حوزهٔ ۰۹
مهندسی گرمایی
گرما چگونه منتقل می‌شود و چگونه آن را درون یا بیرون نگه داریم
مهندسی گرمایی دربارهٔ گرماست: اینکه گرما چگونه از اجسام گرم‌تر به اجسام سردتر جریان می‌یابد و مهندسان چگونه از مواد، عایق‌بندی و شکل استفاده می‌کنند تا خانه‌ای را گرم و نوشیدنی‌ای را خنک نگه دارند یا از داغ شدن بیش از حد یک ماشین جلوگیری کنند.
مناسب چه کسانی است
کودکانی که از خود می‌پرسند چرا قاشق فلزی در چای داغ می‌شود و یادگیرندگانی که آزمایش با مواد روزمره را دوست دارند.
آنچه یاد می‌گیرید
- گرما چگونه از جسم گرم‌تر به جسم سردتر جریان می‌یابد
- چرا برخی مواد گرما را به‌خوبی رسانش می‌کنند و برخی دیگر عایق‌اند
- اجسام با چه سرعتی گرم و سرد می‌شوند و این به چه چیزهایی بستگی دارد
- مهندسان چگونه مواد را بر اساس ویژگی‌های گرمایی‌شان انتخاب می‌کنند
آزمایش‌های نمونه
-
یک سرِ میله‌هایی از جنس‌های مختلف را گرم کنید و مقایسه کنید سرِ دیگرشان با چه سرعتی گرم می‌شود.
-
یک لیوان مجازی را با لایه‌های عایق مختلف بپوشانید و ببینید نوشیدنی تا چه مدت داغ می‌ماند.
-
ضخامت یک دیوار را تغییر دهید و مقایسه کنید چه مقدار گرما از آن عبور می‌کند.
چیزهایی که می‌توانید بسازید
-
یک ظرف غذای خوب عایق‌بندی‌شده
-
دیواری که اتاق را گرم نگه می‌دارد
-
یک گرماگیر (هیت‌سینک) ساده برای یک قطعهٔ الکترونیکی
این نمونه‌ها نوع کار در این حوزه را نشان می‌دهند. درس‌های منتشرشده ممکن است متفاوت باشند.
آنچه شبیه‌سازی ساده می‌کند
- انتقال گرما با مدل‌های آموزشی ساده‌شده و تنها چند ویژگی برای هر ماده محاسبه می‌شود.
- جریان هوا و نور خورشید ساده‌سازی شده‌اند؛ ساختمان‌ها و ماشین‌های واقعی پیچیده‌ترند و به بررسی متخصصان نیاز دارند.
هر شبیه‌سازی واقعیت را ساده می‌کند. دانستن اینکه چگونه این کار را می‌کند، بخشی از یادگیری مهندسی است.
پیوند با درس‌های مدرسه
فیزیک (گرما و دما)، شیمی (مواد)، جغرافیا (اقلیم)، طراحی و فناوری
ارتباط با حوزه‌های دیگر
مهندسی گرمایی با سازه‌ها و مواد، با مدارهای الکتریکی (قطعه‌ها گرم می‌شوند) و با سامانه‌های کنترل (ترموستات‌ها) پیوند دارد.
خوب است بدانید
فلاسک نوشیدنی‌ها را داغ یا سرد نگه می‌دارد، چون همهٔ راه‌هایی را که گرما می‌تواند از آن‌ها منتقل شود، کُند می‌کند.