جواب فعالیت‌های فصل ۲ آزمایشگاه علوم تجربی دهم ؛ پاسخ فکر پرسش‌های صفحه 26 تا 53 کتاب آزمایشگاه علوم تجربی (1) پایه دهم دوره دوم متوسطه از فصل دوم «آزمایش‌های مربی» را در ادامه در بخش آموزش و پرورش ماگرتا برای شما دانش‌آموز عزیز قرار داده‌ایم.
بعدی: جواب فصل سوم آزمایشگاه علوم تجربی دهم
پاسخ پرسش صفحه ۲۶ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- جهت های جغرافیایی در منزل خود را با این روش تعیین کنید.
✅ جواب: برای پیدا کردن جهت‌های جغرافیایی با استفاده از ساعت، ابتدا ساعت مچی را به صورت افقی در حیاط قرار داده و عقربه ساعت شمار را دقیقاً رو به خورشید می‌گیریم. سپس، خطی فرضی را بین عقربه ساعت شمار و عدد ۱۲ روی ساعت رسم می‌کنیم. این خط فرضی، جهت جنوب را نشان می‌دهد. با ادامه دادن این خط در جهت مخالف، جهت شمال مشخص می‌شود. در نتیجه، جهت‌های غرب و شرق نیز به راحتی قابل تشخیص خواهند بود.
۲- اگر ساعت شما از نوع رقمی (دیجیتال/بدون عقربه) است، این فعالیت را با استفاده از مداد، خط کش، نقاله، پرگار و مقوا انجام دهید.
✅ جواب: اگر ساعت کامپیوتری داشته باشید، می‌توانید با رسم یک دایره و نمایش عقربه‌ها، با یک خط کوتاه و بلند، ساعت را روی آن رسم کرده و آن ورقه را به عنوان ساعت در نظر بگیرید و جهت‌یابی کنید.
پاسخ پرسش صفحه ۲۷ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- تحقیق کنید که چرخش واقعی ماه به دور زمین، مانند کدام حالت است؟
✅ پاسخ: حالت الف صحیح است، زیرا هر دو حرکت وضعی و انتقالی را دارد.
۲- چرا ما، همیشه فقط یک طرف ماه را می‌بینیم؟
✅ پاسخ: به دلیل همزمانی سرعت چرخش ماه به دور خودش و به دور زمین، ما ساکنان زمین همیشه فقط یک طرف ماه را مشاهده می‌کنیم. در واقع ماه مانند زمین دارای حرکت وضعی و انتقالی می‌باشد اما چون سرعت حرکت وضعی و انتقالی آن برابر است، ما فقط یک طرف ماه را می‌بینیم.
پاسخ پرسش صفحه ۲۸ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- همواره نیمی از ماه تاریک و نیمی از آن روشن است؛ پس چرا هر شب، شکل‌های مختلفی از آن را مشاهده می‌کنیم
✅ پاسخ: از آنجا که ماه به دور زمین می‌گردد، ما هر شب بخش متفاوتی از نیمه‌ی روشن آن را می‌بینیم و این باعث می‌شود هلال‌های ماه شبیه به هم نباشند. اگر ماه خودش نورانی بود، شکل آن همیشه یکسان به نظر می‌رسید و هلال‌های مختلفی را نمی‌دیدیم.
۲- آیا در موقعیت E، کل ماه را مشاهده می‌کنیم؟ این وضعیت با کدام شب ماه قمری منطبق است؟
✅ پاسخ: بله، ما در این حالت (E) کل بخش روشن ماه را به وضوح مشاهده می‌کنیم که با ماه شب چهاردهم قمری مطابقت دارد.
پاسخ پرسش صفحه ۲۹ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- نحوه خروج آب از دهانه شیلنگ چگونه است؟
✅ پاسخ: در ابتدا، وقتی فشار آب داخل شیلنگ کم است، آب تقریباً هم‌سطح با ورودی شیلنگ از دهانه آن خارج می‌شود و به بیرون نمی‌ریزد، چون فشار آب در تمام طول شیلنگ یکسان است. اما با افزایش مقدار آب داخل شیلنگ، فشار در ابتدای آن بیشتر از انتها می‌شود و این اختلاف فشار باعث می‌شود آب با قدرت از دهانه شیلنگ به بیرون پرتاب شود.
۲- سازوکار چاه آرتزین را با این الگو مقایسه کنید
✅ پاسخ: چاه آرتزین به دلیل وجود فشار طبیعی آب زیرزمینی، نیازی به پمپ ندارد و به علت بالاتر بودن سطح ایستابی (پیزومتریک) منبع تغذیه نسبت به دهانه چاه و تحت فشار بودن، آب با فوران خارج می شود.
پاسخ پرسش صفحه ۳۰ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- کاغذ کبالت II کلرید خشک چه رنگی دارد؟
✅ پاسخ: آبی رنگ است.
۲- در هر کدام از کاغذ های کبالت (II) کلرید خشک پس از انجام آزمایش چه تغییری ایجاد می‌شود؟
✅ پاسخ: کاغذی که در مجاورت هوا می‌باشد، صورتی رنگ می‌شود.
۳- فکر می‌کنید علت تغییر رنگ کاغذ کبالت (II) کلرید چیست؟
✅ پاسخ: هنگامی که رطوبت موجود در هوای بازدمی جذب می‌شود، آب وارد ترکیب کبالت (II) کلرید شده و در نتیجه رنگ آن تغییر می‌کند و به رنگی متفاوت در می‌آید.
۴- اگر کاغذ کبالت (II) کلرید خشک را به‌جای گیره با دست برداریم، رنگ آن قسمت از کاغذ که با دست گرفته‌ایم، تغییر می‌کند، علت چیست؟
✅ پاسخ: چون روی پوست دست رطوبت وجود دارد، ممکن است در حین آزمایش خطا ایجاد شود. همچنین کاغذ آغشته به کلرید II سمی است.
پاسخ پرسش صفحه ۳۱ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- پس از دمیدن در محلول درون لوله‌ها، چه تغییری روی می‌دهد؟
✅ پاسخ: در برک تیمول با دمیدن co۲ در آن محلول به رنگ زرد در می‌آید و در زلال آب آهک با دمیدن co۲ به آن به مرور کدر یا شیری رنگ می‌شود.
۲- آیا میزان دمیدن در محلول لوله‌ها بر نتیجه آزمایش تاثیر دارد؟ چرا؟
✅ پاسخ: بله، هنگامی که در محلول آب آهک بدمیم، ابتدا محلول شیری رنگ می‌شود و با ادامه دمیدن، این رنگ کدر از بین رفته و محلول بی‌رنگ می‌شود. اما اگر در محلول آبی رنگ برم تیمول بدمیم، تغییر رنگ جالبی رخ می‌دهد. ابتدا محلول به سمت رنگ سبز متمایل می‌شود و با ادامه دمیدن، رنگ آن به زرد تغییر می‌کند. در واقع میزان دی‌اکسید کربنی که آب می‌تواند در خود حل کند، در هر دما مقدار مشخصی است. بنابراین، با دمیدن مداوم دی‌اکسید کربن به آب، پس از مدتی آب از این گاز اشباع شده و دیگر قادر به جذب مقدار بیشتری نخواهد بود.
۳- آیا دمیدن در لوله‌ها پس از انجام فعالیت بدنی، در نتیجه آزمایش تأثیر دارد؟ چرا؟
✅ پاسخ: بله، زیرا فعالیت بدنی باعث افزایش سوخت و ساز بدن می‌شود و در نتیجه، مقدار کربن دی‌اکسیدی که دفع می‌شود بیشتر خواهد شد.
پاسخ پرسش صفحه ۳۲ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- محلول بیوره، شناساگر پروتئین‌هاست. کدام‌یک از مواد مورد آزمایش پروتئین دارد؟
✅ پاسخ: شیر و سفیده تخم مرغ.
۲- کدام یک از مواد مورد استفاده در آزمایش، پروتئین بیشتری دارد؟
✅ پاسخ: سفیده تخم مرغ.
پاسخ پرسش صفحه ۳۳ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- علت گسترده کردن خون روی تیغه چیست؟
✅ پاسخ: برای آنکه سلول‌های خون به طور یکنواخت و به صورت لایه‌ای نازک بر روی سطح تیغه پراکنده شوند و در نتیجه آب موجود در خون سریع‌تر تبخیر گردد، نمونه خون را روی تیغه گسترده می‌شود. در واقع این کار به منظور ایجاد یک سطح مسطح و نازک از بافت خونی انجام می‌شود تا بتوان گلبول‌های قرمز را به واضح‌تر زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.
۲- با چه بزرگنمایی گویچه‌های قرمز را می‌توان به خوبی مشاهده کرد؟
✅ پاسخ: با بزرگنمایی ۴۰ و ۱۰۰ می‌توان گویچه‌های قرمز را مشاهده کرد. در صورت استفاده از عدسی ۱۰۰ باید از روغن سدر یا ایمرسیون استفاده شود.
۳- با توجه به آنچه مشاهده کردید، ویژگی‌های ظاهری گویچه‌های قرمز چیست؟
✅ پاسخ: گویچه‌های قرمز خون انسان شکل دایره‌ای و مقعرالطرفین دارند و فاقد هسته و سایر اندامک‌های سلولی هستند. فضای داخلی این سلول‌ها به طور کامل با هموگلوبین پر شده است.
پاسخ پرسش صفحه ۳۴ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
– بعد از حدود یک دقیقه در قطره‌های خون چه تغییراتی مشاهده می‌کنید؟
✅ پاسخ: طبق گروه‌های خونی رسوب یا عدم رسوب در آنتی کورها مشاهده می‌شود.
پاسخ پرسش صفحه ۳۵ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- بدنه سرنگ را، پیش و بعد از کشیدن پیستون، لمس کنید. آیا دمای سرنگ تغییر محسوسی کرده است؟
✅ پاسخ: خیر، هیچ تغییر محسوسی در دمای سرنگ مشاهده نمی‌گردد.
۲- چه تفاوتی بین فشار درون سرنگ و فشار هوای بیرون، هنگام کشیدن پیستون ایجاد می شود؟
✅ پاسخ: هنگامی که پیستون سرنگ را به عقب می‌کشیم، فشار داخل سرنگ کاهش یافته و از فشار هوای بیرون کمتر می‌شود.
۳- نقطه جوش به دمایی گفته می‌شود که درآن فشار هوای بالای مایع برابر با فشار بخار مایع است. مشاهدات خود را با توجه به این نکته توضیح دهید.
✅ پاسخ: چون فشار درون سرنگ (بالای سطح آب) کاهش یافته است به همین علت آب درون سرنگ وقتی که فشار به اندازه‌ای کاهش یابد که فشار بخار آب ۴۰ درجه سانتی‌گراد با فشار هوای بالای آن برابر شود، آب شروع به جوشیدن می‌نماید.
۴- علت تفاوت تغییرات مشاهده شده با افزایش نمک به آب چیست؟
✅ پاسخ: افزودن نمک به آب، نقطه جوش آن را بالا می‌برد و فشار بخار محلول را کاهش می‌دهد. به عبارت دیگر، محلول آب نمک برای جوشیدن به دمای بیشتری نیاز دارد. از آنجایی که فشار بخار محلول کمتر از آب خالص است، برای جوش آمدن محلول، فشار هوای اطراف آن نیز باید کمتر باشد. به همین دلیل، برای تسهیل فرآیند جوشیدن سرنگ را از محلول بیرون می‌کشند تا فشار هوا کاهش یابد.
پاسخ پرسش صفحه ۳۶ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- چرا مایع درون لوله، گاهی بالا و گاهی پایین می آید؟
✅ پاسخ: گرمای دست شما با گرم کردن هوای داخل بالن، باعث افزایش جنبش مولکول‌های هوا و در نتیجه افزایش فشار می‌شود و مایع را به بالا می فرستد. برعکس، اگر دست شما سرد باشد، با کاهش دمای هوای داخل بالن، فشار نیز کاهش یافته و مایع در لوله مویین پایین می‌آید.
۲- پیش بینی کنید اگر دستتان گرم‌تر و یا سردتر بود، حرکت مایع داخل لوله به چه شکلی تغییر می‌کرد؟
✅ پاسخ: هر چه دست گرم‌تر باشد، مایع سریع‌تر در لوله مویین بالا می‌رود.
۳- بین دما و فشار گاز چه رابطه‌ای وجود دارد؟
✅ پاسخ: بین دما و فشار گاز رابطه مستقیمی وجود دارد.
پاسخ پرسش صفحه ۳۷ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- آیا تغییرات دما بر هر دو محلول اثر یکسان دارد؟ چرا؟
✅ پاسخ: خیر، زیرا اثر دما بر انحلال پذیری نمک‌ها یکسان نمی‌باشد.
۲- بین دمای این دو محلول با میزان انحلال پذیری حل شونده چه رابطه‌ای وجود دارد؟
✅ پاسخ: با افزایش دما، رفتار محلول‌های پتاسیم نیترات و کلسیم استات به شکل متفاوتی است. در محلول پتاسیم نیترات، افزایش دمای محلول باعث می‌شود که مقدار بیشتری نمک در آن حل شود. اما در محلول کلسیم استات، بر خلاف پتاسیم نیترات، با افزایش دما بخشی از نمکی که قبلاً حل شده بود، به صورت رسوب ته نشین می‌شود.
پاسخ پرسش صفحه ۳۸ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- علت تشکیل نوارهای رنگی چیست؟
✅ پاسخ: نمک مس (II) کرومات در آب به صورت یون‌های مثبت و منفی تجزیه می‌شود. این یون‌ها توسط مولکول‌های آب احاطه شده و در محلول پراکنده می‌شوند. با عبور جریان الکتریکی از این محلول، یون‌ها به سمت الکترودهای با بار مخالف حرکت کرده و از هم دور می‌شوند. در نتیجه، رنگ واقعی یون‌ها که در حالت ترکیب شده پنهان بود، آشکار می‌شود.
۲- پیش‌بینی کنید اگر به جای محلول مس (II) کرومات از محلول ید در الکل استفاده می‌شد، چه اتفاقی رخ می‌داد؟ (با توجه به سمی بودن عنصر ید، آزمایش با استفاده از محلول ید در الکل پیشنهاد نمی‌شود).
✅ پاسخ: از آنجایی که ید در آب و الکل به صورت مولکولی حل می‌شود و یون تشکیل نمی‌دهد، ذرات باردار آزاد برای حرکت به سمت الکترودها وجود ندارد؛ در نتیجه، مسیرهای رنگی مشخصی که در محلول‌های یونی مشاهده می‌شود، در این محلول‌ها تشکیل نمی‌شود.
پاسخ پرسش صفحه ۳۹ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- محلول تهیه شده در بالون، چند درصد جرمی ـ جرمی است؟
✅ پاسخ: از آنجایی که محلول تهیه شده بسیار رقیق است، می‌توانیم چگالی محلول آب نمک را برابر با چگالی آب یعنی (d=1gr/cm۳) در نظر بگیریم. با استفاده از رابطه چگالی (d=m/v)، جرم ۴۰ میلی‌لیتر آب را به‌طور مستقیم ۴۰ گرم در نظر می‌گیریم. البته، برای دقت بیشتر، بهتر است جرم دقیق محلول ساخته شده را با استفاده از ترازو اندازه‌گیری کنیم.
۲- مولاریته این محلول را حساب کنید.
✅ پاسخ: برای به دست آوردن مولاریته باید از فرمول زیر استفاده کنیم.
۳- با توجه به این نکته که انحلال نمک‌ها در آب، فرایندی برگشت پذیر است، علت مشاهدات خود را هنگام افزودن اسید و آب به محلول توضیح دهید.
✅ پاسخ: انحلال نمک‌ها در آب، یک واکنش برگشت پذیر است؛ یعنی واکنش رفت و برگشت می‌تواند به صورت همزمان انجام شود. وقتی اسید را به محلول سیر شده اضافه می‌کنیم، واکنش به سمت برگشت پیش می‌رود و مقداری نمک رسوب می‌کند. حال اگر دوباره به این محلول آب اضافه کنیم، واکنش به جهت رفت پیش می‌رود و نمک در آن حل می‌شود. Nacls↔Na+aq+cl-aq
پاسخ پرسش صفحه ۴۰ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
تغییر رنگ در هر بشر را چگونه توجیه می‌کنید؟
✅ پاسخ: کلم قرمز یک شناساگر طبیعی است که با تغییر pH محیط، تغییر رنگ می‌دهد. این ویژگی، آن را به ابزاری مفید برای تشخیص اسیدی یا بازی بودن محلول‌ها تبدیل کرده است.
پاسخ پرسش صفحه ۴۱ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
معادله واکنش محلول مس (II) سولفات و پودر سدیم کربنات را بنویسید.
✅ پاسخ: این واکنش به صورت زیر می‌باشد.
پاسخ پرسش صفحه ۴۲ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- چرا مسافت طی شده رنگ‌ها در طول کاغذ متفاوت است؟
✅ پاسخ: کروماتوگرافی حرکت حلال در طول کاغذ می‌باشد. در این روش اگر موادی که داخل حلال هستند، انحلال پذیری خوبی داشته باشند و نیروی جاذبه بین حلال و ماده زیاد باشد، خیلی راحت در طول کاغذ با حلال حرکت می‌کنند. در نتیجه می‌توان گفت: «مسافت طی شده در طول کاغذ به نیروی جاذبه بین حلال و ماده و سرعت حرکت ذرات بستگی دارد».
۲- آیا بین جاذبه ذرات حل شونده و حلال و سرعت حرکت ذرات، رابطه‌ای وجود دارد؟
✅ پاسخ:
۱) وجود نیروی جاذبه قوی بین حلال و ماده (انحلال پذیری خوب) = حرکت زیاد به سمت بالا
۲) وجود نیروی جاذبه ضعیف بین حلال و ماده (انحلال پذیری متوسط) = حرکت کم به سمت بالا
۳) نبودن نیروی جاذبه بین حلال و ماده (عدم انحلال پذیری در حلال) = ثابت ماندن ماده
پس کروماتوگرافی، یک روش فیزیکی بر اساس تفاوت حلالیت مواد در حلال می‌باشد.
پاسخ پرسش صفحه ۴۳ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
با یک تکه پارچه توری و یک کش حلقه‌ای، دهانە لیوان شیشه‌ای پر از آب را مانند شکل می‌بندیم. کف دست را روی دهانە لیوان می‌گذاریم و لیوان را وارونه می‌کنیم. سپس دستمان را از دهانە لیوان بر می‌داریم. آب از لیوان نمی‌ریزد. چرا؟
✅ پاسخ: در این آزمایش، توری باید محکم کشیده شود و بهترین ابزار برای اتصال آن به لبه‌ی لیوان، کش حلقه‌ای است. در اینجا، علاوه بر کشش سطحی آب، فشار هوا نیز نقش مهمی ایفا می‌کند.
اگر به جای توری پارچه‌ای، یک برگ کاغذ روی لیوان پر از آب بگذاریم و سپس در حالی که با کف دست کاغذ را نگه داشته‌ایم لیوان را وارونه کنیم و سپس دستمان را برداریم، خواهیم دید که آب از لیوان بیرون نمی‌ریزد. علت این پدیده جالب، فشار هوای اطراف لیوان است. این فشار، مانند یک لایه نامرئی، از پایین به کاغذ نیرو وارد می‌کند و مانع ریختن آب می‌شود.
هنگامی که از توری پارچه‌ای استفاده می‌کنیم، منافذ ریز آن به طور کامل توسط مولکول‌های آب پر می‌شود و در واقع، توری مانند یک مانع صاف و بدون سوراخ عمل می‌کند؛ درست مثل یک کاغذ که مانع عبور آب می‌شود. برای جذاب‌تر کردن آزمایش، می‌توانید چند خلال دندان را از شبکه‌های توری به آرامی داخل لیوان بفرستید تا ببینید چگونه این خلال دندان‌ها به سمت ته لیوان حرکت می‌کنند.
پاسخ پرسش صفحه ۴۵ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- اگر هوای دو نیم‌کره (نیم کره‌های ماگدبورگ) به هم چسبیده را خالی کنیم، دو نیم‌کره به آسانی از هم جدا نمی‌شوند؛ چرا؟
✅ پاسخ: با کاهش فشار هوای داخل نیم‌کره‌های به هم چسبیده، فشار هوای محیط از بیرون بر آن‌ها وارد شده و باعث چسبیدن محکم‌تر دو نیم‌کره به یکدیگر می‌شود. در این حالت، نیروی بیشتری برای جدا کردن این دو نیم‌کره نیاز است.
۲- چگونه می‌توان آزمایش نیمکرهها را بدون پمپ تخلیه هوا انجام داد؟
✅ پاسخ: یکی از روش‌هایی که می‌توان برای جدا کردن نیمکرهها استفاده کرد، مکیدن با دهان است. با این روش، جدا کردن نیمکرهها از یکدیگر کار سختی نیست. روش دوم روش دوم آغشته کردن یک پنبه به الکل و مشتعل کردن آن و قرار دادن آن داخل نیم کره‌ها و به هم چسبیاندن آن‌ها می‌باشد. با این کار فشار هوای داخل از فشار هوای بیرون کمتر خواهد شد و نیم کره‌ها به هم چسبیده باقی می‌مانند. نیمکرهها باید واشر مخصوص داشته باشند و در صورتی که آزمایش انجام نشد واشر را به کمک گریس و یا روغن جامد چرب نمایید.
پاسخ پرسش صفحه ۴۶ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
۱- برای درک بهتر این آزمایش، چه اصولی از فیزیک را باید بدانیم؟
✅ پاسخ: برای درک این آزمایش با با اصل پاسکال و اصل ارشمیدس آشنا باشید.
الف) قانون پاسکال بیان می‌کند که اگر فشاری به هر نقطه از یک سیال محصور وارد شود، این فشار بدون کاهش به همه نقاط سیال و دیواره‌های ظرف منتقل خواهد شد.
ب) اصل ارشمیدس بیان می‌کند که تمام یا قسمتی از یک جسم که در سیالی فرو رود، نیرویی رو به بالا از طرف سیال تجربه می‌کند که برابر با وزن سیال جابه‌جا شده توسط آن جسم است. بر اساس این اصل، شناور شدن، غوطه‌ور شدن یا ته نشین شدن یک جسم در سیال به چگالی نسبی جسم و سیال بستگی دارد. اگر چگالی جسم کمتر از سیال باشد، جسم شناور می‌شود؛ اگر برابر باشد، غوطه‌ور می‌شود و اگر بیشتر باشد، ته نشین می‌شود. در مورد نی غواص، با توجه به تغییر فشار وارد شده به بطری، هر سه حالت ممکن است رخ دهد.
۲- چگونه زیردریایی‌ها به سطح آب می‌آیند؟
✅ پاسخ: زیر دریایی با پر و خالی کردن مخازن خود از آب، چگالی‌اش را تغییر می‌دهد. وقتی مخازن پر از آب باشند، زیر دریایی سنگین‌تر از آب شده و به اعماق می‌رود. اما با خالی کردن آب از مخازن و پر کردن آن‌ها از هوا، زیر دریایی سبک‌تر شده و به سطح آب می‌آید.
پاسخ پرسش صفحه ۴۷ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
چه تفاوتی در میزان فرورفتن بطری در آب در دو حالت وجود دارد؟ علت را بررسی کنید.
✅ پاسخ: میزان فرورفتگی دهانه بطری و وزنه در آب در حالت دوم بیشتر می‌باشد. طبق اصل ارشمیدس می‌توان گفت: «آب جابه‌جا شده در حالت الف با آب جابه‌جا شده در حالت ب برابر است». زیرا در هر دو حالت وزن مجموعه وزنه و قطعه چوب یکی می‌باشد و این وزن برابر با وزن آب جابه‌جا شده است.
اگر سطح مقطع چوب را با A، عمق فرورفتگی آن در حالت الف و ب را به ترتیب h و ‘h و حجم وزنه را با v نشان دهیم، می‌توان رابطه بین این متغیرها را به صورت زیر بیان کرد:
پاسخ پرسش صفحه ۴۸ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
دهانه مخروطی شکل بطری پلاستیکی را مانند شکل جدا کنید. روی در بطری سوراخی به قطر تقریبی ۱cm ایجاد کنید. به کمک انگشت توپ پینگ‌پونگ را درون دهانه بطری نگه‌دارید. 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؟
✅ پاسخ: طبق اصل برنولی، هنگامی که هوا با سرعت زیادی از دهانه بطری خارج می‌شود، در قسمت دهانه مخروطی یک ناحیه با فشار کم ایجاد می‌شود. این ناحیه کم فشار، توپ را به سمت خود می‌کشد و نیروی ناشی از این اختلاف فشار، نیروی وزن توپ را خنثی می‌کند. در نتیجه، توپ در دهانه بطری معلق می‌ماند و به پایین نمی‌افتد.
پاسخ پرسش صفحه ۴۹ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
اگر نقطه اتصال دو فلز غیر هم‌جنس را گرم کنیم، عقربه میکرو آمپرسنج، عبور جریان را نشان می‌دهد. علت را بررسی کنید. چه کاربردهایی برای این تبدیل انرژی می‌شناسید؟ نام ببرید.
✅ پاسخ: اثر ترموالکتریک پدیده‌ای است که طی آن، اختلاف دما می‌تواند به پتانسیل الکتریکی تبدیل شود و برعکس، با اعمال ولتاژ می‌توان اختلاف دما ایجاد کرد. در واقع، این پدیده ارتباط مستقیمی بین گرما و الکتریسیته برقرار می‌کند. در سطح اتمی، وقتی یک سمت ماده گرم‌تر از سمت دیگر باشد، ذرات باردار (مانند الکترون‌ها) تمایل دارند از قسمت گرم به سمت قسمت سرد حرکت کنند و این حرکت باعث ایجاد ولتاژ می‌شود.
دو اثر مهم در این زمینه، اثر سیبک و اثر پلتیه نام دارند. اثر سیبک به تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ مربوط می‌شود و اثر پلتیه به تبدیل ولتاژ به اختلاف دما اشاره دارد. به همین دلیل، گاهی اوقات از این پدیده به عنوان اثر پلتیه-سیبک نیز یاد می‌شود. درک کامل مکانیسم این پدیده نیازمند دانش پیشرفته فیزیک است و برای ما فقط کاربردهای این پدیده در وسایل موجود در اطراف ما مهم می‌باشد.
✅ دامنه‌ی کاربردهای اثر ترموالکتریک بسیار گسترده است و در حوزه‌های مختلفی قابل استفاده است، به عنوان مثال:
۱- ترموکوپل‌ها، نگهبانان جان ما در برابر حوادث گاز، هستند. این سنسورهای حیاتی که امروزه در تمامی وسایل گازسوز تعبیه شده‌اند، از دو فلز متفاوت و یک آهنربای الکتریکی تشکیل شده‌اند. عملکرد آن‌ها بدین صورت است که در صورت خاموش شدن شعله، ترموکوپل، جریان گاز را قطع کرده و از بروز انفجار یا آتش‌سوزی جلوگیری می‌کند. به لطف این فناوری ساده اما موثر، سالانه جان هزاران نفر در سراسر جهان نجات می‌یابد.
ترموکوپل در بخاری‌های گازی، با گرم شدن توسط مشعل، جریان الکتریکی ضعیفی ایجاد می‌کند که باعث مغناطیسی شدن یک آهنربای الکتریکی می‌شود. این آهنربا، انتهای یک بوبین را به سمت خود جذب کرده و شیر خروجی گاز را باز نگه می‌دارد. در نتیجه، جریان مداوم گاز به مشعل برقرار می‌شود. اما به محض خاموش شدن مشعل و سرد شدن ترموکوپل، آهنربا خاصیت مغناطیسی خود را از دست داده و بوبین به حالت اولیه خود باز می‌گردد. در این حالت، شیر گاز بسته شده و جریان گاز قطع می‌شود. به این ترتیب، ترموکوپل نقش بسیار مهمی در ایمنی بخاری‌های گازی ایفا می‌کند و از نشت گاز در صورت خاموش شدن ناگهانی مشعل جلوگیری می‌کند.
۲- سنسورهای پیزوالکتریکی علاوه بر کاربردهای صنعتی، در دنیای موسیقی نیز کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. به عنوان مثال، در گیتارهای آکوستیک از این سنسورها برای تبدیل ارتعاشات سیم‌ها به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود. این امر امکان تقویت و پردازش صدا را فراهم کرده و به نوازندگان امکان می‌دهد طیف گسترده‌ای از صداها را تولید کنند.
۳- سنسورهای حساس به ضربه مانند سنسور به کار رفته در دستگاه اندازه‌گیری شتاب گرانشی زمین یکی دیگر از کاربردهای آن است.
پاسخ پرسش صفحه ۵۰ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
در شکل هنگامی که دوک‌های به هم چسبیده را در پایین ریل شیب‌دار قرار می‌دهیم، دوک از ریل شیب‌دار بالا می‌رود. علت چیست؟
✅ پاسخ: همان‌طور که به‌طور طبیعی گرما از جسم گرم‌تر به جسم سردتر منتقل می‌شود و اجسام سنگین‌تر به‌صورت خودکار به سمت پایین حرکت می‌کنند (به دلیل گرانش)، در این دستگاه نیز به نظر می‌رسد که جسم بر خلاف قوانین فیزیک، از سطح شیب‌دار بالا می‌رود. اما با بررسی دقیق‌تر متوجه می‌شویم که مرکز جرم دوک در واقع در حال نزدیک شدن به مرکز زمین است. بنابراین، قانون پایستگی انرژی در این فرایند نقض نمی‌شود.
پاسخ پرسش صفحه ۵۱ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
اگر کیسه کاغذی خالی چای (کیسه‌ای) 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.
✅ پاسخ: هنگامی که قوطی کاغذی چای را بر روی شعله قرار می‌دهیم، هوای درون آن گرم می‌شود. با افزایش دما، چگالی هوا کاهش یافته و سبک‌تر از هوای اطراف می‌شود. در نتیجه، هوای گرم همراه با ذرات سوخته کاغذ، به سمت بالا حرکت کرده و از دهانه قوطی خارج می‌شود. این پدیده نمونه‌ای از جریان همرفتی در سیالات است که در آن، تفاوت چگالی ناشی از اختلاف دما، عامل اصلی حرکت سیال به سمت بالا محسوب می‌شود.
پاسخ پرسش صفحه ۵۲ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
این نوع ماشین‌ها (موتور چهار زمانه) در چه وسایلی کاربرد دارند؟
✅ پاسخ: موتورهای چهار زمانه به دلیل کارایی، قابلیت اطمینان و تنوع قدرتشان، در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر برخی از مهم‌ترین کاربردهای این نوع موتورها را بررسی می‌کنیم.
۱- وسایل نقلیه: اکثر خودروهای سواری امروزی از موتورهای چهار زمانه بنزینی استفاده می‌کنند. این موتورها به دلیل توانایی تولید گشتاور بالا در دورهای پایین، مناسب برای رانندگی در شهر و بزرگراه‌ها هستند. موتورسیکلت‌های شهری و جاده‌ای نیز اغلب از موتورهای چهار زمانه بنزینی بهره می‌برند. این موتورها نسبت به موتورهای دو زمانه، آلایندگی کمتری دارند و صدای کمتری تولید می‌کنند. برخی از کامیون‌ها و اتوبوس‌های سبک و متوسط از موتورهای چهار زمانه بنزینی استفاده می‌کنند. این موتورها به دلیل وزن کمتر نسبت به موتورهای دیزلی، مصرف سوخت کمتری دارند.
۲- تجهیزات صنعتی: موتورهای چهار زمانه بنزینی به عنوان منبع تولید برق در مکان‌هایی که دسترسی به شبکه برق وجود ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. پمپ‌های آب و سایر سیالات اغلب به وسیله موتورهای چهار زمانه بنزینی به حرکت در می‌آیند. کمپرسورهای هوا نیز از موتورهای چهار زمانه بنزینی برای فشرده سازی هوا استفاده می‌کنند. تراکتورها، ادوات کشاورزی و موتورهای آبیاری از جمله تجهیزات کشاورزی هستند که از موتورهای چهار زمانه بنزینی استفاده می‌کنند.
۳- قایق‌های تفریحی و وسایل نقلیه off-road: بسیاری از قایق‌های تفریحی کوچک و متوسط از موتورهای چهار زمانه بنزینی استفاده می‌کنند. موتورسیکلت‌های آفرود، خودروهای آفرود و کوادکاپترها نیز از موتورهای چهار زمانه بنزینی بهره می‌برند.
پاسخ پرسش صفحه ۵۳ آزمایشگاه علوم تجربی دهم
آیا قایقی که به این شیوه راه‌اندازی شده است، یک ماشین گرمایی است؟ این قایق تا چه زمانی به حرکت خود ادامه خواهد داد؟
✅ پاسخ: بله، می‌توان گفت ساده‌ترین ماشین گرمایی است که با وسایل معمولی ساخته می‌شود. تا زمانی که بین منبع گرما و آب، اختلاف دما وجود داشته باشد، این قایق به حرکت خود ادامه می‌دهد و این موضوع را می‌توان با اصول ترمودینامیک توضیح داد.
نکته: دانش آموز عزیز مطالب این صفحه صرفا جنبه کمک آموزشی دارد و شما برای استفاده از آن ها باید یک بار خودتان تمامی سوالات این صفحه را حل کنید سپس اگر مشکلی داشتید از این مطالب کمک بگیرید.
قبلی: جواب فصل اول آزمایشگاه علوم تجربی دهم
به پایان جواب سوالات فصل دوم آزمایشگاه علوم تجربی دهم، رسیدیم. جهت مشاهده پاسخ سایر پرسش‌های کتاب، کافیست آن را به همراه عبارت «ماگرتا» در گوگل جست کنید و یا از قسمت دیدگاه همین مطلب با ما در ارتباط باشید.
