الدرس العاشر "الطاقة الحرارية"

                           

                             الطاقة الحراية

الطاقة الحرارية

حركة جزيئات الغاز..

*لجزيئات الغاز طاقات خطية ودورانية وقد يكون لها طاقة وضع خلال اهتزازها..

الأجسام الساخنة..

*لديك بالون مملوء بغاز الهيليوم إذا عرضته للشمس يتمدد وإذا بردته ينكمش فلماذا؟

المواد الصلبة..

*هل لذرات المواد الصلبة طاقة حركية؟

*تنتقل الطاقة بين الجزيئات خلال اصطدامها فيما بينها ومع جدران الوعاء..

*تسمى الطاقة الكلية للجزئ بالطاقة الحرارية

*يرتبط متوسط الطاقة لكل جزئ بدرجة الحرارة

ملاحظة..

الطاقة الحرارية الكلية في المادة الصلبة تساوي متوسط طاقتي الوضع والحركة لكل ذرة مضروبا بعدد الذراتN

الطاقة  الحرارية و درجة الحرارة

نتيجة...

تتناسب الطاقة الحرارية في الجسم مع عدد الجزيئات فيه..

وهي عكس درجة الحرارة التي لا تعتمد على عدد الجزيئات في الجسم

الاتزان والقياس الحراري

الاتزان الحراري

هي الحالة التي يصبح عندها معدلا تدفق الطاقة بين جسمين متساويين ويكون لكلا الجسمين درجة الحرارة نفسها.

آلية عمل مقياس الحرارة

*يعتمد عمل مقياس الحرارة على خاصية معينة

كالحجم

مقاييس الحرارة المنزلية :

تحتوي على كحول ملون يتمدد عندما يسخن

ويرتفع داخل أنبوب ضيق مشيرا لدرجة الحرارة

*مقاييس الحرارة السائلة- البلورية

تستخدم مجموعة من السوائل البلورية المختلفة بحيث تترتب الجزيئات

 لكل نوع عند درجة حرارة محددة فيتغير لون البلورة

ومنه تعرف درجة الحرارة

في الواقع فإن البلورات السائلة هي اقرب الى الحالة السائلة منها الى الحالة الصلبة. فهي تأخذ قدرا بسيطا جدا من الحرارة لتغير حالتها من البلورات الصلبة الى البلورات السائلة ، كما انها لا تحتاج الى المزيد من الحرارة لتتحول الى بلورات سائلة ثم الى سائل حقيقي. وهذا ما يفسر كون البلورات السائلة حساسة جدا تجاه درجة الحرارة ، ولهذا فهي تستخدم في تصنيع أدوات قياس الحرارة . ويفسر هذا ما قد يظهر على شاشة جهاز الكمبيوتر المحمول بعض الغرابة أثناء الطقس البارد أو الساخن.

*المقاييس الحرارية الطبية والمستخدمة

في محركات المركبات

تستخدم دوائر إلكترونية حساسة للحرارة فتقيسها بسرعة

مقياسا درجة الحرارة

المقياس سلسيوس Celsius

في 1742, السويدي أندرس سلسيوس (1701 – 1744) طوّر نسخة "معكوسة" من مقياس سلسيوس المعاصر

رسم توضيحي لترمومتر أندرس سلسيوس الأصلي. لاحظ المقياس المعكوس, حيث 0 هي نقطة غليان الماء و 100 هي نقطة تجمده

المقياس المطلق Kelvin scale

مما سبق نجد أن كلا التدريجين اعتمدا على نوع مادة السائل وهو الماء حيث تم اعتبار نقطة الانصهار ونقطة الغليان كأساس للتدريج، وحيث أن هاتين النقطتين تعتمدان على الضغط وعدد من العوامل الأخرى، لذا فإننا بحاجة إلى تدريج مطلق لا يعتمد على طبيعة المادة وهذا ما قام به العالم كلفن Kelvin  في تحديد تدريج مطلق لدرجة الحرارة.

قام العالم كلفن باستخدام الثيرمومتر المعتمد على التغير في الضغط Gas thermometer ودرس العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة،

وعليه فإن العلاقة بين التدريج المئوي والتدريج المطلق هي:

مقاييس الحرارة الثلاث الشائعة

وتوصف الحرارة

 بأنها الطاقة التي تتدفق دائما من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد.. ولا تنتقل الحرارة تلقائيا من الجسم الأبرد  إلى الجسم الأسخن أبدا. أي هي الطاقة التي تنتقل بين جسمين

كمية الحرارة

ويستخدم الرمز Q  لتمثيل كمية الحرارة  ويقاس بوحدة الجول

ملاحظة

Q  إذا كانت سالبة القيمة يعني أن الحرارة تنبعث من الجسم

Q  إذا كانت موجبة القيمة يعني  أن الجسم امتص حرارة

الحرارة ودرجة الحرارة:

هناك فرق بين درجة الحرارة والحرارة:.

 فدرجة الحرارة هي مقياس تحرك جزيئات الجسم .

 اما الحرارة فهي طاقة الجسم المكتسبة من تحرك جزيئاته.

هناك كمية من الحرارة ف جبل جليدي ، مثلا ، اكثر بكثير مما في كوب ماء حار ، بالرغم من درجة حراراته العالية ، لان جبل الجليد ، رغم انه ابرد ، فهو اكبر بكثير

طرق انتقال الحرارة:

الحرارة النوعية

هي كمية الطاقة التي يجب أن تكتسبها المادة لترتفع درجة حرارة  وحدة الكتل من هذه المادة درجة واحدة

يرمز لها بالرمز C

حساب كمية الحرارة Q

الحرارة المنقولة  Q  =  m  x  rT  x  Cp

الحرارة المنقولة تساوي كتلة الجسم مضروبة في حرارته النوعية وفي الفرق بين درجتي حرارته النهائية والابتدائية.

يرمز لها بالرمز C

وتقاس بوحدة J /  Kg . K

المسعر

يعتمد عمل المسعر على مبدأ حفظ الطاقة في النظام المغلق والمعزول بحيث لا تدخل الطاقة هذا النظام أو تغادره

حفظ الطاقة

تكون الطاقة الحرارية في النظام المغلق والمعزول للجسم A

مضافا إليها الطاقة الحرارية للجسم B   مقدارا ثابتا

ثابت =   EA+ EB

قياس الحرارة النوعية(فيديو تجربة بسيطة)

ملاحظة

** إن التغير في درجة الحرارة هو الفرق بين درجتي الحرارة الابتدائية والنهائية؛ أيْ أن

ΔT =Tf – Ti

** إذا زادت درجة حرارة القالب فإن   Tf  > Tiوتكون   موجبة   ΔT

** إذا نقصت درجة حرارة القالب فإن   Tf <Ti   وتكون   سالبة ΔT

تقسم الحيونات على مجموعتين اعتمادا على درجات حرارة اجسامها

حل تمارين فيزياء الفصل الخامس

1 )       a)   T_C = T_K – 273

           = 115−273 = −158

                   b) T_C = 172−273 = − 101  

         c) ) T_C = 125−273 = − 148

         d)  T_C = 402 − 273 =  129

           e)  T_C = 425 − 273 =  152

           f)  T_C = 212 − 273 = − 61

2 )    a) T_K = T_C +273 = 22+ 273 = 295 K

         b) T_K = 4 +273 = 277 K

         c) T_K = 35 +273 = 308 K

          d) T_K = − 10 +273 = 263 K

3)    Q = mC T

          = 2.3 × 385 ( 80.0 – 20.0 ) = 5.3 × 10⁴ J

 4 )   a) 3)    Q = mC T                   T =

                     T =  = 10. K

         b )      T =         =  = 21 K

                 m = × V = 0.80 × 20 =16 kg.

             عند درجة حرارة أعلى من 0   يعتبر الماء هو المبرد الأفضل لأنه  يستطيع  أن يمتص الحرارة   c)                                                      

             دون أن تتغير درجة حرارته كثيرا  على عكس الميثانول .

5)      Q = m C T 

                 = 75  = 8.8  10⁶ J

      التحويل من J  إلى kWh                                                                          = 2.4 kWh  =                               

    تكلفة التسخين                                                                                        ريال  2.4× 0.15 = 0.36

نظرا لتساوي الكتلة والحرارة النوعية 6)  m_A  = m_B                       ,     C_A  = C_B                                                  

T_f درجة الحرارة النهائية للخليط                             T_f  = =     =  45.0 

       7 ) T_f =                                m_A = m_W

T_f =  

    كمية الحرارة المكتسبة من الماء :                                                                                 9)  Q = mC T

                                                                                 01.00 ) × 4180 ×15.0 = 6.27 k.J=  

كمية الحرارة المفقودة من الألمونيوم =  6.27 k.J   −

                 C =  =  = 8.36 ×10² J/kg.

                               **************************

                            عمل الطالبة: غدير