ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΤΗΝ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΣΤΗΝ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

 Στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε διάφορες μορφές ενέργειας για να θερμάνουμε ή να ψύξου με σώματα, για να φωτίσουμε τους διάφορους χώρους, για να θέσουμε σε λειτουργία διάφορες συσκευές κ.λπ. Η θέρμανση και η ψύξη των σωμάτων αποτέλεσαν ένα πρόβλημα στην ιστορία της επιστήμης του οποίου η επίλυση έφερε σημαντικές αλλαγές στην τεχνολογία και την κοινωνία γενι-κότερα μέσα από επιτεύγματα όπως η ατμομηχανή και οι μηχανές εσωτερικής καύσης. Το θεωρητικό υπόβαθρο των σημαντικών αυτών επιτευγμάτων είναι η σωματιδιακή δομή της ύλης και οι δύο βασικές μορφές της ενέργειας: η κινητική και η δυναμική.

 Στο κεφάλαιο αυτό θα μελετήσουμε τη σχέση της θερμότητας με τη θερμοκρασία και με τις αλλαγές στην κινητική ενέργεια των δομικών λίθων των διαφόρων σωμάτων. Θα ερμηνεύσουμε τις ιδιότητες των αερίων (π.χ. σχέση πίεσης-όγκου) αναφερόμενοι στο πλήθος, στις ιδιότητες των μορίων και την κινητική τους ενέργεια.

 Με τη βοήθεια της κινητικής θεωρίας της ύλης, μπορούμε να κατανοήσουμε τη μετατροπή των διαφόρων μορφών ενέργειας οι οποίες συμβαίνουν στις μηχανές, καθώς επίσης και την υποβάθμισή της, τη μετατροπή δηλαδή όλων των μορφών ενέργειας σε θερμότητα.

  Στην καθημερνή ζωή χρησιμοποιούμε διάφορους τρόπους για να θερμάνουμε ή να ψύξουμε τα υλικά σώματα. Οι τρόποι αυτοί, σύμφωνα με την επιστημονική άποψη είναι μόνο τρεις:

1) ΘΕΡΜΑΝΣΗ/ΨΥΞΗ ΜΕ ΑΓΩΓΗ

  Θέρμανση - ψύξη με αγωγή έχουμε στις περιπτώσεις που δύο σώματα με διαφορετική θερμοκρασία βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Τότε θερμότητα από το σώμα που βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία μεταφέρεται στο σώμα που βρίσκεται σε χαμηλή θερμοκρασία. Με τον τρόπο αυτό π.χ. ερμηνεύεται γιατί θερμαίνεται το περιεχόμενο των μαγειρικών σκευών όταν τοποθετούνται στην εστία της ηλεκτρικής κουζίνας (μάτι της κουζίνας). Τα μαγειρικά σκεύη και το περιεχόμενό τους έχουν συνήθως τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος ενώ στην ηλεκτρική εστία η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα. Με τον ίδιο τρόπο εξηγείται η ψύξη του φαγητού όταν "κλείσουμε το μάτι της κουζίνας". Το φαγητό και το μαγειρικό σκεύος βρίσκονται σε υψηλότερη θερμοκρασία από ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας που τα περιβάλλει.

2) ΘΕΡΜΑΝΣΗ/ΨΥΞΗ ΜΕ ΜΕΤΑΦΟΡΑ

  Θέρμανση-ψύξη με μεταφορά έχουμε στις περιπτώσεις όπου ένα ρευστό (υγρό ή αέριο) μεταφέρει θερμότητα από το σώμα που βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία σε αυτό που βρίσκεται σε χαμηλότερη. Με τον τρόπο αυτό οι ζεστές αέριες μάζες, δηλαδή ο ζεστός άνεμος, προερχόμενος από μια περιοχή με υψηλή θερμοκρασία θερμαίνει μιαν άλλη που έχει χαμηλή θερμοκρασία. Με τον ίδιο επίσης τρόπο στα συστήματα κεντρικής θέρμανσης των πολυκατοικιών μεταφέρονται ποσά θερμότητας από το λέβητα του καλοριφέρ στα διαμερίσματα, μέσω του νερού που κυκλοφορεί στο σύστημα σωληνώσεων.  

3) ΘΕΡΜΑΝΣΗ/ΨΥΞΗ ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

 Για τη θέρμανση ή την ψύξη με ακτινοβολία δεν είναι προϋπόθεση η διαμεσολάβηση κάποιου υλικού μέσου όπως στις δύο προηγούμενες. Η ενέργεια μεταφέρεται από το ένα σώμα στο άλλο μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα σώματα που βρίσκονται σε υψηλότερη θερμοκρασία ακτινοβολούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε διάφορα μήκη κύματος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η θέρμανση της γης από τον ήλιο μέσω της ορατής (φως) και της αόρατης, δηλαδή της υπεριώδους και της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

  Οι τρεις αυτοί τρόποι θέρμανσης συνυπάρχουν σε όσα φαινόμενα παρατηρούμε στην καθημερινή μας ζωή, μιας και όλα τα σώματα βρίσκονται σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα ο οποίος τα θερμαίνει ή τα ψύχει με τους δύο πρώτους τρόπους. Για παράδειγμα κατά τη λειτουργία του ηλεκτρικού λαμπτήρα πυράκτωσης τα σώματα που βρίσκονται γύρω από αυτόν θερμαίνονται διότι:

α) ο λαμπτήρας ακτινοβολεί φως,

β) ο λαμπτήρας βρίσκεται σε επαφή με τον αέρα και τον θερμαίνει,

γ) ρεύματα μεταφοράς του αέρα μεταφέρουν τη θερμότητα στα ψυχρότερα μέρη του χώρου.

ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

  Όλα σχεδόν τα σώματα στερεά, υγρά και αέρια, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τους,διαστέλλονται,αυξάνεται δηλαδή ο όγκος τους, ενώ όταν μειώνεται η θερμοκρασία τους,συστέλλονται,μειώνεται δηλαδή ο όγκος τους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θερμική διαστολή και το αντίθετο της φαινόμενο,θερμική συστολή.

  Θερμική διαστολή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο αυξάνονται οι διαστάσεις ενός σώματος,δηλαδή αυξάνεται ο όγκος του σώματος,καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του σώματος.

   Θερμική συστολή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο μειώνονται οι διαστάσεις ενός σώματος,δηλαδή μειώνεται ο όγκος του σώματος,καθώς  η μειώνεται η θερμοκρασία του σώματος

  Γενικά η διαστολή αφορά όλες τις διαστάσεις του σώματος, αλλά μπορεί η αύξηση μιας ή δύο διαστάσεων να είναι αμελητέες. Έτσι, υπάρχουν τρία είδη θερμικών διαστολών.Η διαστολή λέγεται κυβική,όταν αναφέρεται στην αύξηση και των τριών διαστάσεων,δηλαδή στην αύξηση του όγκου του σώματος.Ειδικά για τα στερεά,μας ενδιαφέρει πολλές φορές η αύξηση μιας μόνο διάστασης ή η αύξηση των δύο μόνο διαστάσεων.Στην πρώτη περίπτωση η διαστολή λέγεται γραμμική και στη δεύτερη επιφανειακή. 

Κυβική διαστολή παθαίνουν όλα τα σώματα στερεά,υγρά και αέρια 

  Κυβική διαστολή ονομάζεται η διαστολή στην οποία έχουμε αύξηση και των τριών διαστάσεων,δηλαδή έχουμε αύξηση του όγκου του σώματος. Τέτοια είναι η διαστολή που παθαίνουν όλα τα σώματα στερεά,υγρά και αέρια.

Παράδειγμα επιφανειακής διαστολής είναι η διαστολή του εμβαδού μιας μεταλλικής πλάκας

  Επιφανειακή διαστολή ονομάζεται η διαστολή στην οποία έχουμε αύξηση των δύο μόνο διαστάσεων,δηλαδή έχουμε αύξηση  του εμβαδού του σώματος.Αφορά μόνο στερεά σώματα.Παράδειγμα επιφανειακής διαστολής είναι η διαστολή του εμβαδού μιας μεταλλικής πλάκας.

Γραμμική διαστολή  παρατηρείται σε μακρόστενα αντικείμενα,για παράδειγμα σε μία μεταλλική ράβδο 

  Γραμμική διαστολή ονομάζεται η διαστολή  στη οποία έχουμε αύξηση μιας μόνο διάστασης,δηλαδή έχουμε αύξηση του μήκος του σώματος.Η γραμμική διαστολή αφορά μόνο στερεά σώματα και παρατηρείται σε μακρόστενα αντικείμενα.Παράδειγμα γραμμικής διαστολής είναι η διαστολή του μήκους μιας ράβδου.Βρίσκει εφαρμογή σε διμεταλλικά ελάσματα, θερμόμετρα και γενικά συσκευές που σχετίζονται με τη μηχανική και τη θερμοκρασία.

 Από την εμπειρία μας γνωρίζουμε ότι όλα τα σώματα δε διαστέλλονται ή συστέλλονται με τον ίδιο τρόπο.Το καπάκι, που είναι συνήθως φτιαγμένο από σίδηρο ή αλουμίνιο, συστέλλεται περισσότερο από το γυάλινο βάζο γι' αυτό και σφηνώνεται στο στόμιο του βάζου, όταν μπει στο ψυγείο όπου και ψύχεται.

H διαστολή βρίσκει εφαρμογή στο αερόστατο 

  Κατά τη διάρκεια της διαστολής η πυκνότητα του αντικειμένου μειώνεται,ώστε να αυξάνονται και οι δυνάμεις της άνωσης.Αυτό βρίσκει εφαρμογή στο αερόστατο,όπου ο αέρας λόγω θέρμανσης μειώνει την πυκνότητά του,αλλά εγκλωβίζεται στο αερόστατο και το παρασύρει στην ανοδική κίνηση.

  Πειραματικά έχει βρεθεί ότι η διαστολή είναι ανάλογη της θερμοκρασίας του σώματος, δεδομένο που αξιοποιείται στην κατασκευή των θερμομέτρων τα οποία περιέχουν υδράργυρο ή οινόπνευμα. Στα θερμόμετρα της κλίμακας Κελσίου η τιμή 0^oC αντιστοιχεί στην τήξη του πάγου ενώ η τιμή 100  ^oC στο βρασμό του νερού σε κανονικές συνθήκες πίεσης, δηλαδή τη μία Ατμόσφαιρα (1 atm) που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας. Το διάστημα μεταξύ αυτών των δύο θέσεων διαιρείται σε 98 ίσα τμήματα τα οποία αντιστοιχούν στις υπόλοιπες τιμές της κλίμακας Κελσίου. Η μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας είναι ο ένας βαθμός Κελσίου (1 ^oC) που αντιστοιχεί σε μία από τις 100 υποδιαιρέσεις της κλίμακας που κατασκευάζατε με τον τρόπο που περιγράψαμε.

ΑΛΛΑΓΕΣ ΦΑΣΕΩΣ

ΤΗΞΗ-ΠΗΞΗ

   Ο πάγος γίνεται πάλι νερό,όταν παραμείνει έξω από την κατάψυξη,γιατί παίρνει θερμότητα από το περιβάλλον.Το φαινόμενο αυτό,κατά το οποίο ένα στερεό μετατρέπεται σε υγρό,λέγεται τήξη.

ΤΗΞΗ

  Ο πάγος γίνεται πάλι νερό,όταν παραμείνει έξω από την κατάψυξη,γιατί παίρνει θερμότητα από το περιβάλλον.Το φαινόμενο αυτό,κατά το οποίο ένα στερεό μετατρέπεται σε υγρό,λέγεται τήξη.

Η τήξη του νερού σε  ένα ποτήρι

  Τήξη ονομάζεται το φαινόμενο της μετατροπής στερεού υλικού σε υγρό.Η Τήξη αποτελεί μια από τις αλλαγές φάσεων της φυσικής μορφής της ύλης.Τα παράγωγα της τήξης καλούνται τήγματα.

 Καθώς θερμαίνεται ένα στερεό τα σωματίδιά του που συγκροτούν αυτό αρχίζουν να ταλαντώνονται όλο και ταχύτερα. Έτσι σιγά σιγά υπερνικούν τις μεταξύ τους ελκτικές δυνάμεις που τα συγκρατούν στις πρότερες θέσεις ισορροπίας τους με αποτέλεσμα το στερεό να λιώνει.

  Τοποθετούμε τριμμένα παγάκια σ' ένα δοχείο και μέσα σε αυτά βυθίζουμε ένα θερμόμετρο και το τοποθετούμε σε εστία θέρμανσης. Η θερμοκρασία του πάγου αρχίζει να αυξάνεται. Όταν φθάσει στους 0 °C, τότε ο πάγος αρχίζει να λιώνει, οπότε εμφανίζεται και νερό μέσα στο ποτήρι. Παρατηρούμε ότι μέχρι να λιώσει όλος ο πάγος, η θερμοκρασία του μείγματος νερού-πάγου διατηρείται σταθερή στους 0 °C.Η θερμοκρασία αυτή ονομάζεται θερμοκρασία ή σημείο τήξης του πάγου.Μόλις λιώσει όλος ο πάγος, η θερμοκρασία του νερού αρχίζει να αυξάνεται.

  Σημείο τήξης ή θερμοκρασία τήξης ονομάζεται η θερμοκρασία στην οποία αλλάζει φάση μια καθαρή ουσία μεταβαίνοντας από την στερεά κατάσταση στην υγρή κατάσταση.Είναι η θερμοκρασία εκείνη στην οποία συνυπάρχουν σε ισορροπία τόσο η στερεά όσο και η υγρή κατάσταση μιας ουσίας.

  Για να μελετήσουμε πειραματικά την τήξη,χρησιμοποιούμε την συσκευή του παρακάτω σχήματος.Ο δοκιμαστικός σωλήνας περιέχει σκόνη ναφθαλίνης και βρίσκεται μέσα σε έναν άλλο σωλήνα που είναι βυθισμένος στο νερό του δοχείου.Όταν θερμαίνουμε τη συσκευή αυτή με τη φλόγα ενός λύχνου,η ναφθαλίνη θερμαίνεται αργά εξαιτίας του σωλήνα και του αέρα που περιέχει αυτός.Με το θερμόμετρο μετράμε τη θερμοκρασία της ναφθαλίνης.

Τήξη της ναφθαλίνης

  Κατά τη διάρκεια της θερμάνσεως παρατηρούμε τα ακόλουθα:Στην αρχή η ναφθαλίνη είναι στερεή και η θερμοκρασία της μεγαλώνει σιγά σιγά.Όταν η θερμοκρασία της γίνει 80°C αρχίζει η τήξη της.Η θερμοκρασία της ναφθαλίνης παραμένει σταθερή στους 80°C σε όλη τη χρονική διάρκεια της τήξεως.Όταν τελειώσει η τήξη όλης της ναφθαλίνης,η θερμοκρασία της αυξάνεται πάλι σιγά σιγά.

Μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο κατά το πείραμα της τήξεως

  Αν κατά την διάρκεια του πειράματος μετράμε τη θερμοκρασία π.χ. κάθε 1 min,μπορούμε να κατασκευάσουμε το διάγραμμα της θερμοκρασίας με το χρόνο του παραπάνω σχήματος.

ΠΗΞΗ

  Το νερό που βάζουμε στην κατάψυξη του ψυγείου μας γίνεται πάγος γιατί χάνει θερμότητα.Το φαινόμενο αυτό,κατά το οποίο ένα υγρό μετατρέπεται σε στερεό,λέγεται πήξη.

Το νερό που βάζουμε στην κατάψυξη του ψυγείου μας γίνεται πάγος γιατί χάνει θερμότητα

  Πήξη ονομάζεται το φαινόμενο της μετατροπής ενός υγρού σε στερεό.Η πήξη αποτελεί μια από τις αλλαγές φάσεων της φυσικής μορφής της ύλης.

  Όταν ψύχεται ένα υγρό, οι δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων που το συγκροτούν, γίνονται όλο και πιο ισχυρές καθώς μειώνεται η κίνησή των μορίων έτσι ώστε στο τέλος το υγρό στερεοποιείται.

  Τοποθετούμε ένα δοχείο με νερό μέσα σε μια λεκάνη με πάγο θερμοκρασίας -10 °C . Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού μειώνεται. Όταν φθάσει στους 0 °C, το νερό αρχίζει να γίνεται στερεό, δηλαδή πάγος. Αυτή η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή μέχρι να γίνει πάγος όλο το νερό. Την ονομάζουμε θερμοκρασία πήξης του νερού. 

  Σημείο ή θερμοκρασία πήξης ονομάζεται η θερμοκρασία κατά την οποία ένα σώμα περνά από την υγρή κατάσταση σε στερεή.

Σημείο ή θερμοκρασία πήξης ονομάζεται η θερμοκρασία κατά την οποία ένα σώμα περνά από την υγρή κατάσταση σε στερεή.

  Για να μελετήσουμε πειραματικά την πήξη,βάζουμε το σύστημα των σωλήνων με την υγρή ναφθαλίνη μέσα στο ψυχρό νερό.Κατά τη διάρκεια της ψύξεως παρατηρούμε τα εξής:Στην αρχή η ναφθαλίνη είναι υγρή και η θερμοκρασία της ελαττώνεται προοδευτικά ώσπου να γίνει 80°C ,οπότε αρχίζει η πήξη της.Σε όλη τη χρονική διάρκεια της πήξεως η θερμοκρασία παραμένει σταθερή( 80°C),ώσπου να γίνει όλη η ναφθαλίνη στερεή.Κατόπιν η θερμοκρασία αρχίζει και πάλι να ελαττώνεται  προοδευτικά.

Μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο κατά το πείραμα της πήξεως

  Η μεταβολή αυτής της θερμοκρασίας της ναφθαλίνης,σε συνάρτηση με το χρόνο,φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.
  Η πήξη ειδικά στη μεταλλουργία αποτελεί μείζονος σημασίας στάδιο τόσο στη διαδικασία της χύτευσης όσο και της συγκόλλησης μετάλλων και κραμάτων όπου παρεμβαίνουν πολλοί παράμετροι στη διαδικασία του μετασχηματισμού τους, όπως π.χ. μεταβολή του όγκου τους, η ανακατανομή των δομικών μονάδων τους κ.λπ.

ΝΟΜΟΙ ΤΗΞΕΩΣ - ΠΗΞΕΩΣ

  Από τα πειράματα που αναφέραμε μπορούμε να βγάλουμε τα παρακάτω συμπεράσματα που αποτελούν τους νόμους της τήξεως και της πήξεως.
α) Όταν η πίεση είναι σταθερή,η τήξη(ή η πήξη) ενός σώματος αρχίζει σε ορισμένη θερμοκρασία,που είναι χαρακτηριστική για κάθε σώμα και λέγεται θερμοκρασία ή σημείο τήξεως (ή πήξεως).
β) Όσο διαρκεί η τήξη(ή η πήξη),η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και ίση με το σημείο τήξεως(ή πήξεως)
γ) Όσο διαρκεί η τήξη(ή η πήξη) συνυπάρχουν η υγρή και στερεή κατάσταση του σώματος.
δ) Για ένα ορισμένο σώμα η θερμοκρασία τήξεως είναι ίδια με την θερμοκρασία πήξεως.
ε) Η θερμοκρασία τήξης (ή πήξεως) εξαρτάται από το υλικό του σώματος.
στ) Ο όγκος του σώματος, κατά την διάρκεια του φαινομένου τήξης(ή πήξεως), αλλάζει.

ΒΡΑΣΜΟΣ-ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗ

ΒΡΑΣΜΟΣ



  Έχουμε μια πειραματική διάταξη που αποτελείται από ένα ανοιχτό δοχείο που περιέχει νερό και από ένα θερμόμετρο που μετράει τη θερμοκρασία του νερού.Θερμαίνουμε το δοχείο και παρατηρούμε τα ακόλουθα:Στην αρχή της θερμάνσεως,η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται και όταν γίνει περίπου 50 °C εμφανίζονται μικρές φυσαλίδες που σπάζουν όταν φθάσουν στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.Οι φυσαλίδες αυτές περιέχουν τον αέρα που ήταν διαλυμένος στο νερό.

Ένα ανοιχτό δοχείο που περιέχει νερό και από ένα θερμόμετρο που μετράει τη θερμοκρασία του νερού

 Ύστερα,και ενώ η θερμοκρασία του νερού συνεχίζει να αυξάνεται, σχηματίζονται κοντά στον πυθμένα του δοχείου μικρές φυσαλίδες που περιέχουν ατμό.Οι φυσαλίδες αυτές δε φθάνουν ως την ελεύθερη επιφάνεια του νερού,γιατί,καθώς ανεβαίνουν,συναντούν ψυχρότερα στρώματα νερού και ο ατμός τους υγροποιείται.Έτσι οι φυσαλίδες εξαφανίζονται παράγοντας ένα χαρακτηριστικό ήχο που αποτελεί προμήνυμα του βρασμού.

  Όταν η θερμοκρασία του νερού φθάσει στους 100 °C,παράγονται σε όλη τη μάζα του νερού μεγαλύτερες φυσαλίδες ατμού.Οι φυσαλίδες αυτές φθάνουν ως την ελεύθερη επιφάνεια του νερού και εκεί σπάζουν δημιουργώντας σ'αυτήν αναταραχή.Από τη στιγμή αυτή αρχίζει ο βρασμός του νερού.

Άρα:
  Βρασμός ονομάζεται η γρήγορη παραγωγή ατμών από όλη τη μάζα ενός υγρού με μορφή φυσαλίδων.

  Ο βρασμός αποτελεί  μια από τις αλλαγές φάσεων της φυσικής μορφής της ύλης.Διακρίνεται από την εξάτμιση από το γεγονός ότι στο βρασμό έχουμε δημιουργία φυσαλίδων αερίου σε όλο τον όγκο του υγρού,ενώ στην εξάτμιση έχουμε διαφυγή μορίων του υγρού μόνο από την επιφάνειά του.

  Καθώς θερμαίνεται ένα υγρό τα σωματίδιά του που συγκροτούν αυτό αρχίζουν να ταλαντώνονται όλο και ταχύτερα. Έτσι σιγά σιγά υπερνικούν τις μεταξύ τους ελκτικές δυνάμεις που τα συγκρατούν στις πρότερες θέσεις ισορροπίας τους με αποτέλεσμα το υγρό ν' αρχίζει να βράζει. 

Tα μόρια του υγρού δεν είναι σταθερά μεταξύ τους συνδεδεμένα, όπως στα στερεά, αλλά είναι πιο ελεύθερα   

Κατά την διάρκεια του βρασμού μερικά μόρια αποκολούνται από την υπόλοιπη μάζα με τη μορφή του ατμού και να αιωρούνται στον αέρα

  Ο βρασμός είναι μια τυπική περίπτωση μετατροπής μιας μορφής ενέργειας σε κάποια άλλη.Στην περίπτωση του βρασμού η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική, δηλαδή αρχίζει να κινεί τα μόρια του υγρού. Όπως είναι γνωστό, τα μόρια του υγρού δεν είναι σταθερά μεταξύ τους συνδεδεμένα, όπως π.χ. στο ξύλο ή στο σίδερο, αλλά είναι πιο ελεύθερα. 

Βρασμός μιας λίμνης

  Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία ενός υγρού, τόσο περισσότερο αυξάνεται και η κίνηση των μορίων που το αποτελούν.Σε κάποια στιγμή η δύναμη που συνδέει τα διάφορα μόρια μεταξύ τους θα είναι μικρότερη από τη δύναμη που αποκτούν τα μόρια με την κίνηση. Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα να αρχίσουν μερικά μόρια να αποκολούνται από την υπόλοιπη μάζα με τη μορφή του ατμού και να αιωρούνται στον αέρα.

Στην περίπτωση του βρασμού η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική 

  Υπάρχουν διάφορα είδη βρασμών. Αν πέσει νερό σε μια επιφάνεια που έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη από εκείνη που έχει το νερό, τότε θα αρχίσει το νερό να θερμαίνεται στα σημεία εκείνα που ακουμπούν πάνω στη ζεστή επιφάνεια, ανεξάρτητα από το ποια θερμοκρασία μπορεί να έχει ο υπόλοιπος όγκος του νερού.Όταν ο βρασμός γίνεται π.χ. με τη βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύματος, τότε ο βρασμός γίνεται σ' όλο τον όγκο του νερού και σχηματίζονται φυσαλίδες επίσης από όλο τον όγκο του νερού, σ' αντίθεση με την προηγούμενη περίπτωση που σχηματίζονται φυσαλίδες μόνο στην επιφάνεια που άμεσα θερμαίνεται. 

ΝΟΜΟΙ ΒΡΑΣΜΟΥ

  Αν κατά την εκτέλεση του πειράματος η ατμοσφαιρική πίεση παραμένει σταθερή και σημειώνουμε τη θερμοκρασία τη θερμοκρασία του νερού,π.χ. κάθε 1 min,μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα διάγραμμα της μεταβολής της θερμοκρασίας του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο κατά το πείραμα του βρασμού.

Διάγραμμα της μεταβολής της θερμοκρασίας του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο κατά το πείραμα του βρασμού

  Όταν η πίεση που επικρατεί στην ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού είναι σταθερή:
α) Ο βρασμός του υγρού αρχίζει σε ορισμένη θερμοκρασία που είναι χαρακτηριστική για κάθε υγρό και για κάθε πίεση και λέγεται θερμοκρασία βρασμού ή σημείο ζέσεως.
β) Όσο διαρκεί ο βρασμός,η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και ίση με το σημείο ζέσεως.

Το σημείο ζέσεως του νερού

 Το σημείο ζέσεως είναι το οριακό σημείο θερμοκρασίας που μπορεί να αναπτυχθεί σε μια καθαρή ουσία σε κανονικές συνθήκες. Συνεπώς όσο και να εξακολουθεί να βράζει η ουσία αυτή η θερμοκρασία της μάζας της δεν υπερβαίνει το σημείο αυτό.
 Κανονικό σημείο ζέσεως ονομάζεται το σημείο ζέσεως όπου η πίεση που επικρατεί στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού είναι ίση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση (1 atm).Το πείραμα που αναφέραμε αποδεικνύει ότι το κανονικό σημείο ζέσεως του νερού είναι 100 °C.

Το βράσιμο του φαγητού

  Ο βρασμός χρησιμοποιείται καθημερινά από τον άνθρωπο και έχει μεγάλο φάσμα εφαρμογών, από το βράσιμο του φαγητού μέχρι την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή κίνησης.Στη Μεταλλουργία ο όρος βρασμός χαρακτηρίζει τη διαδικασία του καθαρισμού των μετάλλων από τις διάφορες προσμίξεις ή ακόμα και τον μεταξύ τους διαχωρισμό που γίνεται δια της εξαέρωσης, όπως π.χ. συμβαίνει στο καθαρισμό του υδραργύρου, ή του ψευδαργύρου κ.ά.

ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗ

  Όταν ο αέρας που εκπνέουμε έρθει σε επαφή με μία ψυχρή γυάλινη επιφάνεια,σχηματίζονται πάνω σ'αυτή σταγονίδια νερού.Αυτό συμβαίνει γιατί οι υδρατμοί,που βρίσκονται στον αέρα που εκπνέουμε,ψύχονται στη γυάλινη επιφάνεια και μετατρέπονται σε νερό.

Όταν ο αέρας που εκπνέουμε έρθει σε επαφή με μία ψυχρή γυάλινη επιφάνεια,σχηματίζονται πάνω σ'αυτή σταγονίδια νερού

 Το φαινόμενο αυτό,που είναι αντίστροφο της εξαέρωσης,λέγεται υγροποίηση.Επομένως:
  Υγροποίηση ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα αέριο ή ατμός μετατρέπεται σε υγρό.

Υγροποίηση ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα αέριο ή ατμός μετατρέπεται σε υγρό.

  Οι υδρατμοί υγροποιούνται στους 100 °C, δηλαδή σε θερμοκρασία ίση με τη θερμοκρασία βρασμού.   

 Η υγροποίηση ενός αερίου, ανάλογα με τη φύση του, μπορεί να πραγματοποιηθεί με ψύξη, συμπίεση ή με συνδυασμένη ψύξη και συμπίεση.

  Υπάρχουν όμως και μερικά φυσικά αέρια,όπως για παράδειγμα το οξυγόνο και το άζωτο,που υγροποιούνται δύσκολα,γιατί χρειάζονται συμπίεση και ψύξη συγχρόνως.Η υγροποίηση των ατμών με ψύξη βρίσκει εφαρμογή στην απόσταξη.

  Απόσταξη ονομάζεται η μέθοδος με την οποία απομονώνεται ένα υγρό συγκεκριμένου σημείου βρασμού από ένα μίγμα.

Η υγροποίηση των ατμών με ψύξη βρίσκει εφαρμογή στην απόσταξη  

  Κατά την υγροποίηση των αερίων υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά μεγέθη για κάθε αέριο, που ονομάζονται κρίσιμες σταθερές του αερίου. Οι κρίσιμες σταθερές του είναι η κρίσιμη θερμοκρασία, η κρίσιμη πίεση, ο κρίσιμος όγκος και η κρίσιμη πυκνότητα.

 Κρίσιμη θερμοκρασία ενός σώματος ονομάζεται η χαρακτηριστική του θερμοκρασία, πάνω από την οποία το αέριο υπάρχει πάντοτε σε αέρια κατάσταση. Στην κρίσιμη θερμοκρασία είναι δυνατή η υγροποίησή του, όταν η πίεση και ο όγκος του πάρουν τις κρίσιμες τιμές. Κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία η υγροποίηση του αερίου είναι δυνατή και μόνο με συμπίεση. Η κρίσιμη λοιπόν θερμοκρασία είναι ένα διαχωριστικό όριο μεταξύ αερίου και υγρού.

  Η υγροποίηση είναι αποτέλεσμα της αύξησης των δυνάμεων συνοχής μεταξύ των μορίων του αέριου λόγω συμπίεσης και της ελάττωσης της κινητικότητας τους λόγω ψύξης.Η υγροποίηση συνοδεύεται από έκλυση θερμότητας.

  Κατά την τήξη, την πήξη, το βρασμό και την υγροποίηση η κατάσταση των σωμάτων αλλάζει. Αυτές οι αλλαγές ονομάζονται αλλαγές κατάστασης.Θερμότητα τήξης και βρασμού

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΤΗΞΗΣ ΚΑΙ ΒΡΑΣΜΟΥ

 Τα κομμάτια πάγου λιώνουν,όταν εκτεθούν σε περιβάλλον υψηλότερης θερμοκρασίας, για παράδειγμα στον αέρα.Τότε, θερμότητα μεταφέρεται από τον αέρα στον πάγο. Αντίθετα, κατά την πήξη μεταφέρεται θερμότητα από το νερό προς το περιβάλλον του.

Τα κομμάτια πάγου λιώνουν,όταν εκτεθούν σε περιβάλλον υψηλότερης θερμοκρασίας

  Γενικά, όταν θερμότητα μεταφέρεται σε ένα στερεό σώμα (για παράδειγμα όταν το θερμαίνουμε με ένα λύχνο), η θερμοκρασία του σώματος αυξάνεται μέχρι να φτάσει στη θερμοκρασία τήξης. Τότε το σώμα τήκεται (λιώνει), ενώ η θερμοκρασία του παραμένει σταθερή, μέχρι να μετατραπεί εξολοκλήρου σε υγρό. Όταν θερμότητα μεταφέρεται από ένα υγρό προς το περιβάλλον του (για παράδειγμα, όταν αυτό βρίσκεται μέσα σε έναν καταψύκτη), η θερμοκρασία του υγρού ελαττώνεται μέχρι να φτάσει στη θερμοκρασία πήξης. Τότε το υγρό στερεοποιείται (πήζει), ενώ η θερμοκρασία του διατηρείται σταθερή μέχρι να μετατραπεί εξ ολοκλήρου σε στερεό.

Λανθάνουσα θερμότητα ονομάζεται το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για την μετατροπή 1 Kg νερού θερμοκρασίας βρασμού σε ατμό ίδιας θερμοκρασίας

  Όταν σε ένα υγρό μεταφέρεται θερμότητα (για παράδειγμα, όταν το θερμαίνουμε με ένα λύχνο), η θερμοκρασία του υγρού αυξάνεται μέχρι να φτάσει στη θερμοκρασία βρασμού. Τότε, το υγρό μετατρέπεται σε αέριο, ενώ η θερμοκρασία του καθ' όλη τη διάρκεια της μετατροπής παραμένει σταθερή. Αντιθέτως, όταν από ένα αέριο μεταφέρεται θερμότητα προς το περιβάλλον, η θερμοκρασία του αερίου αρχικά μειώνεται. Όταν γίνει ίση με τη θερμοκρασία βρασμού, αρχίζει να υγροποιείται, η θερμοκρασία του παραμένει σταθερή, ενώ θερμότητα εξακολουθεί να μεταφέρεται προς το περιβάλλον.

 Λανθάνουσα θερμότητα ονομάζεται το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για την μετατροπή 1 Kg νερού θερμοκρασίας βρασμού σε ατμό ίδιας θερμοκρασίας. Φέρεται με την ονομασία αυτή επειδή λανθάνει τρόπο τινά της προσοχής μή γενόμενη αντιληπτή σε προσαρμοσμένο θερμόμετρο που συνεχίζει να παρουσιάζει σταθερά τη θερμοκρασία βρασμού.

  Γενικά, όταν θερμότητα μεταφέρεται σε ένα στερεό ή υγρό σώμα, χωρίς να αλλάζει η κατάστασή του, τότε η θερμοκρασία του σώματος αυξάνεται. Κατά τη διάρκεια όμως της τήξης ή του βρασμού η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή αν και στο σώμα μεταφέρεται θερμότητα.Η θερμότητα που μεταφέρεται σε ένα στερεό σώμα κατά την τήξη του, είναι ανάλογη της μάζας του σώματος και εξαρτάται από το υλικό από το οποίο αποτελείται το σώμα:

                                            Q = LT • m

όπου Q είναι η συνολική ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σώμα για να μετατραπεί όλη η μάζα του m σε υγρό ίδιας θερμοκρασίας. Το LT ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα τήξης και εξαρτάται από το υλικό.Το LT εκφράζει την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την πλήρη τήξη 1 kg από το υλικό.

α) Κατά τη διάρκεια της τήξης του πάγου, μεταφέρεται θερμότητα από τη φλόγα στον πάγο. Όμως η θερμοκρασία του πάγου παραμένει σταθερή. 

β) Κατά τη διάρκεια του βρασμού του νερού, μεταφέρεται θερμότητα από τη φλόγα στο νερό. Όμως η θερμοκρασία του νερού παραμένει σταθερή.

  Λέγεται λανθάνουσα θερμότητα, διότι η απορρόφησή της δεν αυξάνει τη θερμοκρασία του υλικού, αλλά ξοδεύεται στην μετατροπή του από στερεό σε υγρό. Καθ' όλη τη διάρκεια της τήξης, η θερμοκρασία του υλικού παραμένει σταθερή και ίση με τη θερμοκρασία τήξης.

 Τώρα θα μελετήσουμε τη μικροσκοπική ερμηνεία της λανθάνουσας θερμότητας.Σε ένα στερεό σώμα, τα μόρια βρίσκονται διατεταγμένα σε καθορισμένες θέσεις, σχηματίζοντας ένα πλέγμα (με εξαίρεση τα άμορφα στερεά, όπως το γυαλί) και εκτελούν μόνο μικρές ταλαντώσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας τους στο πλέγμα. Μικροσκοπικά, η θερμοκρασία ερμηνεύεται ως η μέση κινητική ενέργεια των μορίων του σώματος, κατά την άτακτη κίνησή τους. Κατά τη διάρκεια της θέρμανσης ενός στερεού, τα μόρια του σώματος απορροφούν θερμική ενέργεια, με αποτέλεσμα να αυξάνει κατά μέσο όρο το πλάτος της ταλάντωσής τους και να μεγαλώνουν οι αποστάσεις τους στο πλέγμα. Όταν φτάσει το σώμα στη θερμοκρασία τήξης, τα μόριά του απορροφούν αρκετή ενέργεια ώστε να αποδεσμευτούν από το πλέγμα και να μεταβούν στην υγρή κατάσταση.

  Αντίστοιχα, η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται σε ένα υγρό σώμα κατά το βρασμό, είναι ανάλογη της μάζας του σώματος και εξαρτάται από το υλικό από το οποίο αποτελείται το σώμα:

                                              Q = LB • M 

όπου Q είναι η συνολική ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται στο σώμα για να μετατραπεί όλη η μάζα του m σε αέριο ίδιας θερμοκρασίας. Το LB ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα βρασμού και εξαρτάται από το υλικό. Το LB εκφράζει την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την πλήρη εξαέρωση 1 kg από το υλικό.

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΚΑΙ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΕΣ ΤΗΞΗΣ-ΒΡΑΣΜΟΥ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ
Υλικό	Θερμοκρασία τήξης °C	Θερμότητα τήξης (Lt)	Θερμοκρασία βρασμού °C	Θερμότητα βρασμού (LB)
		103 J/kg ή J/gr		103 J/kg ή J/gr
Ήλιο	-270	5,23	-269	21
Άζωτο	-210	25,5	-196	201
Οξυγόνο	-219	13,8	-183	213
Οινόπνευμα	-114	104	78	854
Υδράργυρος	-39	11,8	357	272
Νερό	0	334	100	2256
Μόλυβδος	327	24,5	1750	871
Αλουμίνιο	660	90	2450	11400
Χρυσός	1063	64,5	2660	1578
Χαλκός	1083	134	1187	5070
Βολφράμιο	3370		5900

  

ΕΞΑΧΝΩΣΗ

  Για να προστατεύσουμε τα μάλλινα ρούχα από το σκόρο,χρησιμοποιούμε κρυστάλλους ναφθαλίνης.Οι κρύσταλλοι αυτοί ύστερα από μερικούς μήνες μικραίνουν ή και εξαφανίζονται.Αυτό συμβαίνει γιατί η ναφθαλίνη μετατρέπεται κατευθείαν σε ατμούς,δηλαδή μετατρέπεται σε αέριο.

Η ναφθαλίνη μετατρέπεται κατευθείαν σε ατμούς  

 Μέσα σ' ένα δοχείο από πορσελάνη θερμαίνουμε ήπια κρυστάλλους ιωδίου. Παρατηρούμε ότι το στερεό ιώδιο μετατρέπεται απευθείας σε αέριο χωρίς να περάσει από την υγρή κατάσταση.

Το στερεό ιώδιο μετατρέπεται απευθείας σε αέριο χωρίς να περάσει από την υγρή κατάσταση

  Μερικά στερεά, όπως το στερεό διοξείδιο του άνθρακα (ξηρός πάγος) και οι κρύσταλλοι της ναφθαλίνης, μεταβαίνουν απευθείας από τη στερεά στην αέρια κατάσταση.Τα φαινόμενα αυτά λέγονται εξάχνωση.Σε ξηρό περιβάλλον και με έντονη ηλιακή ακτινοβολία το χιόνι και ο πάγος επίσης εξαχνώνονται.Το αντίθετο συμβαίνει όταν υδρατμοί βρεθούν σε ψυχρό αέρα, οπότε σχηματίζεται στερεό χιόνι.

Εξάχνωση ξηρού πάγου

Επομένως:
 Εξάχνωση ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα στερεό μετατρέπεται απ΄ ευθείας σε αέριο χωρίς να μεσολαβήσει  από την ενδιάμεση υγροποίηση.

  Αποτελεί μια από τις αλλαγές φάσεων της φυσικής μορφής της ύλης .Κάτω από κανονικές συνθήκες πίεσης οι περισσότερες χημικές ενώσεις, και γενικά τα περισσότερα στερεά, σε διαφορετικές θερμοκρασίες βρίσκονται σε διαφορετική κατάσταση ύλης.Στα σώματα αυτά η μετάβαση από την στερεά στην αέρια κατάσταση γίνεται αφού το σώμα ή η ουσία μεταβεί πρώτα στην υγρή κατάσταση.

Η εξάχνωση του κομήτη Χάλλεϋ

 Εξάχνωση παρατηρείται στη ναφθαλίνη,στο ιώδιο,στον πάγο,στο στερεό διοξείδιο του άνθρακα,στην καμφουρά κ.λπ.Οι ατμοί που παράγονται από την εξάχνωση μπορεί να είναι κορεσμένοι ή ακόρεστοι.Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως καταστρέφονται,δηλαδή καίγονται,γιατί το λεπτό σύρμα βολφραμίου που περιέχουν παθαίνει εξάχνωση εξαιτίας της μεγάλης θερμοκρασίας του.
 Η εξάχνωση έχει χρήσιμη πρακτική εφαρμογή, γιατί μπορούμε μ' αυτή ν' αφαιρέσουμε από ένα στερεό σώμα τις ξένες ουσίες που είναι ανακατεμένες μ' αυτό, όπως το ακάθαρτο αμμωνιακό άλας, να πάρουμε το καθαρό άλας κλπ. 

ΤΑ ΣΚΑΛΟΠΑΤΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

  Στο παρακάτω σχήμα παριστάνεται γραφικά η θερμοκρασία 1 Kg H2Ο (νερού) αρχικής θερμοκρασίας -10 °C σε συνάρτηση με τη θερμότητα που μεταφέρεται από το περιβάλλον σε αυτό. Το διάγραμμα αποτελείται από 5 διαφορετικές περιοχές.

Η γραφική παράσταση της θερμοκρασίας 1 Kg H2Ο (νερού) αρχικής θερμοκρασίας -10 °C σε συνάρτηση με τη θερμότητα που μεταφέρεται από το περιβάλλον σε αυτό

α) Αύξηση της θερμοκρασίας του πάγου από την αρχική Θπ=-10 °C στη θερμοκρασία τήξης θΤ=0 °C. Η θερμότητα που απορροφάται από τον πάγο είναι:

                                Qπ = cπ• m • (θΤ - θπ )

β) Η θερμοκρασία του μείγματος του υγρού νερού και του πάγου διατηρείται σταθερή ίση με θτ. Είναι το σκαλοπάτι της τήξης. Η θερμότητα είναι ίση με τη θερμότητα τήξης:

                                 QT=m • LT

γ) Η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται από θT μέχρι τη θερμοκρασία βρασμού θ,. Η θερμότητα που απορροφάται από το νερό είναι:

                                 Qv=cv • m • (θβ - θτ )

δ) Η θερμοκρασία του μείγματος του νερού και των υδρατμών διατηρείται σταθερή και ίση με θβ. Είναι το σκαλοπάτι του βρασμού. Η θερμότητα που απορροφά το νερό είναι ίση με τη θερμότητα βρασμού:

                                 Qβ=m • LB 

ε) Η θερμοκρασία των υδρατμών αυξάνεται.

ΠΙΕΣΗ

  Έχουμε αναφέρει ότι δύναμη είναι η αιτία που αλλάζει την κινητική κατάσταση των σωμάτων ή που προκαλεί την παραμόρφωσή τους.Σε πολλές όμως περιπτώσεις η παραμόρφωση ενός σώματος δεν εξαρτάται μόνο από τη δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά και από το εμβαδόν της επιφάνειας στην οποία κατανέμεται η δύναμη αυτή.

Τα χιονοπέδιλα κατασκευάζονται να έχουν μεγάλο εμβαδόν για να μπορεί ο άνθρωπος να περπατάει πιο άνετα στο χιόνι 

Αυτό φαίνεται καθαρά στο επόμενο παράδειγμα:

  Τα ίχνη που αφήνει ,ένας άνθρωπος που βαδίζει στο χιόνι,έχουν μεγάλο βάθος,όταν δε φοράει χιονοπέδιλα και μικρό βάθος,όταν φοράει.Φυσικά και στις δύο περιπτώσεις η δύναμη που πιέζει το χιόνι είναι ίδια(το βάρος του σώματος),αλλά είναι διαφορετικό το εμβαδόν,στο οποίο κατανέμεται αυτή.Στην πρώτη περίπτωση το εμβαδόν είναι μικρότερο και το αποτέλεσμα της δύναμης είναι μεγαλύτερο από ότι στη δεύτερη περίπτωση.Πρέπει επίσης να τονίσουμε ότι η δύναμη που πιέζει το χιόνι είναι κάθετη στην επιφάνεια επαφής των δύο σωμάτων (άνθρωπος - χιόνι).Το ίδιο συμβαίνει και με τα φαρδιά λάστιχα των αυτοκινήτων.

Tα φορτηγά,για τη μεταφορά μεγάλων φορτίων,έχουν πολλά και φαρδιά λάστιχα για να αυξάνουν το εμβαδόν της επιφάνειας στην οποία ασκούν τη δύναμη

  Για να μελετήσουμε φαινόμενα σαν τα προηγούμενα εισάγουμε ένα νέο φυσικό μέγεθος,την πίεση,που ορίζεται ως εξής:

 Πίεση ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που εκφράζεται με το πηλίκο της δυνάμεως,που ενεργεί κάθετα σε μία επιφάνεια,προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής.

                                               p=Fκ/A

όπου:

p είναι η πίεση

Fκ είναι το μέτρο της ολικής δύναμης που ασκείται κάθετα σε επιφάνεια εμβαδού Α. 

Α είναι το εμβαδόν επιφάνειας

Πίεση ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που εκφράζεται με το πηλίκο της δυνάμεως,που ενεργεί κάθετα σε μία επιφάνεια,προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής

 Γενικά με τον όρο Πίεση χαρακτηρίζεται το αποτέλεσμα της εφαρμογής μιας δύναμης σε μία επιφάνεια. 

Η καρέκλα στηρίζεται σε άμμο πρώτα χωρίς σανίδα και μετά με σανίδα  

  Η καρέκλα στηρίζεται σε άμμο πρώτα χωρίς σανίδα και μετά με σανίδα.Στην πρώτη περίπτωση,το εμβαδόν της επιφάνειας στην οποία ασκείται το βάρος Β του ανθρώπου είναι μικρότερο από τη δεύτερη περίπτωση και επομένως η πίεση μεγαλύτερη.Για το λόγο αυτό η καρέκλα βυθίζεται περισσότερο στην πρώτη περίπτωση παρά στη δεύτερη.

Με το χέρι μας ασκούμε δύναμη στο κεφάλι της πινέζας και η πινέζα ασκεί στο χέρι μας αντίθετη δύναμη

  Κάθε φορά που χρειάζεται να κρεμάσουμε μια ανακοίνωση στον αντίστοιχο πίνακα που υπάρχει στο σχολείο ή στο δωμάτιο σου χρησιμοποιείς πινέζες.Με το χέρι μας ασκούμε δύναμη στο κεφάλι της πινέζας.Όπως μάθαμε το χέρι μας και η πινέζα αλληλεπιδρούν, επομένως και η πινέζα ασκεί στο χέρι μας αντίθετη δύναμη.Η πινέζα τελικά ασκεί δυο δυνάμεις.Μια στο δάκτυλο σου (F) και μια στον πίνακα (F').Οι δυνάμεις αυτές έχουν σχεδόν ίσα μέτρα.Η επιφάνεια επαφής της πινέζας με το δάκτυλο μας (κεφάλι της πινέζας) Αk είναι περίπου 400 φορές μεγαλύτερη από την επιφάνεια επαφής Αμ της πινέζας με τον πίνακα. Σύμφωνα με τη σχέση p=Fκ/A, η πίεση Ρμ που δέχεται ο πίνακας από την πινέζα είναι 400 φορές μεγαλύτερη από την πίεση ΡΔ που δέχεται το δάχτυλο μας.

 Γι’ αυτό η πινέζα διεισδύει στον πίνακα και όχι στο δάχτυλο μας.Άρα μπορούμε να πούμε:

Μια από τις περισσότερο συνηθισμένες ασκήσεις για τους φακίρηδες είναι τα καρφιά πάνω στα οποία ξαπλώνουν.Αν και φαίνεται περίεργο, ο καθένας θα μπορούσε να κάνει ακριβώς το ίδιο πράγμα, αφού το βάρος του σώματος μοιράζεται σε πολλά καρφιά και έτσι η δύναμη που ασκείται σε κάθε σημείο επαφής δέρματος-καρφιού είναι μικρή

  Η πίεση που δέχεται μια επιφάνεια είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που ασκείται κάθετα σε αυτή και όσο μικρότερο είναι το εμβαδόν της.

  Από τον τύπο P=F/A παρατηρούμε ότι η πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την επιφάνεια Α,όταν η δύναμη παραμένει σταθερή.Ανάλογα,λοιπόν,με το αποτέλεσμα που θέλουμε να φέρει η δύναμη,ρυθμίζουμε την αντίστοιχη επιφάνεια.

Όταν κατασκευάζουμε  μαχαίρια φροντίζουμε να έχουν λεπτή κόψη,ώστε το αποτέλεσμα της δυνάμεως που βάζουμε να είναι μεγαλύτερο

 Για παράδειγμα όταν κατασκευάζουμε καρφιά,πινέζες,βελόνες κ.λπ., φροντίζουμε να τα κάνουμε μυτερά στη μία άκρη,ώστε να είναι μικρή η επιφάνεια και επομένως μεγάλη πίεση.Με τον τρόπο αυτό,τα μυτερά σώματα εισχωρούν με ευκολία στο εσωτερικό διάφορων υλικών.Για τον ίδιο λόγο φροντίζουμε τα μαχαίρια,τα ξυράφια κ.λπ. να έχουν λεπτή κόψη,ώστε το αποτέλεσμα της δυνάμεως που βάζουμε να είναι μεγαλύτερο.

  Σε πολλές περιπτώσεις μας ενδιαφέρει να μετριάσουμε το αποτέλεσμα μιας δυνάμεως.Τότε δίνουμε στην επιφάνεια επαφής των σωμάτων μεγάλο εμβαδόν.Αυτό εφαρμόζεται στα βαριά αυτοκίνητα στα οποία βάζουμε πολλά και φαρδιά λάστιχα,για να προστατεύσουμε το οδόστρωμα από καθίζηση.

  Επίσης όταν σηκώνουμε βαριά δέματα,βάζουμε στα χέρια μας χαρτί ή ύφασμα για να μην κοπούν τα σχοινιά.

ΜΟΝΑΔΕΣ ΤΗΣ ΠΙΕΣΕΩΣ

  Στο Διεθνές Σύστημα μονάδα δύναμης είναι το 1 Ν και επιφάνειας το 1 m².Η πίεση είναι παράγωγο μέγεθος,επομένως οι μονάδες προκύπτουν από τον ορισμό της μέσω της σχέσης p=Fκ/A.

  Άρα μονάδα πιέσεως θα είναι το ένα Νιούτον ανά τετραγωνικό μέτρο (1Ν/m²). Η μονάδα αυτή λέγεται και Pascal (Πασκάλ) προς τιμή του Γάλλου μαθηματικού, φυσικού και φιλοσόφου Μπλαιζ Πασκάλ , δηλαδή:

                                      1 Ρα=1 Ν/m²

Μπλαιζ Πασκάλ (Blaise Pascal) 1623-1662 Μαθηματικός, φυσικός και φιλόσοφος που έζησε στη Γαλλία. Έγινε γνωστός κυρίως για τις μελέτες του στα μαθηματικά οι οποίες αφορούσαν τις πιθανότητες. Στη φυσική μελέτησε το έργο του Γαλιλαίου καθώς και του Τορικέλλι και δημοσίευσε πολλές σημαντικές εργασίες σε σχέση με τις ιδιότητες των ρευστών

  Η μονάδα 1 Ν/m² είναι πολύ μικρή για να εκφράσει τις συνηθισμένες πιέσεις,γι' αυτό χρησιμοποιούμε και το ένα Κιλοπασκάλ 1 kPa που ισούται με 1000 Pa.Άρα 1kPa=1000 Pa.

 Στην πράξη,όμως,χρησιμοποιούμε το ένα Πάουντ ανά τετραγωνικό εκατοστόμετρο (1 p/cm²) και το ένα κιλοπάουντ ανά τετραγωνικό εκατοστόμετρο (1kp/cm2) που ονομάζεται τεχνική ατμόσφαιρα και συμβολίζεται με το atm,δηλαδή:

                            1 atm=10⁵Pa =1kp/cm²=1000 p/cm²

  Επίσης ως μονάδα μέτρησης της πίεσης χρησιμοποιούμε και τη μία φυσική ατμόσφαιρα 1Atm που ισούται:

                                     1Atm =1,013▪10⁵Pa 

  Μια άλλη συνηθισμένη μονάδα είναι οι λίβρες ανά τετραγωνική τετραγωνική ίντσα που χρησιμοποιούμε στη μέτρηση πίεσης τροχών.

  Τέλος ως μονάδα μέτρησης της πίεσης χρησιμοποιούμε και το Χιλιοστό στήλης υδραργύρου (mmHg), το Torr, το Μπάρ (Bar) και οι υποδιαιρέσεις αυτού,το Μιλιμπάρ (mb) και το Μικρομπάρ (μb).

  Στη φυσική πρέπει να είμαστε πολύ προσεκτικοί και να μη χρησιμοποιούμε το ένα μέγεθος αντί του άλλου. Η δύναμη και η πίεση είναι δύο διαφορετικά φυσικά μεγέθη. Η δύναμη έχει κατεύθυνση, είναι διανυσματικό μέγεθος και μετριέται σε Ν, ενώ η πίεση δεν έχει κατεύθυνση, δεν είναι διανυσματικό μέγεθος.Η πίεση εκφράζει τη δύναμη που ασκείται κάθετα στη μονάδα επιφάνειας και μετριέται σε Ν/m².