تاثیر سرعت بر تغیرات دما

همانطور که میدانیم برای آنکه دمای m کیلوگرم از جسمی با گرمای ویژه C را به اندازه ΔӨ تغییر دهیم ، Q ژول انرژی گرمایی لازم است . از تعریف گرمای ویژه داریم :

به عبارت دیگر :

که در این رابطه Q ( انرژی ) بر حسب ژول ، m ( جرم ) بر حسب کیلوگرم ، C ( گرمای ویژه ) بر حسب ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و ΔӨ ( تغییر دما ) بر حسب درجه سلسیوس است . اینک برای محاسبه انرژی پتانسیل حرارتی جسم ، از رابطه زیر استفاده میکنیم :

افزایش سرعت و کاهش دما

---

افزایش سرعت و کاهش دما

افزایش سرعت و کاهش دما

همانطور که میدانیم برای آنکه دمای m کیلوگرم از جسمی با گرمای ویژه C را به اندازه ΔӨ تغییر دهیم ، Q ژول انرژی گرمایی لازم است . از تعریف گرمای ویژه داریم :

به عبارت دیگر :

که در این رابطه Q ( انرژی ) بر حسب ژول ، m ( جرم ) بر حسب کیلوگرم ، C ( گرمای ویژه ) بر حسب ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و ΔӨ ( تغییر دما ) بر حسب درجه سلسیوس است . اینک برای محاسبه انرژی پتانسیل حرارتی جسم ، از رابطه زیر استفاده میکنیم :

که در رابطه فوق UQ انرژی پتانسیل حرارتی بر حسب ژول ، m ( جرم ) بر حسب کیلوگرم ، C ( گرمای ویژه ) بر حسب ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و Ө دما بر حسب درجه کلوین است . به طور مثال یک کیلوگرم فولاد با گرمای ویژه 500 ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و حرارت 37 درجه سلسیوس ( 37+273=310 درجه کلوین ) :

155 کیلو ژول انرژی حرارتی ذخیره شده در خود دارد که اگر از آن گرفته شود دمای آن صفر مطلق خواهد شد . همانطور که میدانیم با افزایش سرعت ، بر جرم جسم نیز افزوده میشود و این میزان افزایش جرم از رابطه زیر محاسبه میشود :

m جرم جسم در حال حرکت ، m0 جرم جسم در حال سکون ، v سرعت حرکت جسم و c سرعت نور است . اینک با جایگزینی جرم در حال حرکت در رابطه قبلی ، معادله جدید زیر جهت برسی میزان حرارت جسم در حال حرکت بدست میآید :

Ө در این معادله دمای جسم در حال حرکت است که این رابطه بیانگر این موضوع است که اگر فرض کنیم جسم در حال حرکت با محیط پیرامون خود تبادل گرمایی نداشته باشد ( انرژی پتانسیل حرارتی آن ثابت بماند ) ، با نزدیک شدن سرعت جسم به سرعت نور ، دمای آن نیز به صفر مطلق نزدیک میشود برای اینکه :

اینک میبایست معادلهای طرح کنیم که رابطه مابین حرارت جسم در حال سکون و حرارت همان جسم در حال حرکت با سرعت معلوم را نشان دهد . برای اینکار معادل فیزیکی UQ مربوط به جسم در حال سکون را در معادله فوق قرار میدهیم :

Ө0 حرارت جسم در حال سکون است که در نهایت به رابطه سادهای میرسیم که مشابه روابط لورنتس - جرالد برای کوتاه شدن طول و کند شدن زمان به نسبت افزایش سرعت است . اینک نمودار جسمی با حرارت 37 درجه سلسیوس یا 310 درجه کلوین ، زمانی که به سرعت نور نزدیک میشود را رسم میکنیم :

نتیجه گیری بسیار مهمی است که قبلا در مباحث پدیده داپلر یا دوپلر برای امواج الکترومغناطیسی و روابط جدید کوانتومی نسبیتی و جرم صفر و ایجاد شرایط بی وزنی ، تسلیحات گرانشی / راهکاری جدید برای اثبات اصل هم ارزی جرم و انرژی / ارایه رابطه هم ارزی جرم و انرژی مستقل از سرعت امواج نور و گرانشی به آن رسیده بودیم . پس چنین به نظر میرسد با توجه به اینکه با نزدیک شدن به سرعت نور ، دمای جسم نیز به صفر مطلق میل میکند ، این خود باعث برقراری یک تعادل حرارتی شده که مسلما از بروز انفجار به علت افزایش جرم و چگالی ممانعت خواهد کرد . با توجه به مطالب مطرح شده در مبحث افزایش سرعت و افزایش توان راکتور شتاب دهنده فضاپیما امیدواریم در آینده نزدیک بشر بتواند به سرعت نور دسترسی داشته و در کیهان مسافرت کند .