پاسخ فعالیت 1صفحه76فیزیک دهم

پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۳-۱ صفحه 76 فیزیک دهم سلام! این فعالیت یک تحلیل اقتصادی و زیست‌محیطی بر اساس مفاهیم **انرژی، توان و بازده (راندمان)** است. شکل نشان می‌دهد که بخش زیادی از انرژی اولیه (حدود $$\mathbf{95\%}$$) در فرآیند تولید و انتقال تا رسیدن به لامپ رشته‌ای تلف می‌شود. 😊 ### الف) محاسبه‌ی میزان گازوئیل مصرفی **۱. محاسبه‌ی انرژی مورد نیاز لامپ ($$E_{\text{لامپ}}$$) ** انرژی مصرفی از رابطه‌ی $$E = P \cdot t$$ به دست می‌آید. باید زمان را به ثانیه و انرژی را به ژول تبدیل کنیم. * **توان لامپ ($$P$$):** $$\text{100 W} = 100 \frac{\text{J}}{\text{s}}$$ * **زمان ($$t$$):** $$\text{180 h} = 180 \text{ h} \times \frac{3600 \text{ s}}{1 \text{ h}} = 648000 \text{ s}$$ $$E_{\text{لامپ}} = 100 \text{ W} \times 648000 \text{ s} = 64800000 \text{ J}$$ $$\mathbf{E}_{\text{لامپ}} = 64/8 \text{ MJ}$$ **۲. محاسبه‌ی بازده کلی ($$\eta_{\text{کل}}$$) ** بازده کل برابر با حاصل‌ضرب بازده هر مرحله است: * **نیروگاه:** $$\eta_{\text{نیروگاه}} = 35\% = 0/35$$ * **انتقال:** $$\eta_{\text{انتقال}} = 90\% = 0/90$$ * **لامپ:** $$\eta_{\text{لامپ}} = 5\% = 0/05$$ $$\eta_{\text{کل}} = 0/35 \times 0/90 \times 0/05 = 0/01575$$ $$\mathbf{\eta}_{\text{کل}} = 1/575 \%$$ **۳. محاسبه‌ی انرژی گرمایی مورد نیاز ($$E_{\text{ورودی}}$$) ** $$\eta_{\text{کل}} = \frac{E_{\text{خروجی (نور و گرما در لامپ)}}}{E_{\text{ورودی (گرمایی گازوئیل)}}} \implies E_{\text{ورودی}} = \frac{E_{\text{لامپ}}}{\eta_{\text{کل}}}$$ $$\mathbf{E}_{\text{ورودی}} = \frac{64/8 \text{ MJ}}{0/01575} \approx 4114/28 \text{ MJ}$$ **۴. محاسبه‌ی میزان گازوئیل ($$V_{\text{گازوئیل}}$$) ** * **انرژی هر لیتر:** $$\text{35 MJ}/\text{L}$$ $$\mathbf{V}_{\text{گازوئیل}} = \frac{E_{\text{ورودی}}}{35 \text{ MJ}/\text{L}} = \frac{4114/28 \text{ MJ}}{35 \text{ MJ}/\text{L}} \approx \mathbf{117/55 \text{ L}}$$ * **پاسخ الف:** برای روشن کردن یک لامپ $$\text{100}$$ واتی به مدت $$\text{180}$$ ساعت، حدود **$$\text{117/6 لیتر}$$** گازوئیل در نیروگاه مصرف می‌شود. --- ### ب) درک هشدار «لامپ اضافی خاموش!» * **پاسخ:** این هشدار به مفهوم **بازده بسیار پایین فرآیند تبدیل انرژی** اشاره دارد. * **توضیح:** همانطور که در قسمت الف محاسبه شد، بازده کل فرآیند تبدیل انرژی شیمیایی گازوئیل به نور در لامپ رشته‌ای تنها حدود **$$\mathbf{1/6\%}$$** است. این یعنی برای تولید هر **$$\text{1 J}$$** انرژی نورانی مفید، تقریباً **$$\text{63 J}$$** انرژی اولیه (گازوئیل) مصرف می‌شود که بخش اعظم آن ($$\mathbf{\text{98/4\%}}$$) به صورت گرما در نیروگاه، خطوط انتقال و خود لامپ **تلف** می‌شود. * **نتیجه:** خاموش کردن یک لامپ رشته‌ای کوچک، از هدر رفتن مقدار **بسیار زیادی** سوخت فسیلی (مانند $$117 \text{ L}$$ گازوئیل) جلوگیری می‌کند. این کار به معنای صرفه‌جویی در سوخت و کاهش آلودگی زیست‌محیطی است. --- ### پ) محاسبه‌ی گازوئیل صرفه‌جویی شده در سراسر ایران برای محاسبه‌ی مقدار گازوئیل صرفه‌جویی شده در سراسر کشور، نیاز به **تعداد خانوارها** داریم. (چون این یک سوال درسی است، تعداد خانوارها را با یک تخمین معقول $$\mathbf{N}_{\text{خانوار}} \approx 25 \text{ million}$$ در نظر می‌گیریم.) * **میزان صرفه‌جویی یک خانه:** $$\mathbf{V}_{\text{یک خانه}} \approx 117/6 \text{ L}$$ * **تعداد خانوار ($$\mathbf{N}$$):** $$\text{25,000,000}$$ $$\mathbf{V}_{\text{کل صرفه‌جویی}} = V_{\text{یک خانه}} \times N$$ $$V_{\text{کل صرفه‌جویی}} = 117/6 \text{ L}/\text{house} \times 25,000,000 \text{ houses}$$ $$\mathbf{V}_{\text{کل صرفه‌جویی}} = 2/94 \times 10^9 \text{ L}$$ * **پاسخ پ:** اگر هر خانه معادل یک لامپ رشته‌ای را در ماه صرفه‌جویی کند، کل صرفه‌جویی گازوئیل تقریباً **$$\text{2/94 میلیارد لیتر}$$** در ماه خواهد بود. این عدد عظیم، تأثیر کوچک‌ترین صرفه‌جویی‌ها را در مقیاس ملی نشان می‌دهد.

پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۲-۳ صفحه 76 فیزیک دهم سلام! این فعالیت یک آزمایش عملی برای اندازه‌گیری **توان متوسط** خودتان است. توان در اینجا، سرعت تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در بدن شما به **انرژی پتانسیل گرانشی** است. 😊 ### ۱. ابزار و داده‌های مورد نیاز برای محاسبه‌ی توان ($$\mathbf{P} = \frac{W}{t}$$) نیاز به اندازه‌گیری سه کمیت داریم: * **جرم خودتان ($$m$$):** (با ترازو اندازه بگیرید. **مثال فرضی:** $$m = 65 \text{ kg}$$) * **ارتفاع کلی راه‌پله ($$h$$):** (با متر نواری اندازه بگیرید. **مثال فرضی:** $$h = 3/0 \text{ m}$$) * **مدت زمان دویدن ($$\Delta t$$):** (با کرونومتر اندازه بگیرید. **مثال فرضی:** $$\Delta t = 5/0 \text{ s}$$) * **شتاب گرانش ($$g$$):** $$\text{9/8 m}/\text{s}^2$$ ### ۲. محاسبه‌ی کار مفید ($$W$$) کار مفید انجام شده برای بالا رفتن، همان افزایش انرژی پتانسیل گرانشی است: $$\mathbf{W} = \Delta U = m g h$$ **محاسبه (با استفاده از مثال فرضی):** $$W = (65 \text{ kg}) \times (9/8 \frac{\text{m}}{\text{s}^2}) \times (3/0 \text{ m})$$ $$\mathbf{W} = 1911 \text{ J}$$ ### ۳. محاسبه‌ی توان متوسط مفید ($$P$$) بر حسب وات ($$\text{W}$$) $$\mathbf{P} = \frac{W}{\Delta t}$$ **محاسبه (با استفاده از مثال فرضی):** $$P = \frac{1911 \text{ J}}{5/0 \text{ s}}$$ $$\mathbf{P} = 382/2 \text{ W}$$ * **پاسخ وات:** توان متوسط مفید شما تقریباً **$$\text{382 W}$$** است. ### ۴. تبدیل توان به اسب بخار ($$\text{hp}$$) از رابطه‌ی تبدیل $$\text{1 hp} \approx 746 \text{ W}$$ استفاده می‌کنیم: $$\mathbf{P}_{\mathbf{hp}} = P_{\text{W}} \times \frac{1 \text{ hp}}{746 \text{ W}}$$ $$\mathbf{P}_{\text{hp}} = \frac{382/2 \text{ W}}{746 \text{ W}/\text{hp}} \approx 0/512 \text{ hp}$$ * **پاسخ اسب بخار:** توان متوسط مفید شما تقریباً **$$\text{0/51 hp}$$** است. **نتیجه:** توان مفید انسان برای کارهای کوتاه مدت، معمولاً در محدوده‌ی **$$\text{0/5}$$ تا $$\text{1}$$ اسب بخار** قرار می‌گیرد.