ملخص وحدة الطاقة الحرارية فيزياء تاسع متقدم

الصف الصف التاسع المتقدم
الفصل فيزياء الصف التاسع المتقدم
المادة فيزياء الصف التاسع متقدم فصل ثالث
حجم الملف 6.18 MB
عدد الزيارات 647
تاريخ الإضافة 2021-03-13, 18:36 مساء

ملخص وحدة الطاقة الحرارية فيزياء تاسع متقدم

الطاقة الحرارية 

إعداد . أ / رامي عبد الفتاح 

درجة الحرارة والطاقة الحرارية 

الديناميكا الحرارية " هي دراسة تحولات الحرارة إلى أشكال أخرى للطاقة " 

بدأت دراستها في القرن الثامن عشر عند صناعة المحركات البخارية التي استخدمت في تشغيل القطارات والمصانع ومضخات المياه في مناجم الفحم 

الطاقة الحرارية 

١- الجزيئات الموجودة في غاز ما لها طاقات حركية خطية ودورانية ، وقد يكون لها طاقة وضع خلال اهتزازها بين مواضع محددة ، وعندما تصطدم تلك الجزيئات مع بعضها ومع جدران الوعاء الذي يحتويها تنتقل الطاقة فيما بينها. 

الطاقة الحرارية، "هي الطاقة الكلية للجزيئات "

۲- يرتبط متوسط الطاقة لكل جزئ بدرجة حرارة الغاز ، فعند تعريض بالون مملوء بغاز الهيليوم لأشعة الشمس يزداد حجمه قليلا ، لأن طاقة أشعة الشمس تجعل ذرات الغاز تتحرك بسرعة أكبر فتصطدم بجدار البالون بمعدل أكبر فتزداد القوة المؤثرة على جدار البالون فيتمدد المطاط ، وبالتالي يزداد حجم البالون . 

٣- ذرات المواد الصلبة لا تتحرك بحرية مثل الغازات ، وتكون حركتها في صورة ارتدادات مختلفة الشدة إلى الأمام وإلى الخلف كما لو كانت مرتبطة معا بنوابض ، ويكون لكل ذرة بعض الطاقة الحركية ، وطاقة الوضع، والطاقة الحرارية الكلية في المادة الصلبة = متوسط طاقتي الوضع والحركة لكل ذرة x عدد ذرات المادة (N). 

الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة 

١- للجسم الساخن طاقة حرارية أكبر من الجسم البارد المشابه له ، وبالرغم من أن جميع الجزيئات داخل الجسم لا تمتلك كمية الطاقة نفسها وتتفاوت قيم الطاقة للجزيئات على مدى واسع ، إلا أن متوسط طاقة جزيئات الجسم الساخن تكون أكبر من متوسط طاقة جزيئات الجسم البارد. 

۲- تعتمد درجة حرارة الجسم على متوسط الطاقة الحركية لجزيئات الجسم ، ولا تعتمد على عدد الذرات في الجسم، لأن متوسط الطاقة الحركية للجزيئات تساوي الطاقة الحركية الكلية للجسم مقسومة على عدد جزينات الجسم ، لذا تتناسب الطاقة الحرارية للجسم مع عدد الجزيئات فيه ، في حين أن درجة الحرارة لا تعتمد على عدد الجزيئات في الجسم .

 

الإتزان والقياس الحراري

١- عند قياس درجة حرارة جسم ساخن مقارنه بمقياس الحرارة ، فإن جزيئات الجسم تمتلك طاقة حرارية أكبر ، وتتحرك بسرعة أكبر من جزيئات الأنبوب الزجاجي لمقياس الحرارة ، و عندما تصطدم الجزيئات المتحركة بسرعة أكبر في الجسم بالجزيئات المتحركة بسرعة أقل في الأنبوب الزجاجي ، تنتقل الطاقة من الجسم إلى الزجاج عن طريق عملية " التوصيل الحراري ". 

التوصيل الحراري ، " هو انتقال الطاقة الحركية عندما تتصادم الجزينات بعضها ببعض في أثناء تلامسها " 

۲- أثناء اكتساب جزيئات الزجاج المزيد من الطاقة فإنها تبدأ في إرجاع بعض الطاقة إلى جزيئات الجسم ، وعندما تتساوی درجتا حرارة الجسم ومقياس الحرارة ، يتساوی معدل انتقال الحرارة من الجسم إلى الزجاج والعكس ، ويقال أن الجسم ومقياس الحرارة وصلا إلى حالة " الاتزان الحراري " . 

حالة الاتزان الحراري : " هي الحالة التي يتساوى عندها معدل انتقال الطاقة بين جسمين ، ويكون لكلا الجسمين
درجة الحرارة نفسها "

٣- يعتمد عمل مقياس الحرارة على خاصية معينة ، مثل الحجم ، والذي يتغير بتغير درجة الحرارة ، ويحتوي العديد من مقاييس الحرارة على كحول ملون يتمدد عندما يسخن ، ويرتفع داخل أنبوب ضيق ، وبزيادة درجة حرارة الكحول يزداد حجمه فيزداد ارتفاعه في الأنبوب ، مشيرا إلى درجة حرارة أعلى.

٤- في مقاييس الحرارة السائلة البلورية ، تستخدم مجموعة من السوائل البلورية المختلفة ، بحيث تترتب بلورات الجزيئات لكل نوع عند درجة حرارة محددة ، مما يؤدي إلى تغير لون البلورة ، فتشير إلى درجة الحرارة من خلال اللون .

٥. المقاييس الحرارية الطبية ، والمستخدمة في محركات المركبات تستخدم دوائر إلكترونية حساسة تقيم درجات الحرارة بسرعة.



مقياسا درجة الحرارة ( السلسيوس والكلفن)

١- يعتمد مقياس سلسيوس على خصائص الماء ، حيث اختار نقطة تجمد الماء النقي لتكون 0°C، ونقطة غليان الماء النقطي عند مستوى سطح البحر لتكون C° 100 . 

٢- يوجد في الكون مدى واسع لدرجات الحرارة ، ولا يبدو أن هناك حدا أعلى لدرجات الحرارة حيث تصل درجة الحرارة داخل الشمس إلى x 107 C1 . 5 على الأقل ، ولكن يوجد حد أدنى لدرجات الحرارة وهي الدرجة التي يتقلص عندها حجم غاز مثالي مثل الهيليوم ليصبح حجمه مساويا حجم ذرات الهيليوم فقط ، أي تتلاشى الفراغات بين الذرات ، وتفقد ذرات الغاز طاقتها الحرارية كاملة ، ولا يمكن تخفيض درجة الحرارة إلى أقل من ذلك ، وتعرف هذه الدرجة ب " الصفر المطلق" ، وتساوي C" 273. 15 - . 

درجة الصفر المطلق ، " هي درجة الحرارة التي تتلاشى عندها الفراغات بين ذرات الغاز المثالي ، ليصبح الحجم الذي يشغله الغاز مساويا لحجم جزيئات الغاز ، وتساوي C° 273 . 15 - "

 

الصفيحة الحرارية 

هي عبارة عن مبرد يعمل في اتجاهين ، حيث تنتزع المضخة في الصيف الحرارة من المنزل فيبرد ، أما في الشتاء تنتزع الحرارة من الهواء البارد في الخارج وتنقلها إلى داخل المنزل لتدفئته ، وفي الحالتين يتطلب ذلك طاقة ميكانيكية لنقل الحرارة من الجسم الأبرد إلى الجسم الأسخن . 

القانون الثاني للديناميكا الحرارية 

١- بعض العمليات تتفق مع القانون الأول للديناميكا الحرارية ، ولكن لم تشاهد وهي تحدث تلقائيا ، فمثلا لا يحظر القانون الأول للديناميكا الحرارية تدفق الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن ، ومع ذلك لم يحدث أن أصبحت الأجسام الساخنة أكثر سخونة عند وضعها | ملامسة لأجسام باردة ، ولو تصبح الأجسام الباردة أكثر برودة عند ملامستها لأجسام ساخنة 

۲- إذا حولت الآلات الحرارية الطاقة الحرارية بشكل كامل إلى طاقة ميكانيكية دون أي حرارة مفقودة فإن القانون الأول للديناميكا الحرارية يكون قد تحقق ، إلا أن الحرارة الضائعة تتولد دائما ، ولا تشاهد جزيئات الغاز الموزعة عشوائية ترتب نفسها تلقائيا في أنماط معينة

٣. عندما تسقط كرة بيسبول بفعل الجاذبية الأرضية ، يكون لها طاقة وضع وطاقة حركية تؤديان إلى إنجاز شغل ، إلا أنه عندما تسقط الكرة خلال الهواء تصطدم بالعديد من جزيئات الهواء التي تمتص بعضا من طاقة الكرة،  وهذا يؤدي إلى تحرك جزيئات الهواء في اتجاهات وسرعات عشوائية ، حيث تؤدي الطاقة المكتسبة من الكرة إلى زيادة الفوضى بين الجزيئات ، وكلما كان مدى سرعة الجزيئات أكبر كان عدم الانتظام ( الفوضى أو الإنتروبي) أكبر ، ومن المستبعد حدوث العملية العكسية ، أي عودة جزيئات الهواء إلى وضعها السابق مانحة طاقاتها للكرة ومسببة ارتفاعها عن سطح الأرض . 

٤- عند إضافة حرارة إلى الجسم فإن الإنتروبي يزداد ، وإذا انتزعت حرارة من الجسم فإن الإنتروبي ينقص ، أما إذا بذل الجسم شغلا دون أن تتغير درجة حرارته فإن الإنتروبي لا يتغير ما دام الاحتكاك مهملا، ويقاس التغير في الإنتروبي AS بوحدة J/ K . الصغير في الإعروبي، " هو ما يساوي مقدار الحرارة المضافة إلى الجسم ، مقسومة على درجة حرارة الجسم بالكلفن " 

القانون الثاني للديناميكا الحرارية. " العمليات الطبيعية تجري في اتجاه المحافظة على الإنتروبي الكلي
للكون أو زيادته " أي أن الأشياء كلها ستصبح أكثر عشوائية ، وأقل انتظاما مالم يتخذ إجراء معين يحافظ على انتظامها وترتيبها .

شارك الملف

أنا ربوت