درس استخدام الطاقة الحرارية علوم ثامن
استخدام الطاقة الحرارية
تحولات الطاقة الحرارية
تستطيع تحويل أشكال عديدة من الطاقة إلى طاقة حرارية فتمديد شريط مطاطي بشكل متكرر يجعله ساخنا ويسخن الخشب المحترق الهواء يصبح فرن التحميص ساخنا عند تشغيله .يمكنك أيضا تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة إذ بأمكان الفحم المحترق أن يولد كهرباء وتحول منظمات الحرارة الطاقةإلى أخرى الحرارية إلى طاقة ميكانيكية تعمل على تشغيل السخانات وأيقاف تشغيلها عندما تتحول الطاقة من شكل إلى أخر يصبح بالأمكان استخدامها لتأدية مهام مفيدة تذكر أن الطاقة لا تستحدث ولا تفنى فعلى الرغم من العديد من أن العديد من الأجهزة تحول الطاقة من شكل إلى أخر أو تنقلها من مكان إلى أخر إلا أن الكمية الكلية للطاقة لا تتغير .
أجهزة التسخين
يسمى الجهاز الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بجهاز تسخين تعد كل من مكواة تجعيد الشعر وجهار تحضير القهوة ومكواة الملابس أمثلة على أجهزة تسخين .كذلك تصبح الأجهزة الأخرى مثل أجهزة الحاسوب والهواتف المحمولة دافئة عندما تستخدمها بسبب التحول الدائم لبعض من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية داخل الجهاز الإلكتروني ومع ذلك لا تستخدم الطاقة الحرارية التي تولدها معظم الأجهزة الإلكترونية لأي غرض .
منظمات الحرارة
قد تكون سمعت صوت مكيف الهواء يعمل ذات يوم حار في منزلك أو في غرفة صفك عندما تصبح الغرفة باردة يتوقف مكيف الهواء أن منظم الحرارة هو جهاز ينظم درجة حرارة نظام ما إن ثلاجات المطبخ و ألات تحميص الخبز و الأفران الكهربائية كلها مجهزة بمنظمات حرارة .
الثلاجات
يطلق على الجهاز الذي يستخدم الطاقة الكهربائية لنقل الطاقة الحرارية من مكان أكثر برودة إلى مكان أكثر دفئا اسم الثلاجة تذكر أن الطاقة الحرارية تتدفق بشكل طبيعي من المنطقة الأكثر دفئا إلى المنطقة الأكثرل برودة قد يبدو عكس هذا مستحيلا ولكن هذه هي ألية عمل الثلاجة لذا كيف تنقل الثلاجة الطاقة الحرارية من داخلها البارد إلى الهواء الدافئ في الخارج ؟تمتلئ الأنابيب التي تحيط بالثلاجة بمانع يسمى السائل المبرد الذي يتدفق عبر الأنابيب .
أسئلة توجيهية
ما أوجه الأختلاف بين منظم الحرارة ومقياس درجة الحرارة ؟يقيس مقياس الحرارة درجة الحرارة بينما ينظم الحرارة درجة الحرارة النظام .
- كيف يستجيب السلك الملفوف ثنائي المعدن الموجود في منظم الحرارة إلى التسخين والتبريد ؟يتمدد الملف الثنائي المعدن وينفك عند تسخينه وينكمش وينثني بأحكام أكثر عند تبريده .
- كيف يمكن أن يوفر استخدام منظم الحرارة الطاقة في منزلك ؟يمكنك أن تبرمج منظم الحرارة ليبقى عند درجة حرارة منخفضة في المساء أو عندما لا تكون في المنزل مما يعني أن جهاز التدفئة الخاص بك سيستخدم كمية أقل من الطاقة في هذه الأوقات .
- لماذا قد ترغب في تحويل الطاقة الحرارية إلى نوع أخر من الطاقة ؟يجب أن يلاحظ الطلاب تحولات الطاقة تسمح لنا بالقيام بالعمل مثلما تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية في السيارات مما يجعل السيارة تتحرك .
- ماذا يحدث لأجمالي كمية الطاقة أثناء تحول الطاقة ؟ يتحول أحدأشكال الطاقة إلى شكل أخر من الطاقة ويبقى إجمالي كمية الطاقة كما هو .
- ما نوع الطاقة التي تشغل الثلاجة ؟يجب أن يلاحظ الطلاب أن الثلاجات تعمل بالطاقة الكهربائية
- ما نوع الطاقة التي ينقلها السائل المبرد الموجود في الثلاجة ؟ الطاقة الحرارية .
- ما أوجه الشبه بين مكيفات الهواء والثلاجات ؟تحتوي مكيفات الهواء على السائل المبرد الذي ينقل الطاقة الحرارية من الداخل إلى الخارج .
تبخر السائل المبرد
أن السائل المبرد هو مادة تتبخر عند درجة حرارة منخفضة في الثلاجة يضخ السائل المبرد عبر أنابيب إلى داخل الثلاجة وخارجها يمر السائل المبرد الذي يبدأ في صورة سائل عبر صمام التمدد ويبرد وبينما يتدفق الغاز البارد عبر الأنابيب داخل الثلاثة فأنه يمتص الطاقة الحرارية من مقصورة الثلاجة وبتبخر يصبح الغاز المبرد دافئا ويصبح داخل الثلاثة أكثر برودة
تكثف المبرد
يتدفق السائل المبرد إلى الضاغط الكهربائي في قاع الثلاجة وفي هذا المكان يضغط السائل المبرد أو يدفع إلى الدخول في حيز صغير مما يزيد من طاقته الحرارية ثم يضخ الغاز عبر ملفات المكثف وفي الملفات تصبح الطاقة الحرارية للغاز أكبر من الطاقة الحرارية للهواء المحيط مما يتسبب في تدفق الطاقة الحرارية من الغاز المبرد إفلى الهواء الموجود وراء الثلاجة عندما تزال الطاقة الحرارية من الغاز فأنه يتكثف أو يتحول إلى سائل .
المحركات الحرارية
أن محرك السيارة العادي هو محرك حراري المحرك الحراري ألة تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية تحرك الطاقة الميكانيكية المركبة تستخدم معظم السيارات والحافلات والقوارب والشاحنات وجزارات الأعشاب نوعا من المحرك الحراري يسمى محرك احتراق داخلي الطريقة التي يحول بها أحد أنواع محركات الأحتراق الداخلي الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية .ربما تكون قد سمعت عن شخص يتكلم عن سيارة فيها محرك سداسي الأسطوانات الأسطوانة هي أنبوب يحتوي على مكبس يتحرك إلى الأعلى ولإلى الأسفل في أحد أطراف الأسطوانة تشعل شرارة خليط الوقود والهواء يتمدد خليط الوقود المشتعل ويدفع المكبس إلى الأسفل يحدث ذلك بسبب تحول طاقة الوقود الكيميائية إلى طاقة الحرارية ويتحول بعض الطاقة الحرارية على الفور إلى طاقة ميكانيكية .أن المحرك الحراري منخفض الكفاءة إذ تحول معظم محركات السيارات حوالي20 %فقط من الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية .
أسئلة توجيهية
- ما العملية التي تنتقل من خلالها الطاقةالحرارية من داخل الثلاجة إلى الغاز المبرد في الأنابيب ؟التوصيل .
- كيف يمكن أن العزل الجيد من كفاءة الثلاجة ؟سيحرص العزل الجيد على عدم دخول الهواء الدافئ إلى الثلاجة مما يقلل فترة تشغيل الضاغط
- ما نوع الطاقة المستخدم لدفع السائل المبرد عبر أنبوب ليتحول إلى غاز ؟الطاقة الكهربائية .
- ما نوع الطاقة التي تضغط الغاز المبرد عند قاع الثلاجة ؟الطاقة الميكانيكة .
- كيف تنتقل الطاقة الحرارية إلى السائل المبرد في الثلاجة ؟تدفع الطاقة الكهربائية السائل المبرد عبر الصمام مما يحول السائل المبرد إلى إلى غاز تنتقل الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى الغاز المبرد مما يدفئ الغاز ويبرده داخل الثلاجة .
- كيف تنتقل الطاقة الحراية من الساءل المبرد الموجود إلى في الثلاجة ؟يمر الغاز المبرد عبر الضاغط مما يزيد من درجة الحرارة الغاز تنتقل الطاقة الحرارية من الغاز المبرد الأدفأ إلى الهواء المحيط بالثلاجة .
- ما وظيفة المحرك الحراري ؟يحول المحرك الحراري الطاقةالحرارية إلى طاقة ميكانيكة
- .ما نوع الطاقة الذي ينتج عن المحرك الحراري ؟ تتضمن الأجابات المحتملة الطاقة الحرارية المهدرة والطاقة الميكانيكية .
- اشرح كيف يكون محرك الأحتراق الداخي تطبيقا على التمدد الحراري ؟يتسبب تسخين الهواء الموجود في الأسطوانة في تمدد الهواء مما يزيد حجمه فيدفع هذا الضغط الزائد المكبس إلى الأسفل .