درس انتقالات الطاقة الحرارية للصف الثامن
انتقالات الطاقة الحرارية
كيف تنقل الطاقة الحرارية
هل سبق لك أن دخلت إلى سيارة في يوم صيفي حار ؟يمكنكأن تخمن أن داخل السيارة حار قبل حتى أن تلمس مقبض الباب ثم تفتح الباب فتشعر كأن الهواء الساخن يتدفق إلى خارج السيارة عندما تلمس الأيزيم المعدني لحزام الأمان تجده ساخنا كيف تنتقل الطاقة الحرارية بين الأجسام ؟تنتقل الطاقة الحرارية بثلاث طرائق هي الأشعاع والتوصيل والحمل الحراري .
الإشعاع
يعرف انتقال الطاقة الحرارية من مادة إلى أخرى عبر موجات كهرو مغناطيسية بالإشعاع إن كل المواد يما في ذلك الشمس والنار وأنت وحتى الجليد تنقل الطاقة بالأشعاع تبعث الأجسام الدافئة إشعاعا أكثر مما تفعل الأجسام الباردة على سبيل المثال عندما تضع يديك بالقرب من النار يمكنك أن تحس بانتقال الطاقة الحرارية عبر الأشعاع بصورة أسهل من أحساسك عند وضع يديك بالقرب من كتلة من الجليد تسخن الطاقة الحرارية التابعة من الشمس داخل السيارة بواسطة الإشعاع في الحقيقة أن الأشعاع هو الطريقة الوحيدة التي يمكنة للطاقة الحرارية أن تنتقل بها من الشمس إلى الأرض يرجع السبب في ذلك إلى أن الفضاء عبارة عن فراغ ومع ذلك فأن الأشعاع ينقل الطاقة الحرارية أيضا عبر المواد الصلبة والسائلة والغازية .
التوصيل
افترض أن الطقس حار ولديك كوب من عصير الليمون أن درجة حرارة كوب عصير الليمون هي أقل من المحيط بالكوب بالتالي تكون للجسيمات التي تكون عصير الليمون طاقة حركية أقل من جسيمات التي تكون الهواء وعندما تتصادم جسيمات ذات طاقة حركيو مختلفة تنقل الجسيمات ذات الطاقة الحركية الأكبر طاقة إلى الجسيمات ذات الطاقة الحركية الأقل .تتصادم الجسيمات التي تكون الهواء مع الجسيمات التي تكون عصير الليمون وتنقل اليها طاقة حركية ونتيجة لذلك يزداد متوسط الطاقة الحركية للجسيمات أو درجة حرارة الجسيمات التي تكون عصير الليمون طالما أن الطاقة الحركية تنتقل فأن الطاقة الحرارية يجري نقلها كذلك يسمى انتقال الطاقة الحرارية بين المواد عن طريق اصطدام الجسيمات التوصيل يستمر التوصيل حتى تصبح الطاقة الحرارية لكل الجسيمات التي في حالة اتصال متساوية .
موصلات وعوازل الحرارة
لماذا يكون الأبزيم المعدني لحزام الأمان الموجود في السيارة في يوم حار أكثر سخونة من حزام الأمان عند لمسه ؟يستقبل كل من الأبزيم وحزام الأمان الكمية نفسها من الطاقة الحرارية من الشمس أن الفلز الذي يكون الأبزيم موصل جيد للحرارة أن موصل الحرارة عبارة عن مادة تتدفق من خلالها الطاقة الحرارية بسهولة تمتلك الذرات الموجودة في الموصلات الجيدة للحرارة إلكترونات تتحرك بسهولة تنقل تلك الإلكترونات طاقة حركية عندما تصطدم مع الإلكترونات والذرات الأخرى أن الفلزات أفضل من اللا فلزات في توصيل الحرارة وعازل الحرارة هو عبارة عن مادة لا تتدفق الطاقة الحرارية عبرها بسهولة .
أسئلة توجيهية
- ما المقصود بالأشعاع ؟هو عبارة عن انتقال الطاقة الحرارية من مادة إلى أخرى عبر الموجات الكهرو مغناطيسية
- اشرح في ضوء الطاقة ماذا يحدث عندما تأخذ كوبا باردا من الماء إلى الخارج في يوم حار ؟تنتقل الطاقة الحرارية الواردة من الشمس في صورة أشعاع والطاقة الحرارية الواردة من الهواء بالتوصيل إلى كوب الماء .
- لماذا قد يجعل ارتداء الملابس السوداء في يوم حار تشعر بمزيد من الحرارة ؟قد يعلم الطلاب أن اللون الأسود يمتص الأشعاع الأكبر من الشمس ولذلك فأنهم سيشعرون بمزيد من الحرارة في الملابس السوداء .
التمدد الحراري والأنكماش الحراري
لو أخذنا بالونا منفوخا إلى الخارج في يوم بارد ماذا يحدث ؟تنتقل الطاقة الحرارية من الجسيمات المكونة للهواء الموجود داخل البالون إلى الجسيمات المكونة لمادة البالون ثم إلى الهواء البارد في الخارج بينما تفقد الجسيمات المكونة للهواء الموجود داخل البالون طاقتها الحرارية يؤدي ذلك إلى تناقص حجم البالون
الأنكماش الحراري : هو تناقص في حجم المادة عند انخفاض درجة حرارتها .
يمكنك تسخين الهواء الموجود داخل البالون باستخدام مجفف الشعر تنقل الجسيمات المكونة للهواء الساخن الناتج عن مجفف الشعر طاقة حرارية تنطوي على طاقة حركية إلى الجسيمات المكونة للهواء الموجود داخل البالون عندما تزداد متوسط الطاقةالحركية للجسيمات تزداد سرعتها وتنتشر مما يسبب ازدياد حجم الهواء الموجود داخل البالون
التمدد الحراري : عبارة عن ازدياد في حجم المادة عند ارتفاع درجة حرارتها .
أسئلة توجيهية
- ماذا يحدث لكمية الطاقة الحرارية الموجودة في مادة ما أثناء التمدد الحراري وأثناء الانكماش الحراري ؟أثناء التمدد الحراري تزداد الطاقة الحرارية الموجودة في مادة ما .وأثناء الانكماش الحراري تنخفض الطاقة الحرارية الموجودة في المادة .
- ماذا يحدث لحجم غاز ما عند تسخينه ؟يزداد الحجم .
- كيف يوضح مقاييس الحرارة ذات البصيلة التمدد الحراري ؟عندما تزداد درجة حرارة السائل الموجود في بصيلة مقياس الحرارة يتمدد السائل مما يزيد من حجمه ويرتفع السائل في مقياس الحرارة .
الحرارة النوعية
تسمى كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1g من المادة بمقدار 1c الحرارة النوعية أن لكل مادة حرارة نوعية لا يتطلب تغيير درجة الحرارة المادة ذات حرارة نوعية منخفضة قدرا كبيرا من الطاقة لمن تغير درجة حرارة مادة ذات حرارة نوعية عالية يمكن أن يتطلب الكثير من الطاقة .
أسئلة توجيهية
- ما المقصود بالحرارة النوعية لمادة ما ؟ هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة الحرارة 1g من تلك المادة بمقدار درجة سيليزية واحدة .
- ماذا يعني امتلاك مادة ما لحرارة نوعية منخفضة ؟يعني أنها تتطلب طاقة حرارية أقل لزيادة درجة حرارته مما ستطلبه مادة ذات حرارة نوعية مرتفعة .
- لماذا قد يكون من النافع معرفة الحرارة النوعية لمادة ما ؟يمطن أن يخبرك ما اذا كانت تلك المادة موصلا أم عازلا جيدا للحرارة .
المناطيد
كيف تعمل المناطيد يقوم مرقد بتسخين الهواء الموجود داخل المنظاد مسببا تمددا حراريا فتتسارع حركةجسيمات المكونة للهواء داخل المنطاد أثناء التصادم الجسيمات يجبر بعضها على الخروج من المنطاد عبر الفتحة الموجودة في أسفله بالتالي يصبح عدد الجسيمات الموجودة في المنطاد اقل من عدد الجسيمات الموجودة في حجم من الهواء الخارجي مساو لحجم المنطاد فيصبح المنطاد اقل كثافة ويبدأ في الارتفاع في الهواء الخارجي الاكثر كثافة .
أسئلة توجيهية
- ما الذي يسبب التمدد الحراري الابتدائي في بالون الهواء الساخن ؟موقد يقوم بتسخين الهواء الموجود في البالون .
- في رأيك لماذا يمكن لبالونات الهواء الساخن الأكبر أن ترتفع أعلى من البالونات الاصغر ؟يكون للبالون الأكبر كثافة أقل من البالونات الاصغر وهذا ما قد يجعله قابلا للطفو أكبر وأسرع في الارتفاع .
الزجاج المقاوم للحرارة
إذا قمت بوضع كوب زجاجي عادي في فرن ساخن يمكن أن ينكسر الزجاج أو يتهشم إلا أن الزجاج المقاوم للحرارة لا يتضرر في فرن ساخن ماسبب ذلك ؟تتمدد الاجزاء المختلفة من الزجاج العادي بمعدلات مختلفة عند تسخينه فيسبب هذا انكساره أو تهشيمه إن الزجاج المقاوم للحرارة مصمم ليتمدد بمعدل أقل من تمدد الزجاج العادي عند تسخينه مما يعني أنه عادة لا ينكسر في الفرن .