنید. روی در بطری سوراخی به قطر تقریبی 1cm ایجاد کنید. به کمک انگشت توپ پینگ پونگ را درون دهانه بطری نگه دارید. از سوراخ در بطری به شدت فوت کنید. پس از رها کردن توپ با اینکه هوا به سرعت از اطراف توپ می‌گذرد، چرا توپ نمی‌افتد؟

وقتی هوا با سرعت از رو و اطراف توپ می‌گذرد بین سطح پایین و بالای توپ اختلاف فشار ایجاد شده و این اختلاف فشار نیرویی به طرف بالا به توپ وارد می‌کند و مانع از افتادن توپ می‌شود.

۲۴

انرژی به انرژی

• دو سر یک لامپ LED را به پایانه‌های یک بلندگوی پیزوالکتریک وصل کنید. (هنگام اتصال بلندگو به قطب‌های مثبت و منفی لامپ LED دقت کنید.)

• با انگشت، روی صفحه بلندگو ضربه‌هایی بزنید؛ چه اتفاقی می افتد؟ (برای مشاهده بهتر آزمایش مناسب است که نور محیط را کم کنید).

لامپ LED روشن می‌شود. 

• تبدیل‌های انرژی را در این پدیده نام ببرید.

انرژی حرکتی ← انرژی الکتریکی ← انرژی نورانی 

پرسش

اگر نقطه اتصال دو فلز غیر هم جنس را گرم کنیم، عقریه میکروآمپر سنج، عبور جریان را نشان می‌دهد. علت را بررسی کنید. چه کاربردهایی برای این تبدیل انرژی می‌شناسید؟ نام ببرید.

هرگاه یک طرف ماده‌ای گرم‌تر از طرف دیگر آن باشد، الکترون‌های سمت گرم‌تر سریع‌تر حرکت می‌کنند و در این فرایند برخی از الکترون‌ها به سمت ناحیه سردتر حرکت می‌کنند. در نتیجه جریان الکتریسیته به وجود می‌آید. این پدیده اثر سیبک (seebeck) نام دارد. در اثر این پدیده اگر محل اتصال دو فلز ناهمجنس را گرم کنیم، اختلاف دمای ایجاد شده بین دو فلز باعث به وجود آمدن جریان الکتریکی می‌شود. ترموکوپل‌ها و ترموالکتریک‌ها براساس همین پدیده ساخته می‌شوند. 

۲۵

انتقال انرژی

• توپ بسکتبال را از ارتفاع حدود ۵۰ سانتی¬متری رها کنید و مقدار بالا آمدن آن را به خاطر بسپارید.

• توپ کوچک‌تری مانند تنیس با والیبال را از همان ارتفاع رها کنید و میزان بالا آمدن آن را به خاطر بسپارید. آیا این توپ نیز مانند توپ بسکتبال تا همان ارتفاع بالا می‌آید؟

توپ کوچک‌تر تقریباً به همان اندازه توپ بزرگ‌تر بالا می‌آید. البته توپ کوچک‌تر کمی بیشتر از توپ بزرگ‌تر بالا می‌آید (خیلی جزئی). این اتفاق به دلیل اثر مقاومت هوا است که بر جسم بزرگ‌تر بیشتر است. 

• توپ کوچک‌تر را روی توپ بسکتبال قرار دهید و هر دو را در ارتفاع حدود ۵۰ سانتی متری نگه دارید. سپس توپ‌ها را با هم رها کنید. آیا توپ بالایی تا همان ارتفاع قبلی بالا می‌آید؟ توضیح دهید.

توپ بسکتبال خیلی کمتر و توپ کوچک‌تر خیلی بیش از بار قبل بالا می‌آید، زیرا انرژی جنبشی توپ بسکتبال به توپ کوچک‌تر منتقل می‌شود. 

پرسش

در شکل هنگامی که دوک‌های به هم چسبیده را در پایین ریل شیب دار قرار می‌دهیم، دوک از ریل شیب دار بالا می‌رود. علت چیست؟

در مکانیک جسم را به صورت ذره‌ای (یا نقطه‌ای در نظر می‌گیریم که تمام جرم جسم در آن فرض می‌شود. این نقطه همان مرکز جرم جسم است. با حرکت دوک‌های به هم چسبیده مرکز جرم (یعنی همان نقطه) به زمین نزدیک می‌شود. ولی به نظر می‌رسد که دوک‌ها به طرف بالا حرکت کرده است.

۲۶

جابه جایی گرما

• در دستگاه جریان همرفتی هوا، ابتدا شمع را روشن کنید و سپس لوله شیشه‌ای را مانند شکل روی آن قرار دهید. حدود یک دقیقه صبر کنید، چه اتفاقی می افتد؟ چرا؟

شمع خاموش می‌شود، زیرا جریان همرفتی هوای گرم، رو به بالا است و مانع از جریان هوا و رسیدن اکسیژن به شعله می‌شود.

• دوباره شمع را روشن کنید. در حالی که تیغه فلزی دستگاه درون لوله شیشه‌ای قرار دارد، لوله را روی شمع روشن قرار دهید.

• مدتی صبر کنید. چه اتفاقی برای شمع می افتد؟ چرا؟

با قرار دادن تیغه فلزی هوای گرم از یک طرف تیغه خارج می‌شود و از طرف دیگر هوای سرد وارد می‌شود، بنابراین اکسیژن لازم برای ادامه سوختن به شمع می‌رسد و شمع خاموش نمی‌شود.

• در حالی که شمع روشن و تیغه فلزی در استوانه شیشه‌ای قرار داده شده است، یک عود برافروخته را نزدیک دهانه استوانه شیشه‌ای بگیرید. چه اتفاقی می افتد؟ چرا؟

از یک طرف تیغه فلزی دود از لوله شیشه‌ای دور می‌شود و از طرف دیگر تیغه فلزی دود به درون لوله کشیده می‌شود.

پرسش

اگر کیسه کاغذی خالی چای (Tea bag) را به صورت قوطی در آوریم و مانند شکل بالای آن را آتش بزنیم پس از سوختن، باقیمانده‌های آن به طرف بالا می‌رود. چه عامل مشترکی میان این پدیده و جریان همرفتی در گازها وجود دارد؟ توضیح دهید.

کاهش چگالی هوای گرم سبب بالا رفتن این هوا و جایگزین شدن هوای سرد می‌شود. هوای گرم هنگام بالا رفتن باقی مانده سوخته شده کیسه را با خود بالا می‌برد. 

۲۷

از گرما تا حرکت

• درون مخزن ماشین بخار، مقداری آب و چند قطره روغن ماشین بریزید. ماده سوختنی را درون آتشدان بریزید و در جای خود بگذارید. مطمئن شوید که مخزن بخار، سوپاپ اطمینان داشته باشد.)

• ماده سوختنی را آتش بزنید و مدتی صبر کنید تا آب داخل مخزن به جوش آید. چه اتفاقی می افتد؟ چرا؟

چرخ می‌چرخد، زیرا آب بخار می‌شود. بخار آب از مسیر لوله به داخل سیلندر انتقال می‌یابد. بخار، پیستون را به عقب می‌راند. دسته پیستون با عقب رفتن سبب چرخش چرخ می‌شود. 

• ساختار و سازوکار این نوع ماشین بخار را به دقت بررسی و با ماشین‌های گرمایی مقایسه کنید.

این نوع ماشین بخار دارای یک آتشدان، دیگ بخار، سوپاپ تنظیم فشار روی دیگ بخار، لوله انتقال بخار به سیلندر، سیلندر، پیستون، دسته پیستون و صفحه نیم دایره‌ای متصل به چرخ است، وقتی بخار با فشار بالا وارد سیلندر می‌شود: پیستون را به عقب می‌راند. دسته پیستون که خارج از مرکز صفحه نیم دایره به آن وصل است، صفحه را می‌چرخاند. در نتیجه چرخ می‌چرخد، بنابراین انرژی گرمایی سوخت به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. این ماشین بخار یک ماشین گرمایی برون سوز است. 

• قسمت‌های مختلف برش مدل موتور چهار زمانه را بررسی کنید.

یک موتور چهار زمانه دارای سیلندر، سرسیلندر، پیستون دسته پیستون، شمع، میل لنگ، سوپاپ ورود سوخت و هوا، سوپاپ خروج دود، منیفولد خروج دود و منیفولد سوخت و هوا است.

پیستون داخل سیلندر بالا و پایین می‌رود و میل لنگ را می‌چرخاند. با باز شدن سوپاپ ورود سوخت و هوا در زمان مکش مخلوط هوا و سوخت از منیفولد آن وارد سیلندر می‌شود و در هنگام خروج با باز شدن سوپاپ مخصوص، با بالا آمدن پیستون دود از منیفولد مخصوص خارج می‌شود.

• به کمک دستگیره مدل، محور موتور را بچرخانید. به چگونگی باز و بسته شدن سوپاپ‌ها و حرکت پیستون دقت کنید. در کدام مرحله، ماده کاری (سوخت و اکسیژن) کار انجام می‌دهد؟

بعد از جرقه شمع، در مرحله انبساط که به صورت بی دررو انجام می‌شود. 

پرسش

این نوع ماشین‌ها (موتور چهارزمانه) در چه وسایلی کاربرد دارند؟

خودروها، موتورسیکلت‌ها، مولدهای کوچک تولید برق دیزل و بنزینی، قایق‌ها و کشتی‌های کوچک و …

۲۸

قایق بخار

• یک قوطی آلومینیمی نوشابه تهیه کنید. آن را مانند شکل نصف کنید و دو سوراخ در انتهای آن ایجاد کنید. سپس یک لوله آلومینیمی به طول cm ۵۰ و قطر تقریباً mm ۶ را مانند شکل خم کنید (مواظب باشید هنگام خم کردن لوله، مسیر آن بسته نشود).

• دو انتهای لوله آلومینیمی را از دو سوراخ انتهای قوطی به گونه‌ای عبور دهید و با استفاده از چسب حرارتی درزهای اطراف آن را بگیرید.

• یک طرف لوله را زیر شیر آب بگیرید تا لوله از آب پر و آب از طرف دیگر آن خارج گردد. اینک دو انتهای لوله را با انگشت بگیرید و مجموعه را داخل یک تشت پر از آب بگذارید.

• یک شمع کوتاه را زیر قسمت حلقه‌ای لوله قرار دهید و مدتی صبر کنید تا آب داخل لوله به جوش آید. چه اتفاقی می افتد؟ توضیح دهید.

آب داخل لوله به جوش می‌آید و بخار می‌شود. بخار با خروج از لوله در پشت قایق را به‌سرعت به سمت جلو می‌راند. طبق قانون سوم نیوتون قایق حرکت می‌کند. 

پرسش

آیا قایقی که به این شیوه راه‌اندازی شده است، یک ماشین گرمایی است؟ این قایق تا چه زمانی به حرکت خود ادامه خواهد داد؟

این قایق یک ماشین گرمایی است. از نظر ترمودینامیکی، ماشین‌های گرمایی، ماشین‌هایی هستند که با ترکیب چند فرایند ترمودینامیکی، دستگاه مقداری گرما دریافت می‌کند و بخشی از آن را به کار روی محیط تبدیل می‌کند. در این قایق، آب با گرفتن گرما بخار می‌شود یعنی تغییر حجم می‌دهد و بخار با خروج از لوله انتهایی، کار مکانیکی انجام می‌دهد.

---

---

---

---

---