اشترك بخدمة البريد ليصلك جديدنا ..

Archive for يوليو 2017

شرح درس درجة الحرارة والطاقة الحرارية – الطاقة الحرارية

الخميس، 27 يوليو 2017


بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شرح درس درجة الحرارة والطاقة الحرارية – الطاقة الحرارية

نبدأ على بركة الله

الديناميكا الحرارية : هي دراسة تحولات الحرارة إلى أشكال أخرى من أشكال الطاقة .

على الرغم من أن دراسة الديناميكا الحرارية بدأت في القرن الثامن عشر ، إلا أنه لم يتم الربط بين مفاهيم الديناميكا الحرارية وحركة الذرات و الجزيئات في المواد الصلبة والسوائل والغازات حتى عام 1990 تقريبا .

تستخدم مفاهيم الديناميكا الحرارية اليوم على نطاق واسع في التطبيقات المختلفة ويستخدم المهندسون قوانين الديناميكا الحرارية في تطوير أداء الثلاجات ، ومحركات المركبات ،والطائرات ، وآلات أخرى .

درسنا سابقا كيف تتصادم الأجسام وتتبادل طاقاتها الحرارية . فعلى سبيل المثال ، الجزيئات الموجودة في غاز ما لها طاقات حركية خطية ودورانية . وقد يكون للجزيئات طاقة وضع خلال اهتزازها وترابطها .

درجة حرارة الغاز : الطاقة الكلية للجزيئات بالطاقة الحرارية . ويرتبط متوسط الطاقة لكل جزيء .

ما الذي يجعل الجسم ساخنا ؟



عندما تملأ بالونا بغاز الهيليوم يتمدد مطاط البالون وذلك بفعل تصادم ذرات الغاز بجدار البالون الداخلي بشكل متكرر ، إذ تصطدم كل ذرة من بلايين ذرات غاز الهليوم التي في البالون بجداره المطاطي ، ثم ترتد إلى الخلف لتصطدم بالطرف الآخر من البالون ، كما في الشكل 1-5 . وقد تلاحظ أن البالون يصبح أكبر قليلا إذا عرضته لأشعة الشمس ، لأن طاقة أشعة الشمس تجعل ذرات الغاز تتحرك أسرع ،لذا تصطدم بالجدار بمعدل أكبر . و يؤدي كل تصادم ذري إلى إحداث قوة أكبر على جدار البالون . ولذا يتمدد المطاط ، مما يؤدي إلى تمدد البالون كليا . أما عند تبريد البالون فإنه سنكمش قليلا ، لأن خفض درجة الحرارة يبطئ من حركة ذرات الهيليوم مما يجعل البالون ينكمش .

لذرات المواد الصلبة طاقة حركية أيضا ، ولكنها لا تتمكن من الحركة بحرية مثل ذرات الغاز . والطريقة الوحيدة لتصور التركيب الجزيئي للمادة الصلبة ، تكون برسم عدد من الذرات المرتبطة معا بنوابض تسمح لها بالحركة في صورة ارتدادات مختلفة الشدة إلى الأمام ، وإلى الخلف .

ملاحظة : للجسم الساخن طاقة حرارية أكبر من الجسم البارد المشابه له . حيث أن الجزيئات في الجسم الساخن لها طاقة حرارية أكبر من الجزيئات في الجسم البارد .

ملاحظة : الجزيئات داخل الجسم ليس لها كمية الطاقة نفسها .

تعتمد درجة الحرارة على متوسط الطاقة الحركية للجزيئات في الجسم فقط ، وهي لا تعتمد على عدد الذرات في الجسم . وتقسم الطاقة الحركية الكلية على عدد الجزيئات الموجودة في الجسم لحساب متوسط الطاقة الحركية . لذا تتناسب الطاقة الحرارية في الجسم مع عدد الجزيئات فيه ، في حين أن درجة الحرارة لا تعتمد على عدد الجزيئات في الجسم .

كيف تقيس درجة حرارة جسمك ؟
عندما تشعر بأنك مصاب بالحمى ، فقد تضع مقياس حرارة في فمك وتنتظر بضع دقائق قبل أن تنظر إلى قراءة درجة الحرارة على المقياس . و تقوم آلية عمل مقياس الحرارة كما يلي :
قياس درجة الحرارة تتضمن التصادمات وانتقالات الطاقة بين مقياس الحرارة وجسمك ، فعندما يكون جسمك ساخنا مقارنة بمقياس الحرارة فذلك يعني أن الجزيئات في جسمك لها طاقة حرارية أكبر ، وتتحرك بسرعة أكبر من الجزيئات التي في المقياس . وعندما يلامس أنبوب المقياس الزجاجي البارد جلدك الذي يكون أدفأ من الزجاج فإن الجزيئات المتحركة بسرعة في جلدك تصطدم بالجزيئات المتحركة ببطء في الأنبوب الزجاجي ، فتنتقل الطاقة عندئذ من جلدك إلى الزجاج عن طريق عملية التوصيل الحراري .

التوصيل الحراري : هو انتقال الطاقة الحركية عندما تتصادم الجزيئات . أي أن الطاقة الحرارية للجزيئات المكونة لمقياس الحرارة تزداد ، وفي الوقت نفسه تتناقص الطاقة الحرارية للجزيئات في الجلد .

 عندما يصبح معدل انتقال الطاقة من الزجاج إلى الجسم مساويا لمعدل انتقال الطاقة من الجسم إلى الزجاج عند اللحظة التي تتساوى فيها درجتا حرارة الجسم ومقياس الحرارة . فإنه عندئذ إن الجسم ومقياس الحرارة وصلا إلى الاتزان الحراري .

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

مقياسا درجة الحرارة : السلسيوس والكلفن
ابتكر عالم الفلك والفيزياء السويدي أندريه سلسيوس عام 1741 م مقياسا يعتمد على خصائص الماء . ففي هذا المقياس – الذي يسمى الآن مقياس سليوس – تعرف نقطة تجمد الماء النقي لتكون 0 C  ونقطة غليان الماء النقي عند مستوى سطح البحر لتكون 100 C .



يوضح الشكل السابق المدى الواسع لدرجات الحرارة الموجودة في الكون .

علل : إن مقياس سلسيوس مفيد في القياسات اليومية لدرجة الحرارة ، غير أن استخدامه في المسائل العلمية والهندسية غير عملي .
لأنه يحتوي على درجات حرارة سالبة .

ملاحظة : الطاقة الحركية دائما موجبة .

مقياس الكلفن : هو تدريج قياس يبدأ من الصفر المطلق .

ملاحظة : إن نقطة الصفر في مقياس كلفن تعرف بأنها نقطة الصفر المطلق .وتسمى الدرجة الواحدة على هذا المقياس كلفن
يمكن التحويل بين الكلفن والسلسيوس بالعلاقة
Tc +273 = Tk

الحرارة وتدفق الطاقة الحرارية :

الحرارة : هي الطاقة التي تنتقل بين جسمين . وهي تتدفق من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد .

ملاحظة : لا يمكن أن  تنتقل الحرارة من الجسم الابرد إلى الجسم الأسخن أبدا .

ملاحظة : يرمز لكمية الحرارة بالرمز Q وتقاس بوحدة الجول .

ملاحظة : عندما تكون Q سالبة فهذا يعني أن الحرارة تنبعث من الجسم .

ملاحظة : عندما تكون Q موجبة فهذا يعني أن الجسم امتص حرارة .

علل : عند وضع نهاية قضيب في النار فإن الحرارة تصل للطرف الآخر في فترة زمنية قصيرة .
لان الجزيئات في القضيب كانت تتلامس معا مباشرة مما يجعل انتقال الحرارة أسرع .

هل يمكن أن تنتقل الطاقة الحرارية ان لم يكن هناك تلامس بين جزيئات الجسم ؟ كيف ذلك ؟
نعم ، فعند تسخين الماء الموجود في دورق فإن الماء الموجود في القاع يسخن بفعل التوصيل ويصعد إلى أعلى في حين ينزل الماء البارد من أعلى نحو القاع . فتتدفق الحرارة بين الماء الساخن الصاعد للأعلى والماء البارد النازل للأسفل .

الحمل الحراري : حركة المائع في المادة السائلة أو الغازية التي تحدث بسبب اختلاف درجة الحرارة .

من الأمثلة التي يحدث بها الحمل الحراري : الاضطرابات الجوية ، العواصف الرعدية .
الإشعاع الحراري : هو انتقال الطاقة بواسطة الأمواج الكهرومغناطيسية .
مثال : تعمل الشمس على تسخين الأرض وذلك من بعد 150 مليون كيلومتر .

نستنتج مما سبق أن هناك ثلاث طرق للانتقال الحراري :
1-  التوصيل الحراري : تنتقل الحرارة بين جسمين متلامسين
2-  الحمل الحراري : تنتقل الحرارة بين جسمين غير متلامسين
3-  الإشعاع الحراري : انتقال الحرارة بين جسمين غير متلامسين بواسطة الأمواج الكهرومغناطيسية.

السعة الحرارة النوعية :
بعض الأجسام لها قابلية لإكتساب الحرارة أكثر من غيرها . ففي الأيام المشمسة تكون حرارة الرمل أكثر من حرارة ماء البحر رغم تعرضهما للطاقة الحرارية من المصدر نفسه (الشمس) وخلال الفترة الزمنية نفسها . ومن هنا نستنتج أن ازدياد حرارة الجسم يعتمد على كتلة الجسم ونوع مادته .

السعة الحرارة النوعية : هي كمية الطاقة التي يجب أن تكتسبها المادة لترتفع درجة حرارة وحدة الكتل من هذه المادة درجة سليزية واحدة .

يرمز للسعة الحرارية النوعية بالرمز C وتقاس بوحدة J/kg.K في نظام الوحدات العالمي . ويبين الجدول التالي قيم السعة الحرارية النوعية لبعض المواد المعروفة .



ملاحظة : يعتمد مقدار الحرارة التي يكتسبها جسم ما أو يفقدها عند تغير درجة حرارته يعتمد على كتلته وعلى التغير في درجة حرارته وعلى السعة الحرارية النوعية لمادة الجسم .

كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة :



النص الفيزيائي : كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة تساوي كتلة الجسم مضروبة في سعته الحرارية النوعية ، في الفرق بين درجتي حرارته النهائية والابتدائية .

المسعر : قياس الحرارة النوعية :
يستخدم المسعر لقياس التغير في الطاقة الحرارية . ويكون المسعر معزولا تماما بحيث يكون انتقال الطاقة إلى المحيط الخارجي أقل ما يمكن .

ألية عمل المسعر :
1-  توضع كتلة مقيسة من مادة مسخنة عند درجة حرارة عالية داخل المسعر الذي يحتوي أيضا على كتلة معروفة من الماء البارد وتكون درجة حرارة الماء معروفة أيضا .
2-  فتنتقل الحرارة المفقودة من المادة إلى الماء البارد
3-  يحسب التغير في الطاقة الحرارية للمادة من خلال الزيادة الحاصلة في درجة حرارة الماء .

هناك عدة أنواع من المسعرات فمنها ما تستعمل لقياس التفاعلات الكيميائية ومنها ما تستعمل لقياس محتوى الأطعمة من الطاقة .

ملاحظة : يعتمد عمل المسعر على مبدأ حفظ الطاقة في النظام المغلق والمعزول ، بحيث لا تدخل الطاقة هذا النظام او تغادره . ونتيجة لذلك فإنه عندما تزداد طاقة جزء معين فإن طاقة الجزء الآخر يجب أن تنقص بالمقدار نفسه .

حفظ الطاقة :
ثابت = EA + EB

النص الفيزيائي : تكون الطاقة الحرارية في النظام المغلق والمعزول للجسم A مضافا إليها الطاقة الحرارية للجسم B مقدارا ثابتا .

ملاحظة : تقسم الحيوانات إلى مجموعتين اعتمادا على درجات حرارة أجسامها :
1-  حيوانات ثابتة درجة الحرارة : تبقى درجات حرارة أجسامها مستقرة بغض النظر عن درجة حرارة المحيط .
2-  حيوانات متغيرة درجة الحرارة : ترتفع درجة حرارة اجسامها عندما تكون درجة حرارة المحيط مرتفعة .




تم بحمد الله


نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "



بالتوفيق للجميع ...^_^





حل أسئلة اختبار مقنن الفصل الرابع (الطاقة وحفظها)

الثلاثاء، 25 يوليو 2017


بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

حل أسئلة اختبار مقنن الفصل الرابع (الطاقة وحفظها)

نبدأ على بركة الله ..

أسئلة اختياري من متعدد
اختر الإجابة الصحيحة فيما يلي :

1. زادت سرعة دراجة هوائية من 4.0 m/s إلى 6.0 m/s . فإذا كانت كتلة راكب الدراجة والدراجة 55 kg ، فما الشغل الذي بذله سائق الدراجة لزيادة سرعتها ؟
     a.   11 J
     b.  28 J
     c.   55 J
     d.  550 J

الحل :
الاختيار الصحيح هو (D)

2. يبين الشكل أدناه كرة معلقة بخيط ، تتأرجح بشكل حر في مستوى محدد . فإذا كانت كتلة الكرة 4.0 kg ومقاومة الهواء مهملة فما أقصى سرعة تبلغها الكرة أثناء تأرجحها ؟
     a.   0.14 m/s
     b.   98 m/s
     c.    7.0 m/s
     d.    49 m/s



الحل :
الاختيار الصحيح هو (C)

3. ما مقدار الطاقة اللازمة لرفع صندوق كتلته 4.5 kg من الأرض إلى رف يرتفع 1.5 m فوق سطح الأرض ؟
     a.   9.0 J
     b.  49 J
     c.    11 J
     d.  66 J

الحل :
الاختيار الصحيح هو (D)


4. إذا أسقطت كرة كتلتها 6.0 x 10-2 kg من ارتفاع 1.0 m فوق سطح مستو صلب ، وعندما ضربت الكرة بالسطح فقدت 0.14 J من طاقتها ، ثم ارتدت مباشرة إلى أعلى ، فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ارتدادها عن السطح المستوي ؟
     a.   0.20 J
     b.  0.59 J
     c.    0.45 J
     d.  0.73 J

الحل :
الاختيار الصحيح هو (C)

5. عند رفع جسم كتلته 2.5 kg من رف يرتفع 1.2 m عن سطح الأرض إلى رف يرتفع 2.6 m فوق سطح الأرض ، فما مقدار التغير في طاقة وضع الجسم ؟
     a.   1.4 J
     b.  25 J
     c.    3.5 J
     d.  34 J

الحل :
الاختيار الصحيح هو (D)

6. تتحرك كرة كتلتها m بسرعة v1 على سطح أفقي عندما اصطدمت بحائط مبطن ، ثم ارتدت عنه في الاتجاه المعاكس . فإذا أصبحت طاقتها الحركية نصف ما كانت عليه قبل التصادم ، وأهملنا الاحتكاك ، فأي مما يلي يعبر عن سرعة الكرة بعد التصادم بدلالة سرعتها قبل التصادم ؟







الحل :
الاختيار الصحيح هو (B)

7. يبين الشكل أدناه كرة على مسار منحن ، فإذا تحركت الكرة بدءا من السكون في أعلى المسار ووصلت إلى السطح الأفقي في أسفله على الأرض بسرعة 14 m/s ، وأهملنا الاحتكاك ، فما الارتفاع h من سطح الأرض حتى أعلى نقطة في المسار ؟
     a.   7 m
     b.  14 m
     c.    10 m
     d.  20 m



الحل :
الاختيار الصحيح هو (C)

الأسئلة الممتدة

8. وضع صندوق على نابض مضغوط على منصة ، وعند إفلات النابض زود الصندوق بطاقة مقدارها 4.9 J ، فاندفع الصندوق رأسيا إلى أعلى ، فإذا كانت كتلة الصندوق 1.0 kg ، فما أقصى ارتفاع يصل إليه الصندوق قبل أن يبدأ في السقوط ؟
الحل:
PE = mgh
h= PE/mg
h= 4.9 /1x9.80
h= 0.5 m








تم بحمد الله


نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "



بالتوفيق للجميع ...^_^