گرما نوعی انرژی است که به علت اختلاف دما بین دو سیستم، از یکی به دیگری منتقل می‌شود.
(گرما همواره در حال عبور از مرزهای سیستم است.) تاریخچه درک مفهوم فیزیکی گرما تصادفی نیست که نیمه اول سده نوزدهم شاهد پیشرفت‌های فراوان و رشد بینش‌های عمیق درباره ماهیت‌های گرما بودیم.
در اواخر سده هژدهم انقلاب صنعتی از انگلستان به قاره اروپا و آن سوی اقیانوس اطلس گسترش یافت .
پیش از سال ۱۸۳۰ تصور می‌‌کردند که گرما و خواص گرمایی مواد با پدیده‌های مکانیکی الکتریکی ومغناطیسی ارتباطی ندارند.
بنا بر نظریهٔ کالریک که در آن زمان رایج بود.
مقدار گرمای هر جسم متناسب با مقداری از سیال کالریک بود که در جسم وجود داشت یعنی هر چه مقدار سیال کالریک آن نیز بیشتر بود انبساط گرمایی را که از پدیده‌های آشنا به شمار می‌‌آمد این طور توجیه می‌‌کردند که برای پذیرش سیال کالریک اضافی فضایی بیشتر لازم است.
هر چند دادن گرما به جسم هیچ تغییر قابل اندازه گیری در جرم آن ایجاد نمی‌کرد و این امر را با معضل روبرو کرده بود اما هواداران این نظریه برای حل مشکل می‌‌گفتند که کالریک یک سیال است (سنجش ناپذیر) یا (آذرین) یعنی سیالی بدون جرم است.
هرچند که نظریه کالریک را پیش از پایان نیمه اول قرن نوزدهم کنار گذاشتند.
میراث آن واحد گرما، یعنی کالری هنوز هم کاربرد فراوانی دارد این واقعیت که ماشین بخار ،با استفاده از گرمای ناشی از سوختن چوب یا زغال سنگ کار مکانیکی انجام می‌‌دهند نماد و واحد گرما واحد گرما در دستگاه SI، ژول است.
گرما را با نماد Q نمایش می‌دهیم انرژی گرمایی گرما شکلی از انرژی است .
این انرژی برای اهداف مختلفی از قبیل گرم نمودن خانه و پخت غذا استفاده می شود.
انرژی حرارتی به 3 طریق قابل انتقال است 1 – هدایت 2 – انتقال 3 – تابش زمانیکه انرژی مستقیماً از یک شئ به شئ دیگر عبور می کند به آن هدایت می گویند .
اگر یک ظرف سوپ برروی اجاق را با قاشق فلزی هم بزنید ، قاشق گرم خواهد شد.
بدین ترتیب گرما از محیط گرم سوپ به قاشق سرد منتقل می شود.
فلزات هادی های بسیار خوبی برای انرژی گرمایی هستند، اما چوب و پلاستیک چنین خاصیتی ندارند.
این گونه هادی های بد را عایق گویند.
به همین دلیل است که معمولاً ظرف از جنس فلز بوده اما دسته آن از جنس پلاستیک قوی است.
انتقال، عبارت است از حرکت گازها و سیالات از یک محل سردتر به محل گرمتر .
اگر ظرف سوپ از جنس شیشه باشد، می توان حرکت جریانات انتقالی در ظرف را مشاهده نمود.
سوپ گرمتر از ناحیه پایین ظرف، که حرارت بیشتری دارد، به سمت بالا، که سردتر است، حرکت می کند.
سپس سوپ سردتر به سمت پایین حرکت نموده و مکان سوپ گرمتر را اشغال می کند.
این حرکت باعث ایجاد یک الگوی چرخشی درون ظرف می شود (به شکل توجه کنید).
بادی که ما حس می کنیم غالباً ناشی از جریانات انتقالی است.
این امر توسط وزش بادهای نزدیک اقیانوس به سهولت قابل درک است.
هوای گرم سبکتر از هوای سرد بوده و بنابراین اوج می گیرد.
در خلال روز، هوای سرد روی آب حرکت نموده و در خشکی جایگزین هوایی می شود که در اثر دمای زمین اوج گرفته است.
اما به هنگام شب جهت این جایگزینی تغییر می کند، به عبارت دیگر بعضی اوقات سطح آب گرمتر و خشکی سردتر است.
*تابش، شکل نهایی حرکت انرژی گرمایی است .
نور و گرمای خورشید از طریق هدایت و انتقال نمی تواند به ما برسد زیرا فضا تقریباً به طور کامل خالی است .
هیچ گونه عاملی برای انتقال انرژی خورشید به زمین کار و گرما گرما نوعی انرژی است که از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل می شود.
موتورهای حاوی گاز داغ ...
ما بدون « موتور های گرمایی » نمی توانیم به نقاط دور دست مسافرت کنیم.
در این موتورها از سوخت برای ایجاد گازهای داغ منبسط شده ودرنتیجه ایجاد حرکت، استفاده می شود.
همچنین، این موتورها توان اتومبیلها وقایقها وموشکها را تأمین می کنند وژنراتورهای برق را راه اندازی می کنند.
کار و گرما گرما نوعی انرژی است که از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل می شود.
ما بدون « موتورهای گرمایی » نمی توانیم به نقاط دور دست مسافرت کنیم.
توربینهای بخار ...
در نیروگاهها به کمک توربینهای بخار، گرمای تولید شده را به انرژی الکتریکی ( برق ) تبدیل می کنند.
در مرکز این توربینها چرخی قرار دارد که از یکسری پره تشکیل شده و به یک میله گردان وصل است.
درون دیگ، آب تحت فشار زیادی جوشیده وبخاری با فشار بسیار زیاد تولید می کند.
این بخار با شدت به پره های توربین برخود کرده و موجب چرخش آنها می شود.
در یک توربین بخار که با دقت طراحی وساخته شده باشد، تنها یک سوم انرژی بخار صرف چرخاندن پره ها می شود.
موتورهای بنزینی ...
در موتورها ی بنزینی، دراثر یک انفجار، گاز بسیار داغی ایجاد می شود.
این گاز به جای خروج از موتو، موجب حرکت یک پیستون می شود.
در این نوع موتورها، مخلوطی از قطرات بنزین وهوا به عنوان سوخت موتور مورد استفاده قرار می گیرد.
این مخلوط در داخل سیلنر ( استوانه ) توسط جرقهئ شمع منفجر می شود وگاز بسیار داغی تولید می کند.
این گاز داغ، پیستون را به شدت به طرف پایین می راند.
داخل یک موتور بنزینی معمولی چه اتفاقی می افتد ؟
… پیستون یک موتور بنزینی چهار ضربه ای به ترتیب، به طرف پایین، بالا، پایین وبالا حرکت می کند.
حرکت پیستون به طرف پایین وبالا یک ضربه نا میده می شود و هر ضربه اثر متفاوتی بر گازهای داخل سیلندر دارد.
این ضربه ها به همین ترتیب و مدام تکرار می شوند.
انبساط جامدات چرا گرما جامدات را منبسط می کند ؟… وقتی یک جسم جامد گرم می شود، مولکولهای آن با انرژی بیشتری ارتعاش می کنند وفاصله مولکولها از یکدیگر نیز بیشتر می شود.
در نتیجه، این جسم جامد در تمام جهات، اندکی بزرگتر ( منبسط ) می شود.
جریانهای همرفتی ( جابجایی ) انبساط وهمرفتی گرمایی ...
همرفت ، انتقال انرژی گرمایی توسط جریانهای مایع گرم ( یا گاز ) است.
هنگامی که یک قطره از مایع گرم شود، منبسط شده وحجمش افزایش می یابد.
البته مقدار ماده ( جرم آن ) تغییری نمی کند و در حجم منبسط شده پخش می شود.
بنابراین چگالی یک مایع گرم کمتر از چگالی مایع سرد اطراف آن می شود.
پس در یک ظرف محتوی مایع گرم وسرد، مایع سرد به طرف ته ظرف پایین خواهد رفت ومایع گرم بالا خواهد آمد.
این مثال ساده، علت ایجاد جریان همرفتی را نشان می دهد.
انبساط هوا با گرم کردن هوا، انبساط آن وبا سرد کردن هوا، انقباض آن را خواهید دید.
وقتی یک بادکنک را در داخل ظرف آب جوش قرار دهید، هوای داخل آن منبسط می شود ( حجم بادکنک زیاد می شود ) و وقتی از ظرف خارج کنید، سرد شده وهوای داخل آن منقبض می شود ( حجم بادکنک کم می شود ).
اندازه گیری انبساط هوا ...
وقتی که فشار گاز ثابت نگه داشته شود، حجم جرم معینی از گاز، متناسب با دمای کلوین آن است.
به عبارت دیگر، C مقدار ثابت = T دمای گاز بر حسب کلوین / حجم گاز V رسانش گرما قطعه ای از سیم مسی را بر روی شعله چوب کبریت نگهدارید.
گرما سریعأ در سیم مسی منتقل می شود.
با اینکه حرکت گرما دیده نمی شود اما وقتی که به انگشت شما می رسد آن را احساس می کنید.
به این نوع انتقال انرژی گرمایی، رسانش یا هدایت گرمایی می گویند.
آزمایش : آیا آب رسانای خوبی برای گرماست ؟
یک لوله آزمایش بلند را از آب سرد پر کنید وآن را بهصورت کج بر روی شعله ملایم چراغ نگه دارید.
مقداری پودر رنگی را بالای آب بریزید و وسط لوله آزمایش را بهآرامی حرارت دهید.
بالا وپایین لوله را با دست لمس کنید تا دمای این دو نقطه را امتحان کنید.
آیا هوا رسانای خوبی برای گرماست ؟
عایقهای گرمایی خوب، نظیر پرها، بلوز های پشمی و پلی استایرن دارای حفره های کوچک هوا هستند.
این حفره های کوچک، رسانای بدی برای گرما هستند، و عایقهای بسیار مؤثری به شمار می روند.در دما در صحبتهای روزمره، اغلب می گوییم که « امروز هوا گرم است » یا « این چای سرد است ».
اصطلاح علمی برای بیان میزان گرم بودن اجسام را دما می نامند.
اندازه گیری دما دماسنـجها طوری مدرج می شوند که دمـا را بر حسب درجـه سیلسیوس نـشان بدهند.
یخ هـمیشه در دمـای یکسانـی ذوب مـی شـود کـه آن را صفر درجه سیلسیوس می نامند.
بخار بالای آب در حال جوش در فشار معمولی نیز همیشه دمای یکسانی دارد که آن را 100 درجه سیلسیوس می نامند.
این دو دما را بر روی یک دماسنج مشخص می کند وفاصله بین آنها را به 100 قسمت تقسیم می کنند و هر قسمت را یک درجه سیلسیوس می گویند.
دماسنجهای پزشکی ــ از دماسنجهای پزشکی برای اندازه گیری دمای بدن انسان استفاده می شود.
دماسنجهای الکترونیکی ــ در دماسنجهای الکترونیکی از یک شاخص میله ای استفاده می شود، این شاخص، دما را به ولتاژ تبدیل می کند ودستگاه اکترونیکی، این ولتاژ را به صورت یک عدد نشان می دهد