شرح الباب الثامن والتاسع في ماده الفزياء اولي ثانوي شرح رائع

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

26102010

مُساهمة 

. شرح الباب الثامن والتاسع في ماده الفزياء اولي ثانوي شرح رائع





بسم الله الرحمن الرحيم

الفصل الثامن قياس درجة الحرارة
الجزئ :
هو أصغر جزء من المادة يمكن أن يوجد في حالة انفراد و يحمل الخواص الكيميائية المميزة للمادة .
س: ما هي فروض النظرية الجزيئية لتركيب المادة ؟
1- المادة تتكون من جزيئات .
2- بين جزيئات المادة مسافات فاصلة ( كبيرة في الغازات – صغيرة في الجوامد – متوسطة في السوائل ) .
3- بين جزيئات المادة قوى تماسك ( تجاذب – ترابط ) كبيرة جدا في الجوامد و منعدمة في الغازات .
4- جزيئات المادة في حالة حركة مستمرة .
أ- اهتزازية في الجوامد . ب- انتقالية في السوائل و الغازات .

مظاهر تأثير الحرارة
تغير حالات المادة التمدد و الانكماش تيارات الحمل
س: علل : يجب ترك فواصل عند تصميم الكباري وقضبان السكة الحديد و المنشآت المعدنية ؟
جـ: لأن المسافات بين الجزيئات تزداد بالحرارة وذلك بسبب زيادة اهتزاز الجزيئات .
س: بم تفسر : حدوث العواصف ووجود البقع الشمسية ؟
جـ: بسبب تيارات الحمل حيث أن ارتفاع درجة حرارة الهواء يجعل الهواء الساخن يصعد لأعلى و يهبط الهواء
البارد لأسفل .
س: وضح بتجربة جول الإثبات ( تحول الشغل الميكانيكي إلى طاقة حرارية ) ؟
تركيب جهاز جول :
1- وعاء من النحاس مملوء بالماء بداخله أربعة عوارض ثابتة .
2- مروحة بها ثمانية عوارض تدور داخل الوعاء النحاسي .
3- ثقلان من الرصاص يتصلان بخيط متين ملفوف حول محور المروحة .




فكرة التجربة :
عند سقوط الثقلين تدور عوارض المروحة فتعمل على تحريك الماء و لكن العوارض الثابتة تعمل على منع دوران الماء فيتحول الشغل المبذول بواسطة العوارض المتحركة إلى طاقة داخلية للماء و النحاس و ترتفع درجة
حرارة الماء .
خطوات التجربة :
(1) لف الخيط حول محور الدوران ( بواسطة اليد ) فيرتفع الثقلان إلى أقصى حد ممكن .
(2) سجل درجة حرارة الماء قبل سقوط الثقلان ( درجة الحرارة الابتدائية ) .
(3) اترك الثقلان ليسقطان إلى أسفل تحت تأثير الجاذبية الأرضية .
(4) سجل درجة الحرارة مرة أخرى ( درجة الحرارة النهائية ) .
(5) كرر الخطوات السابقة عدة مرات و عين درجة الحرارة النهائية في كل مرة و منها احسب التغير في الطاقة الداخلية للماء ووعاء النحاس .
(6) احسب التغير في طاقة وضع الثقلين نتيجة سقوطهما عدة مرات ( الشغل الميكانيكي المبذول ) .
الملاحظة و الاستنتاج :
التغير في الطاقة الداخلية للماء ووعاء النحاس يعادل تماما التغير في طاقة وضع الثقلين بسبب سقوطهما
عدة مرات .
أي أن : التغير في الطاقة الداخلية = الشغل الميكانيكي المبذول
الطاقة الحرارية الداخلية و درجة الحرارة
س: ما المقصود بكلا من الطاقة الداخلية لجسم و درجة حرارة جسم و ما هي العلاقة بينهما ؟
الطاقة الداخلية لجسم :
هي مجموع طاقة الوضع و الحركة لجزيئات الجسم .
درجة حرارة جسم ( نظام ) :
تعتبر مقياسا للطاقة الداخلية له . و هي الخاصية التي يمكن بواسطتها الحكم على النظام من حيث كونه في حالة
اتزان حراري مع الوسط المحيط من عدمه .
العلاقة بينهما :
تعتبر درجة حرارة الجسم مقياسا لطاقته الداخلية ( علل ) ؟
عندما يكتسب الجسم كمية من الطاقة الحرارية تزداد سعة اهتزاز جزيئاته و بالتالي تزداد طاقة حركته و لذلك
تزداد الطاقة الداخلية للجسم و يصاحب ذلك ارتفاع درجة حرارته و العكس صحيح .
الاتزان الحراري :
يعنى وجود عدة أنظمة لها نفس درجة الحرارة :
إذا كان النظامان (A ، B ) في حالة اتزان حراري كل على حده
مع نظام ثالث (C ) فإن ذلك يعنى أن النظامان ( A ، B )
في حالة اتزان حراري مع بعضهما .
الترمومتر :
هو الوسيلة المستخدمة لقياس درجة الحرارة .
المادة الثرمومترية :
مادة تتغير إحدى خواصها الفيزيائية بانتظام مع تغير درجة الحرارة .
وحدات قياس درجة الحرارة
درجة الحرارة درجة تجمد الماء درجة غليان الماء
مقياس سلزيوس (oc) 0 co 100 co
مقياس فهرنهيت (F) 32 Fo 212 Fo
مقياس كلفن (k) 273 ko 373 ko

ملاحظات هامة :
1- مقياس كلفن هو المقياس المطلق المعتمد في النظام الدولي لقياس درجات الحرارة . ( وحدة أساسية )
2- يمكن التحويل من درجة فهرنهيت إلى درجة سليزية من العلاقة toc = ?? ( tof – 32 )
3- يمكن التحويل من درجة سليزية إلى كلفن باستخدام العلاقة : Tok = toc + 273
مثال :
احسب درجة حرارة جسم الإنسان على تدريج كلفن و على تدريج فهرنهيت
الحــــــل
... toc = 37
... Tok = toc + 273 = 37 + 273 = 310ko
? toc = ?? ( tof – 32 ) ? 37 = ?? ( tof – 32 )
? tof = 100 fo
س: علل : الدرجة 20oc تقابل 293o k ؟
جـ: لأن Tok = toc + 273
? Tok = 20 + 273 = 293 ko
س: علل : إذا رفعت درجة حرارة جسم 20co تكون رفعت 20ko ؟
جـ: لأن أقسام تدريج كلفن و أقسام تدريج سلزيوس متساوية و هي 100 قسم .
قياس درجة الحرارة
س: ما هو الأساس العلمي ( الفكرة العلمية ) التي بني عليها عمل الترمومترات ؟
جـ: تغير بعض الخواص الفيزيائية بانتظام مع تغير درجة الحرارة .
وجه المقارنة الترمومتر الترمومتر السائل الترمومتر الغازي الترمومتر البلاتيني
1- المادة الثرمومترية زئبق أو كحول غاز ذو حجم ثابت سلك مقاومة من البلاتين
2- الخاصية الفيزيائية تغير طول عمود السائل في الأنبوبة الشعرية بانتظام مع تغير درجة الحرارة تغير ضغط الغاز بانتظام مع تغير درجة الحرارة تغير مقاومة الملفات بانتظام مع تغير درجة الحرارة

س: علل : يفضل استخدام الزئبق عن الماء في عمل الترمومترات ؟
جـ: لأن الزئبق يتمدد بانتظام مع تغير درجة الحرارة بعكس الماء .
س: ما هي فكرة عمل الترمومتر السائل ؟
جـ: تغير طول عمود السائل بانتظام مع تغير درجة الحرارة و ذلك الزئبق و الكحول يتمددان و ينكمشان بانتظام مع تغير درجة الحرارة .
استنتاج العلاقة بين درجة الحرارة (t) و الخاصية الفيزيائية (x)
?? = ???
?? = ???
? t = 100 ???
و على ذلك يكون :
الترمومتر السائل الترمومتر الغازي ترمومتر المقاومة البلاتيني

t = 100 ????

t = 100 ???
t = 100 ???
أمثلة متنوعة
مثال1:
إذا كان طول عمود الزئبق في ترمومتر هو 12 cm عند نقطة انصهار الجليد أوجد درجة الحرارة التي يصبح
عندها طول عمود الزئبق15.2 cm علما بأن طول عمود عند نقطة غليان الماء 24.8 cm ؟
مثال2:
إذا كان ضغط الغاز في ترمومتر غازي ثابت الحجم هو 100 cm Hg عند نقطة تجمد الماء و 150 cm Hg
عند نقطة غليان الماء فما هي درجة حرارته المقابلة لضغط يساوى 140 cm Hg ؟
مثال3:
إذا كانت مقاومة ترمومتر بلاتين الكهربية عند 0 co تساوى 5 ? و عند 100 co تساوى 5.12 ? أوجد درجة
الحرارة المقابلة لمقاومة تساوى 5.36 ? ؟
مثال4:
إذا كان طول عمود الزئبق في ترمومتر زئبقي 12 cm ، 15 cm عند درجة حرارة 60 co فاحسب درجة
الحرارة التي يصبح عندها طول عمود الزئبق 18 co ؟
مثال5:
مادة ترمومتريه تتغير إحدى خواصها الحرارية بانتظام مع تغير درجات الحرارة فإذا علمت أن هذه الخاصية عند 100 co تزداد بنسبة 15% من قيمتها عند 0 co فاحسب درجة الحرارة التي تزداد فيها قيمة هذه الخاصية
بنسبة 40% ؟
مثال6:
إذا كانت المسافة بين علامتي انصهار الجليد و بخار الماء على ساق ترمومتر غير مدرج هو 180 mm فما هي
درجة الحرارة التي يسجلها الترمومتر عندما يصبح ارتفاع عمود الزئبق 90 mm فوق علامة انصهار الجليد .



الفصل التاسع
الطاقة الحرارية
س: ما الفرق بين الطاقة الحرارية الداخلية و الحرارة الخارجية و درجة الحرارة ؟
الطاقة الحرارية الداخلية :
هي مجموع طاقة الحركة و الوضع لجزيئات المادة .
الحرارة الخارجية :
هي الطاقة الحرارية التي تنتقل من الوسط المحيط إلى المادة أو من المادة إلى الوسط المحيط .
درجة الحرارة :
هي مقياس للطاقة الداخلية للجسم .
س: ما هو شرط انتقال الحرارة بين جسمين؟
جـ: اختلاف درجة الحرارة للجسمين فالحرارة تنتقل من الجسم الأعلى في درجة الحرارة إلى الجسم الأقل في
درجة الحرارة .
س: ما الفرق بين الاتزان الحراري و الاتزان الديناميكي ؟
الاتزان الحراري الاتزان الديناميكي
يحدث عندما تتساوى درجة حرارة الوسط مع درجة حرارة الجسم و تثبت درجة حرارة الجسم . يحدث عندما تثبت حرارة الجسم و لكنها لا تساوى درجة حرارة الوسط المحيط به
حيث يكون معدل الطاقة المكتسبة ( الممتصة )
مساويا معدل الطاقة المفقودة ( المنبعثة ) من الجسم
مثل المدفأة و المكواة

س: ما هي العوامل التي تتوقف عليها كمية الحرارة المكتسبة لجسم ؟
1- نوع مادة الجسم .
2- كتلة الجسم
3- درجة الحرارة المراد رفعها .
4- زمن التسخين ( حيث يعتبر الزمن مقياسا للحرارة المعطاة ) .
وضح بالتجربة أن كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة من جسم تختلف باختلاف نوع المادة .
1- نقوم بتسخين كرات متساوية الكتلة (1kg) من مواد مختلفة و في درجات حرارة متساوية على موقد معدني اشتعاله ثابت إلى درجة 100 co .
2- نجد أن هذه الكرات تأخذ زمنا غير متساويا
أي أنها تكتسب كميات مختلفة من الحرارة .
3- نسقط هذه الكرات معا على طبقة رقيقة من
شمع البرافين و هي في درجة 100 co نجد أن
كرات الحديد و النحاس تخترقان هذه الطبقة بسهولة
– بينما يتعذر تماما اختراق كرات الزجاج و الألمونيوم .
الاستنتاج :
أي أن كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة تتوقف على نوع المادة .
س: ما الفرق بين السعة الحرارية و الحرارة النوعية لمادة ؟
وجه المقارنة السعة الحرارية لجسم qth الحرارة النوعية لجسم cth
التعريف هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم كله درجة واحدة هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1kg من المادة درجة واحدة
القانون
qth = ?? = m Cth

Cth = ??
الوحدة J/ko جول / كلفن J/kg.ko جول /كجم . كلفن
الصفة المميزة ليست صفة مميزة للمادة لأنها تزداد بزيادة كتلة الجسم تعتبر صفة مميزة للمادة لأنها تختلف باختلاف نوع المادة

س: متى تتساوى السعة الحرارية لجسم مع الحرارة النوعية لمادته ؟
جـ: عندما تكون كتلة الجسم مساوية 1 kg .
س: ما المقصود بأن السعة الحرارية لجسم 80 J/ko ؟
جـ: أي أنه لرفع درجة حرارة الجسم درجة واحدة كلفينية يلزم طاقة حرارية = 80 J
س: ما المقصود بأن الحرارة النوعية للماء 4200 J/kg.ko ؟
جـ: أي أنه لرفع درجة حرارة 1kg من الماء 1ko يلزم طاقة حرارية 4200 J .
س: ما معنى أن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1kg من الرصاص 1ko = 130 J؟
جـ: أي أن الحرارة النوعية للرصاص = 130 J/kg.ko .
Qth = m × Cth × ?t

ملاحظات هامة :
1- تقل الحرارة النوعية للمادة بزيادة عدد الكتلة .
2- عند وضع جسم ساخن ( كرة نحاس ) في ماء بارد فإن الجسم الساخن يفقد طاقة حرارية يكتسبها الجسم
( الماء ) البارد و تكون : Q-th = Q+th
مثال1:
ما هي كمية الحرارة التي تلزم لرفع درجة حرارة 200 gm من الألمونيوم من 20 co إلى 100 co علما بأن
الحرارة النوعية للألمونيوم 900 J/kg.ko ؟
مثال2:
ما مقدار الانخفاض في درجة حرارة قطعة من النحاس كتلتها 0.1 إذا فقدت كمية من الحرارة إلى الوسط المحيط
قدرها 3906 J علما بأن الحرارة النوعية للنحاس 390.6 J/kg.ko ؟
مثال3:
كتلة من الألمونيوم مقدارها kg 0.025 مسخنة إلى 100 co ألقيت في كأس به ماء كتلته 0.065 kg درجة حرارته 35 co فأصبحت الدرجة النهائية للخليط 40 co فاحسب الحرارة النوعية للألمونيوم علما بأن الحرارة
للماء 4200 J/kg.ko ( مع إهمال الحرارة التي اكتسبها الكأس ) .
مثال4:
رفعت درجة حرارة قطعة من النحاس كتلتها 0.135 kg إلى 100 co ثم نقلت بسرعة إلى أناء من الألمونيوم كتلته 0.01 kg به 0.1 kg من الماء درجة حرارته الابتدائية 10 co فإذا كانت درجة الحرارة النهائية 20 co
و الحرارة النوعية للألمونيوم 900 J/kg.ko و للماء 4200 J/kg.ko فما هي الحرارة النوعية للنحاس؟
مثال5:
قطعة معدنية كتلتها 0.35 kg فإذا كانت الحرارة النوعية لهذا المعدن 460 J/kg.ko فما هي السعة
الحرارية لها ؟
المسعر الحراري
عبارة عن :
إناء معزول عزلا حراريا تاما عن الوسط
المحيط لمنع تسرب الحرارة منه أو إليه .
تركيبه :
وعاء من النحاس محاط بمادة عازلة مثل اللباد
أو الصوف الحراري و موضوع داخل إناء آخر.
استخدامه :
في تجارب تعيين السعة الحرارية و الحرارة النوعية .
تجربة عملية :
تعين الحرارة النوعية لجسم صلب ( النحاس مثلا ) بطريقة الخلط
فكرة التجربة :
كمية الحرارة التي تفقدها خراطة النحاس ( Q-th ) = كمية الحرارة التي يكتسبها الماء و المسعر ( Q+th )
خطوات العمل
(1) عين كتلة المسعر فارغا نظيفا (m1) ثم ضع به كمية مناسبة من الماء و احسب كتلة الماء (m2) .
(2) قم بقياس درجة حرارة المسعر و الماء (t1) .
(3) سخن الغلاية باستخدام موقد و انتظر مدة مناسبة حتى تثبت درجة النحاس ثم عين درجة الحرارة
و لتكن (t2) .
(4) ضع خراطة النحاس الساخنة بسرعة في المسعر مع تقليب الماء ثم عين درجة الحرارة النهائية (t) .
(5) قم بتعين الحرارة النوعية للنحاس (Cth) بتطبيق العلاقة :
Q-th = Q+th
mCth ( t2 – t1 ) = ( m1Cth1 + m2Cth2 ) ( t – t1 )
حيث (m) هي كتلة خراطة النحاس (Cth1) الحرارة النوعية للمسعر
(Cth2) الحرارة النوعية للماء .






تغير الحالة
الانصهار :
تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة باكتساب الحرارة .
التجمد :
هو تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة بفقد الحرارة .
التصعيد :
هو تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية باكتساب الحرارة .
التكثيف :
تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة بفقد الحرارة .
تفسير الانصهار لصلب

س: علل أثناء انصهار صلب لا ترتفع درجة حرارته بالرغم من استمرار التسخين ؟
جـ: لأن الطاقة الحرارية الممتصة تزيد من اهتزاز جزيئات الصلب فيتم كسر الروابط بين هذه الجزيئات لتصبح
الجزيئات حرة الحركة في الحيز الذي يشغله السائل الناتج عن الانصهار .
الحرارة الكامنة للانصهار (Lth) :
هي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل (1kg) من المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة دون تغير في درجة الحرارة .
كمية الحرارة اللازمة لانصهار كتلة (m) من مادة صلبة Qth = m . Lth
س: ما معنى أن الحرارة الكامنة لانصهار الجليد 3.3 × 105 J/ko ؟
جـ: أي أن : مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل (1kg) من الجليد عن صفر co إلى ماء عند
صفر co = 3.3 × 105 J .

تفسير التصعيد لسائل
س: علل : أثناء تصعيد سائل لا ترتفع درجة حرارته بالرغم من استمرار تزويده بالطاقة الحرارية ؟
جـ: لأن الطاقة الحرارية الممتصة تزيد من الطاقة الداخلية لجزيئات السائل و يزداد متوسط طاقة حركة
الجزيئات و يزداد معدل هروبها من السائل حتى تصل إلى أعلى قيمة لها عند درجة الغليان .

الحرارة الكامنة للتصعيد (Bth) :
هي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل (1kg) من المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية دون تغير في درجة الحرارة .
كمية الحرارة اللازمة لتصعيد كتلته (m) من مادة سائلة Qth = m.Bth
س: ما معنى أن الحرارة الكامنة لتصعيد الماء = 2.2 × 105 J/ko ؟
جـ: أي أن مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل (1kg) من الماء من الحالة السائلة عند 100 co إلى بخار ماء عند نفس الدرجة = 2.2 × 105 J
مثال1 :
احسب مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل 0.1 kg من الجليد عند صفر co إلى ماء عند 20 co علما بأن
الحرارة الكامنة لانصهار الجليد 3.34 × 105 جول / كلفن و الحرارة النوعية للماء 4200 J/kg.ko ؟
مثال2:
احسب مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لتحويل 0.2 kg ماء عند 10 co إلى بخار ماء عند 100 co علما بأن
الحرارة النوعية للماء 4200 J/kg.ko و الحرارة الكامنة لتصعيد الماء 2.257 × 105 J/ko ؟
تجربة عملية لتعين الحرارة الكامنة لانصهار الجليد Lth
فكرة التجربة :
كمية الحرارة الممتصة للجليد = كمية الحرارة المفقودة من الماء و المسعر .
خطوات العمل :
1- عين كتلة المسعر فارغ جاف نظيف
و لتكن m1 وحرارته النوعية Cth1
2- ضع بالمسعر نحو ثلثين ماء و عين كتلة
الماء و المسعر و منه نعيين كتلة الماء m2
و حرارته النوعية Cth2 .
3- تقيس درجة حرارة و المسعر و الماء الابتدائية t1 .
4- نجفف قطعة من الجليد و نضعها بسرعة في ماء المسعر .
5- نحرك ببطء الخليط حتى تمام انصهار الجليد و نقيس درجة الحرارة النهائية t .
6- نعين كتلة قطعة الجليد m3 وهي تساوى ( كتلة المسعر و الماء و الجليد – كتلة المسعر و الماء معا )
7- نحسب الحرارة الكامنة لانصهار الجليد من القانون .
Q+th3 = Q-th1 + Q-th2
m3 Lth + m3 Cth2 ( t – o ) = ( m1 Cth1 + m2 Cth2 ) ( t1 – t )

البارون


الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

مُشاطرة هذه المقالة على: Excite BookmarksDiggRedditDel.icio.usGoogleLiveSlashdotNetscapeTechnoratiStumbleUponNewsvineFurlYahooSmarking

 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى