ترموستات

وقتی دو تیغه فلزی با جنس های مختلف را مطابق شكل زیر به هم جوش داده یا پرچ كنیم یك ترموستات ساخته می‏شود.

اگر در شكل بالا ضریب انبساط طولی فلز پایینی بیشتر باشد در اثر گرم شدن ترموستات چه اتفاقی می‏افتد؟

برای پاسخ سؤال بالا توجّه شما را به دو فیلم زیر جلب می‏نماییم.

علت انحنای ترموستات این است كه وقتی دو تیغه فلزی با جنس های مختلف را به هم پرچ می‏كنیم در اثر تغییر دما، تیغه‏ها به میزان‌های مختلف تغییر طول می‌یابند. بنابراین مجموعه نمی‏تواند مستقیم باشد و در نتیجه منحنی می‌شود.

اگر تیغه‏ها را گرم كنیم (یعنی دمای تیغه‏ها افزایش یابد) انحنای مجموعه به صورتی می‏شود تا جسمی كه بلندتر می‌شود (ضریب انبساط طولی بیشتری دارد) در لایه بیرونی انحنا قرار گیرد.

اگر تیغه‏ها سرد شوند ( یعنی دمای تیغه‏ها كاهش یابد. ) انحنای مجموعه به صورتی می‏شود تا جسمی كه كوتاه تر می‏شود ( آن جسمی كه ضریب انبساط طولی بزرگتری دارد. ) در لایه داخلی انحنا قرار بگیرد.

با توجّه به فیلم زیر به سؤال پایین جواب دهید.

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

در شكل زیر چند ترموستات را مشاهده می‏كنید. به دقت به آن ها توجّه كنید. به نظر شما ضریب انبساط كدام فلز در این مجموعه بیشتر است؟

مداری بسازید كه در آن یك لامپ، یك باتری و ترموستات طوری استفاده شود كه وقتی ترموستات را گرم كنیم مدار وصل شده و لامپ روشن شود؟

راه حل و پاسخ:

با توجّه به دو عكس زیر مشاهده می‏كنید كه وقتی ترموستات گرم می‌شود به سمت راست منحرف شده و مدار وصل می‏شود در این صورت لامپ روشن می‏گردد.

مدار معادلی را در تصویر زیر مشاهده می‌كنید.

برای بررسی بیشتر، به این فیلم توجّه كنید. برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

در این قسمت توجه شما را به چند پرسش دیگر جلب میکنیم:

پرسش:

مداری طراحی كنید كه یك گرم‏كن الكتریكی را بعد از مدتی كه دما افزایش یافت، خاموش كند. (جریان را قطع كند).

راه حل و پاسخ:

با توجّه به شكل زیر ترموستات را طوری قرار می‏دهیم كه در حالت عادی مدار وصل باشد و فلزی كه ضریب انبساط طولی كمتری دارد در بالای ترموستات قرار گیرد.

حال وقتی كلید اصلی وصل شود جریان برقرار شده و گرم‏كن گرمای مورد نیاز را تأمین می‏كند. ترموستات هم گرم می‏شود و اگر دما به اندازه كافی زیاد شود آنگاه به سمت پایین خم می‏شود، پس مدار قطع می‏گردد و با سرد شدن ترموستات دوباره خم شدگی از بین می‏رود و مدار مجدداً وصل می‏شود.

پرسش:

همان طور كه قبلاً دیدید طرز كار یك نوع از دماسنج‌ها بر اساس افزایش طول یك میله در اثر افزایش دما بود. اكنون با دماسنج دیگری آشنا می‏شوید. به شكل زیر توجّه كنید. اساس كار آن چیست؟ (قسمت حلزونی یك نوار دو فلزی (ترموستاتی) است)

راه حل و پاسخ:

وقتی دمای نوار دو فلزی حلزونی تغییر یابد طول آن زیاد می‏شود. ولی افزایش طول هر دو نوار یكسان نخواهد بود. بنابراین انحنا در محل اتصال عقربه تغییر می‏یابد و نوك عقربه به سمت راست (به سمت عددهای بالاتر) منحرف می‏شود.