پاسخ فعالیت 7 فصل 2 فیزیک یازدهم

پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۲-۷ فصل دوم فیزیک یازدهم این فعالیت در مورد چگونگی تأیید **قانون ژول** ($P = R I^۲$) به صورت عملی با استفاده از **گرماسنجی** است. گرماسنجی روشی برای اندازه‌گیری گرمای مبادله شده است. 🔥 --- ## چگونگی انجام آزمایش (تأیید قانون ژول) هدف آزمایش، نشان دادن این است که **انرژی الکتریکی مصرف شده** توسط مقاومت ($W = R I^۲ t$) دقیقاً برابر با **انرژی گرمایی** $(Q)$ است که توسط مقاومت به آب منتقل می‌شود. ### ۱. تجهیزات آزمایش * **گرماسنج (Calorimeter):** یک ظرف عایق (مانند کالری‌متر) که مقاومت داخل آن قرار می‌گیرد. * **مقاومت $(R)$:** یک سیم پیچ با مقاومت مشخص که به عنوان عنصر گرم‌کننده عمل می‌کند. * **منبع تغذیه:** برای تأمین جریان الکتریکی. * **آمپرسنج $(A)$:** برای اندازه‌گیری جریان $(I)$ عبوری از مقاومت (باید به صورت سری وصل شود). * **دماسنج:** برای اندازه‌گیری دمای اولیه‌ی آب و دمای نهایی. * **زمان‌سنج:** برای اندازه‌گیری مدت زمان $(t)$ عبور جریان. ### ۲. مراحل آزمایش 1. **اندازه‌گیری اولیه:** جرم معینی از آب $(m)$ را در گرماسنج ریخته و دمای اولیه‌ی آن $(\theta_{۱})$ را با دماسنج اندازه‌گیری کنید. 2. **وصل مدار:** مقاومت $(R)$ را در آب قرار دهید و مدار را به منبع تغذیه وصل کرده و جریان $(I)$ را توسط آمپرسنج بخوانید. 3. **زمان‌بندی:** جریان را به مدت زمان مشخص $(t)$ برقرار نگه دارید. 4. **اندازه‌گیری نهایی:** پس از قطع جریان، دمای نهایی آب $(\theta_{۲})$ را اندازه‌گیری کنید. ### ۳. محاسبات و مقایسه 1. **انرژی الکتریکی مصرفی ($W$):** این انرژی توسط قانون ژول محاسبه می‌شود: $$W_{\text{الکتریکی}} = R I^۲ t$$ 2. **انرژی گرمایی کسب شده توسط آب ($Q$):** این گرما بر اساس گرماسنجی محاسبه می‌شود: $$Q_{\text{گرمایی}} = m c \Delta \theta$$ * $m$: جرم آب. * $c$: گرمای ویژه آب. * $\Delta \theta = \theta_{۲} - \theta_{۱}$: تغییر دما. **تأیید قانون ژول:** اگر قانون ژول درست باشد (و تمام انرژی الکتریکی به گرما تبدیل شده و توسط آب جذب شده باشد)، باید داشته باشیم: $$\mathbf{R I^۲ t \approx m c \Delta \theta}$$ از طریق این مقایسه، می‌توان رابطه $P = R I^۲$ را تأیید کرد و نشان داد که کار انجام شده توسط جریان الکتریکی در مقاومت، به گرما تبدیل می‌شود. (انرژی الکتریکی تبدیل به گرما می‌شود: $\mathbf{W = Q}$). ⚡