حل درس الطاقة كيمياء ثاني عشر متقدم

حل درس الطاقة كيمياء ثاني عشر متقدم

الطاقة 

طبيعة الطاقة 

قد تكون على معرفة بمصطلح الطاقة ربما قد سمعت قبلا شخص يقول لقد نفدت طاقتي، بعد ممارسة لعبة رياضية شاقة أو بعد قضاء يوم عصيب غالبا ما ناقش موضوعات كالطاقة الشمسية، والطاقة النووية، والسيارات الموفرة للطاقة وغيرها من الموضوعات الأخرى ذات الصلة في وسائل الإعلام تستخدم الطاقة لطهي الطعام الذي تأكله تحرك السيارات التي تنقلك إذا كان  الطقس حارا أو باردا في يوم ما  فإن الطاقة توفر درجة حرارة مناسبة ومريحة داخل  منزلك ومدرستك توفر الطاقة الكهربائية الإضاءة كما تمد الأجهزة كأجهزة الكمبيوتر تلفاز والهواتف والآلات الحاسبة بالطاقة كما تشارك الطاقة في تصنيع وتوصيل كافة المواد والأجهزة الموجودة داخل منزلك تتطلب كل حركة تقوم بها وكل فكرة تفكر بها طاقة ففي واقع الأمر، يمكنك القول بأن كل خلية من خلايا جسمك ما هي إلا مصنع صغير يعمل بالطاقة المستمدة من الطعام الذي تأكله .

تعريف الطاقة 

 الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل أو إنتاج حرارة إنها توجد في شكلين أساسيين«الطاقة الكامنة(طاقة الوضع)والطاقة الحركية .طاقة الوضع هي الطاقة المتولدة عن تركيب الجسم أو عن وضعه ومن الأمثلة على طاقة الوضع استعداد المتزلجة إلى أسفل التل عند نقطة الانطلاق، بعد إعطاء إشارة الانطلاق، تتغير طاقة المتزلجة الكامنة إلى طاقة حركية خلال رحلتها السريعة نحو خط النهاية الطاقة الحركية هي طاقة تنتج بسبب حركة الأجسام ويمكنك ملاحظتها في حركة الأشياء والأشخاص من حولك .

قانون حفظ الطاقة 

 عندما يندفع الماء عبر التوربينات في محطة توليد الطاقة الكهرومائية يتم تحويل بعض من طاقة الماء الحركية إلى طاقة كهربائية يعتبر البروبان (C3H8 )وقود هام للطهي والتدفئة  يتحد غاز البروبان مع الأكسجين ليكونا ثاني أكسيد الكربون والماء تخرج طاقة الوضع المخزنة في روابط البروبان في صورة حرارة في كلا المثالين، تتغير الطاقة من شكل إلى آخر، ولكن مع الحفاظ عليها يظل المقدار الإجمالي للطاقة ثابتا لفهم مفهوم الحفاظ على الطاقة بشكل أفضل، افترض أن لديك حسابين في البنك وتحول الأموال من حساب إلى أخر   بالرغم من أن مقدار المبلغ المالي في كلا الحسابين في البنك إلا أن المبلغ المالي الموجود في هذا البنك لا يزال كما هو وعند التطبيق على الطاقة، ينص قانون حفظ الطاقة على أنه يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، ولكن لا تفنى ولا تستحدث خلال أي تفاعل كيميائي أو عملية فيزيائية كما يعرف هذا أيضا بالقانون الأول للديناميكا الحرارية .

طاقة الوضع الكيميائية 

تسمى الطاقة المخزنة في المادة بسبب تركيبتها ب طاقة الوضع الكيميائية تلعب طاقة الوضع الكيميائية دورا هاما في التفاعلات الكيميائية على سبيل المثال، تنتج طاقة الوضع الكيميائية للبروبان عن ترتيب ذرات الكربون والهيدروجين وقوة الروابط التي تربط بين هذه الذرات .

الحرارة 

الحرارة المكون الرئيس للجازولين هو الأوكتان (C8H18 )عندما يحترق الجازولين في محرك السيارة، يتحول جزء من طاقة الوضع الكيميائية للأوكتان لتقوم بمهمة تحريك المكابس، مما يؤدي إلى تحريك العجلات ودفع السيارة بالرغم من هذا، يتم تحرير جزء كبير من طاقة الوضع الكيميائية للأوكتان في صورة حرارة يستخدم الرمز q ليعبر عن الحرارة وهي الطاقة التي تنتقل من جسم أكثر سخونة إلي جسم أكثر برودة عندما يفقد الجسم الأكثر سخونة الطاقة، تنخفض درجة حرارته عندما يمتص الجسم الأكثر برودة الطاقة، ترتفع درجة حرارته .

قياس الحرارة 

يعتبر انتقال الطاقة والتغير في درجة الحرارة مفتاحين لكيفية قياس الحرارة تعرف كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء النقي درجة سيليزية واحدة (C°1 )بـ السعر (Cal )عندما يحرق جسمك السكريات والدهون ليكون ثاني أكسيد الكربون والماء، فإن هذه التفاعلات الطاردة تولد حرارة يمكن قياسها بالسعرات الغذائية (Cal )لاحظ أنه يعبر عن السعرات الغذائية بحرفC كبير في كلمة (Cal )يرجع هذا لأن السعر الغذائي يساوي 1000 سعر حراري، أو كيلو كالوري (kcal )تذكر أن البادئة كيلو تعني 1000 على سبيل المثال، تحتوي ملعقة كبيرة من الزبد على 100 سعر غذائي (cal 100 )تقريبا هذا يعني أنه إذا احترق الزبدتماما لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء، فسيتم إطلاق (kcal 100 )(100,000 cal) من الحرارة .

الحرارة النوعية 

لقد قرأت أنه يلزم توفير 1cal أو J 184.4 لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء النقي  درجة سيليزية واحدة (C°1 ) تعرف الكمية  j/°(g·°C)   4.184  بالحرارة النوعية( c)  للماء تعرف الحرارة النوعية لأي مادة بمكية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من هذه المادة (C°1 )ولأن المواد المختلفة لها تراكيب مختلفة، فإن لكل مادة الحرارة النوعية الخاصة بها لرفع درجة حرارة الماء (C°1 )يجب أن يمتص كل جرام واحد من الماء J 184.4 بينما يلزم توفير قدر أقل بكثير من الطاقة لرفع درجة حرارة كتلة مساوية من الخرسانة (C°1 ) ربما قد لاحظت أن الأرصفة الخرسانية تصبح ساخنة في اليوم الصيفي المشمس يعتمد مستوى السخونة على الحرارة النوعية للخرسانة، ولكن هناك عوامل أخرى مهمة أيضا تبلغ الحرارة النوعية للخرسانة (C·°g°(J 84.0 مما يعني أن درجة حرارة الخرسانة ترتفع تقريبا خمسة أضعاف درجة حرارة الماء عند امتصاص كتل متساوية من الماء والخرسانة لنفس مقدار الطاقة .

حساب الحرارة الممتصة 

 افترض أن درجة حرارة كتلة من الرصيف الخرساني تبلغ g 103 × 00.5 قد زادت بمقدار C°0.6 ̄فهل يمكن حساب مقدار الطاقة التي تم امتصاصها؟ تذكر أن الحرارة النوعية للمادة تخبرك عن مقدار الحرارة التي قد امتصها جرام واحد من هذه المادة لرفع درجة حرارتها (C°1)يوضح أن درجات الحرارة النوعية لبعض المواد الشائعة تبلغ الحرارة النوعية للخرسانة (C·°g°(J 84.0 لذا، فإن جرام واحد من الخرسانة يمتص J 84.0 عندما ترتفع حرارته (C°1) ولتحديد الحرارة التي امتصتها g 103 × 00.5 من الخرسانة يجب عليك ضرب J 84.0 في 103 × 00.5 ̄ثم، نظرا اتغير درجة  حرارة الخرسانة بمقدار C°0.6 ،يجب عليك ضرب الناتج من ضرب الكتلة والحرارة النوعية في  6.0°C 

معادلة حساب الحرارة :  q = c × m × ΔT

حساب الطاقة المنطلقة 

يمكن للمواد امتصاص الطاقة وإطلاقها على حد سواء يمكن استخدام المعادلة السابقة نفسها لحساب الطاقة التي تطلقها المواد عندما تبرد افترض أن قطعة خرسانية كتلتها g 103 × 00.5 وصلت إلى درجة حرارة C°0.74 خلال يوم مشمس وانخفضت درجة حرارتها إلى C°0.40 ليلا فكم كمية الحرارة التي تم تحريرها؟ احسب أولا ΔT .

ΔT = 40.0°C - 74.0°C = -34.0°C

الإشارة السالبة في الإجابة النهائية تدل على أن الطاقة منطلقة ثم، استخدم المعادلة لحساب كمية الحرارة 

q = c × m × ΔT