علوم هفتم فصل 8 : انرژی و تبدیل های آن

علوم هفتم فصل 8: انرژی و تبدیل های آن

در متن زیر درسنامه علوم هفتم فصل 8 گردآوری شده است. شما می توانید پس از مطالعه متن درس نامه، نمونه سوال همین فصل را از اینجا دنبال کنید.

انرژی، امکان فعالیت های زیادی مانند راه رفتن، فکر کردن، … را فراهم می سازد. انرژی، به شکل های گوناگون وجود دارد.

مهم ترین ویژگی انرژی ، تبدیل آسان آن از شکلی به شکل دیگر است.

وقتی به جسمی نیرو وارد شود، ممکن است سبب شروع حرکت ،تغییر سرعت، توقف و… شود.

در علم فیزیک ، واژه کار، مفهومی متفاوت با مفهوم های روزمره دارد.

مقدار کار انجام شده به مقدار نیروی وارد شده و مقدار جا به جایی یا تغییر مکان جسم، بستگی دارد.

مقدار کار از رابطه ی : جابهجایی * نیرو = کار به دست می آید.

در معادله کار، نیرو بر حسب نیوتن(N) و جابجایی برحسب متر(m) و مقدار کار برحسب ژول(j) است.

گاهی اوقات ، انرژی به شکل پتانسیل گرانشی ذخیره می شود.

مقدار انرژی پتانسیل گرانشی به وزن جسم و ارتفاع آن از سطح زمین بستگی دارد.

انرژی ذخیره شده، به شکل های گوناگون وجود دارد ؛ مانند پتانسیل گرانشی ، شیمیایی و کشسانی

طبق قانون پایستگی انرژی ، انرژی هرگز به وجود نمی آید و یا از بین نمی رود، بلکه تنها شکل آن تغییر می کند و مقدار کل آن ثابت می ماند.

بدن ما انرژی لازم برای فعالیت های خود را از انرژی شیمیایی ذخیره شده مانند غذا ها بدست می آورد.

واحد اندازه گیری انرژی پتانسیل شیمیایی، کیلو ژول و کیلو کالری است.

هر کیلو کالری تقریباً معادل 4200 ژول است.

آهنگ مصرف انرژی ، مقدار انرژی مصرف شده در زمان مشخص است.

انرژي را توانايي انجام كار گويند.

انرژي عاملي است كه باعث حركت يا تغييراتي در مواد مي شود.

يكاي اندازه گيري انرژي به افتخار دانشمند به نام جيمز ژول ، ژول ناميده شده است.

دسته بندي انرژي به دو صورت انجام مي گيرد.

الف: بر اساس صورتهاي انرژي
ب : بر اساس انواع انرژي

الف: صورت هاي انرژي در علوم هفتم فصل 8 :

1) انرژي شيميايي:

صورتي از انرژي است كه در مولكول هاي بعضي از مواد ذخيره شده است. انرژي موجود در مواد غذايي، انرژي سوخت هايي چون نفت و بنزين و …

اين صورت انرژي را نمي توان از روي ظاهر آن تشخيص داد و براي آزاد كردن اين انرژي، يك تغيير شيميايي لازم است.
در هر گرم از غذايي كه ما مي خوريم و يا سوختي كه در ماشين مي ريزيم، مقداري انرژي شيميايي ذخيره شده است.
اين انرژي را با واحد كيلوژول بر گرم بيان مي كنند. به طور مثال انرژي شيميايي نفت 9/47 كيلوژول بر گرم است يعني در هر گرم نفت مقدار 9/47 كيلوژول (47900 ژول) انرژي شيميايي ذخيره شده است.
يكي از مشكلات بسيار مهم استفاده از سوخت ها، آلوده كردن هوا به علت توليد گازهاي كربن دي اكسيد و گوگرد دي اكسيد است.

2) انرژي گرمايي :

صورتي از انرژي است كه به جنبش مولكول ها بستگي داد.
هرچه تعداد مولكول هاي يك جسم بيشتر و جنبش مولكول هاي آن بيشتر باشد. انرژي گرمايي آن بيشتر است.
از اين انرژي در پختن غذا، گرم كردن خانه و … استفاده مي شود.

3) انرژي نوراني:

صورتي از انرژي است كه از جايي به جاي ديگر منتقل مي شود.

علوم هفتم فصل 8

4) انرژي الكتريكي:

علوم هفتم فصل 8

يكي از صورتهاي انرژي است كه در زندگي روزمره بيشترين استفاده را دارد.
زيرا اين انرژي به راحتي منتقل شده و به آساني به صورتهاي ديگر انرژي تبديل مي شود.
انرژي الكتريكي را مي توان از طرق باد، آبهاي جاري و سوزاندن سوختها به دست آورد.

5) انرژي صوتي:

اين صورت انرژي باعث حركت مولكول هاي هوا شده و به آساني از يك نقطه به نقطه ديگر منتقل مي شود .

6) انرژی مكانيكي:

تمام اجسام در حال حركت داراي انرژي مكانيكي هستند.

7) انرژي هسته اي یا اتمي:

در هسته بعضي از اتم هاي سنگين مانند اتم اورانيوم و توريم انرژي قابل ملاحظه اي ذخيره شده است.
اين انرژي مانند انرژي شيميايي از روي ظاهر آن قابل تشخيص نيست و براي آزاد كردن آن يك واكنش هسته اي لازم است.
اگر هسته اتم هاي سنگين شكافته شود مقدار قابل ملاحظه اي انرژي بخصوص گرما توليد مي كند. از اين انرژي براي به كار انداختن توربين هاي بخار براي توليد برق استفاده مي شود.
شما در سالهاي آينده با اين انرژي و راههاي آزاد كردن انرژي هسته اي به طور كامل آشنا خواهيد شد.

ب) انواع انرژي در علوم هفتم فصل 8 :

1) انرژي پتانسيل :

انرژي ذخيره شده در اجسام را انرژي پتانسيل مي گويند.وقتي فنري كشيده يا فشرده مي شود و يا وزنه اي از سقف آويزان مي شود داراي انرژي ذخيره شده است.
اين انرژي به صورتهاي مختلف در مواد ذخيره مي شود، بنابراين انرژي پتانسيل انواع گوناگوني دارد.

الف) انرژي پتانسيل گرانشي:

شخصي كه روي پله نردباني ايستاده است. جسمي كه بر روي طاقچه قرار دارد. سنگي كه بالاي كوه قرار دارد.

داراي انرژي ذخيره شده هستند.
اين نوع انرژي كه جسم فقط به علت ارتفاعش از سطح زمين دارد، انرژي پتانسيل گرانشي نام دارد.
يكاي اندازه گيري انرژي پتانسيل گرانشي( U ) ، ژول (j) مي باشد.

عوامل موثر بر انرژي پتانسيل گرانشي:

الف) جرم جسم(m)

يكاي اندازه گيري جرم : كيلوگرم (kg)
هرچه جرم جسم بيش تر باشد، انرژي بيش تري در جسم ذخيره مي شود.

 ب) ارتفاع جسم از سطح زمين (h)

يكاي اندازه گيري طول: متر (m)
هرچه ارتفاع جسم از سطح زمين بيشتر باشد، انرژي پتانسيل گرانشي نيز بيشتر خواهد بود.

ج) شتاب گرانش زمين (g)

يكاي اندازه گيري شتاب گرانش: (متر بر مجذور ثانيه) 
شتاب گرانشي بر روي سطح زمين معادل 10 است.

انرژي پتانسيل گرانشي به روش زير محاسبه مي شود:

ب) انرژي پتانسيل كشساني:

اگر فنري را كشيده يا فشرده كنيم مقداري انرژي در فنر ذخيره مي شود.
هر چه فنر بيشتر كشيده يا فشرده شود ، انرژي ذخيره شده در آن بيشتر است.
انرژي ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.

ج) انرژي پتانسيل الكتريكي:

انرژي ذخيره شده در بارهاي الكتريكي را مي گويند.
با اين انرژي در سال هاي آينده به طور كامل آشنا خواهد شد.

2) انرژي جنبشي:

انرژي كه جسم به علت حركت خود دارد، انرژي جنبشي گفته مي شود.
باد، آب جاري، اتومبيل در حال حركت، پرنده ي در حال پرواز و … داراي انرژي جنبشي هستند.

عوامل موثر بر انرژي جنبشي:

الف) جرم جسم(m)

يكاي اندازه گيري جرم : كيلو گرم(kg)
هرچه جرم جسم متحرك بيشتر باشد، انرژي جنبشي آن نيز بيشتر است.

ب) مجذور سرعت

يكاي اندازه گيري سرعت :متر بر  مجذورثانيه
هرچه جسم با سرعت بيشتري حركت كند، انرژي جنبشي آن بيشتر خواهد بود.

انرژي جنبشي (k) را به روش زير مي توان محاسبه كرد:

مثال:

شخصي به جرم 50 كيلو گرم با سرعت 2 متر بر ثانيه در حال حركت است . انرژي جنبشي اين شخص را محاسبه كنيد.

نكته:انرژي از هر صورتي كه باشد ممكن است از نوع جنبشي يا پتانسيل باشد.انرژي گرمايي ، نوراني، الكتريكي از نوع جنبشي و انرژي شيميايي و هسته اي از نوع پتانسيل هستند.
انرژي مكانيكي هم به شكل انرژي جنبشي و هم به شكل انرژي ذخيره شده(پتانسيل) مي تواند باشد.

علوم هفتم فصل 8

مثال:
انرژي وزنه آويخته شده، فنر كشيده شده ،مكانيكي از نوع پتانسيل است.انرژي وزنه رها شده، فنر رها شده ، مكانيكي از نوع جنشي است.گلوله در نقطه 1 داراي انرژي پتانسيل مكانيكي است. زيرا گلوله از سطح زمين ارتفاع دارد.
گلوله در نقطه 3 داراي انرژي مكانيكي جنبشي است. زيرا گلوله در حال حركت است.

تبديل انرژي:

در شرايط مناسب انرژي را مي توان از يك صورت به صورت ديگر يا از يك نوع به نوع ديگر تبديل كرد.چند مثال براي تبديل انرژي:

علوم هفتم فصل 8

انرژي الكتريكي به  مكانيكي انرژي الكتريكي به  گرماانرژي الكتريكي به نوراني و گرماييانرژي پتانسيل به انرژي جنبشي به طور مثال انرژي موجود در مواد غذايي ، انرژي شيميايي است.

گياهان سبز با استفاده از انرژي نوراني خورشيد عمل فتوسنتز(غذاسازي) را انجام مي دهند.

در اين عمل انرژي نوراني خورشيد به انرژي شيميايي تبديل مي شود.

اين انرژي در گياهان ذخيره مي شود .

با خوردن اين گياهان و يا حيواناتي كه از اين گياهان تغذيه كرده اند، اين انرژي به بدن ما منتقل مي شود.

در هنگام فعاليت هاي روزمره اين انرژي آزاد شده و به صورت هاي مختلفي به خصوص گرما و مكانيكي تبديل مي شود.

پايستگي انرژي :

قانون پايستگي انرژي بيان مي كند كه انرژي نه خود به خود به وجود مي آيد و نه خود به خود نابود مي شود، بلكه از صورتي به صورت ديگر يا از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود.

معمولاً وقتي مي خواهيم يك صورت انرژي را به صورت ديگر تبديل كنيم، مقداري از انرژي اوليه به صورت هاي ديگري كه مورد نظر ما نيست تبديل مي شود.

مثال 1:

يك ماشين اسباب بازي را در نظر بگيريد كه به طور كامل كوك شده است اگر آن را رها كنيد

انرژي پتانسيل كشساني آن آزاد شده و به انرژي جنبشي مكانيكي تبديل مي شود ولي بعد از توقف اسباب بازي چرخ هاي آن نيز گرم شده است.

يعني بخشي از انرژي پتانسيل به انرژي گرمايي نيز تبديل شده است.

اين انرژي گرمايي در اثر اصطكاك چرخ ها با زمين و اصطكاك مولكول هاي هوا با بدنه اسباب بازي بوجود آمده است.

مثال 2:

وقتي يك خودرو حركت مي كند .انرژي شيميايي ذخيره شده در بنزين به انرژي مكانيكي (حركتي) تبديل مي شود.

اما بخشي از اين انرژي به گرما تبديل مي شود به همين دليل و قتي خودرو را روشن مي كنيم، پس از مدتي موتور آن داغ مي شود.ميدانيم منبع اصلي تمام انرژي ها ، خورشيد است.

در مثال 1 ، انرژي موجود در اسباب بازي چگونه از خورشيد تأمين مي شود؟

منبع اصلي تمام صورتها و انواع انرژي ، خورشيد است.

فایل pdf این درسنامه را از اینجا دانلود کنید.