أوراق عمل وحدة الطاقة الحرارية فيزياء حادي عشر عام الفصل الثالث

أوراق عمل وحدة الطاقة الحرارية فيزياء حادي عشر عام الفصل الثالث 

أوراق عمل وحدة الطاقة الحرارية

الاسم :………………

درجة الحرارة والطاقة الحرار ية

الديناميكا الحرارية : " هي دراسة تحوالت 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

1 -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 "

2 -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 بمعّدل أكبر فتزداد القوة المؤثرة على جدار البالون فيتمدد المطاط ، وبالتالي يزداد حجم البالون

الاتزان والقياس الحراري

التوصيل الحراري : " هو انتقال الطاقة الحركية عندما تتصادم الجزيئات بعضها ببعض في أثناء تلامسها

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

1 -عند قياس درجة حرارة جسم ساخن مقارنة بمقياس الحرارة ، فإن جزيئات الجسم تمتلك طاقة حرارية أكبر ، وتتحرك بسرعة أكبر من جزيئات الأنبوب الزجاجي لمقياس الحرارة ، وعندما 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 "

3 -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 ، مشيراً إلى درجة حرارة أعلى .

4 -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

مقياسا درجة الحرارة ( السلسيوس والكلفن)

درجة الصفر المطلق : " هي درجة الحرارة التي تتلاشى عندها الفراغات بين ذرات الغاز المثالي ، ليُصبح لحجم جزيئات الغاز ، وتساوي الحجم الذي يشغله الغاز مساويا oC 15.273ً "

س / علل : مقياس سلسيوس غير عملي في المسائل العلمية والهندسية .
ج : لأنه يحتوي على درجات حرارة سالبة ، مما يوحي بأن للجزئ طاقة حركية سالبة ، وهذا غير ممكن لأن الطاقة الحركية دائماً موجبة

س / علل : الدرجة على تدريج سلسيوس تعادل الدرجة على تدريج كلفن .
ج : لأن الفرق بين درجة تجمد الماء وغليانه على كلا التدريجين متساوية وتساوي 100 درجة

الحرارة وتدفق الطاقة الحرارية

الحرارة : " هي الطاقة المنتقلة بين جسمين متلامسين ، وتنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد "
قاس كمية الحرارة
ت ) Q ) بوحدة الجول ، وإذا فقد الجسم حرارة تكون قيمة Q سالبة ، وإذا امتص الجسم ُ حرارة تكون قيمة Q موجبة .
تنتقل الحرارة بإحدى ثالث طرق هي : 1 -التوصيل         2 -الحمل                  3 -الإشعاع

السعة الحرارية النوعية

السعة الحرارية النوعية لمادة : " هي كمية الطاقة التي يجب أن تكتسبها المادة لترتفع درجة حرارة وحدة الكتل

( kg 1 ) من هذه المادة درجة سليزية واحدة "
ويرمز للسعة الحرارية النوعية بالرمز ) C ، ) وتقاس بوحدة ) ok . kg / J.

العوامل التي تتوقف عليها كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة
1 -كتلة الجسم : والتناسب طردي . 2 -السعة الحرارية النوعية لمادة الجسم : والتناسب طردي .
3 -مقدار التغير في درجة حرارة الجسم : والتناسب طردي .
كمية الحرارية المكتسبة أو المفقودة : " هي ما يساوي حاصل ضرب كتلة الجسم في سعته الحرارية
النوعية ، وفي الفرق بين درجتي حرارته النهائية والابتدائية

قياس السعة الحرارية النوعية باستخدام المسعر

هو أداة تُستخدم لقياس التغير في الطاقة الحرارية ، ويكون معزولاً المسعر البسيط : " بحيث يكون انتقال الطاقة من وإلى المحيط الخارجي أقل ما يمكن "

استخدامات المسعر الحراري :
1 -قياس التغير في الطاقة الحرارية .                    2 -قياس التفاعلات الكيميائية .
3 -قياس محتوى الطاقة في الأطعمة .
خطوات استخدام المسعر في قياس الطاقة الحرارية :
1 -توضع كتلة معلومة من مادة مسخنة عند درجة حرارة عالية داخل المسعر الذي يحتوي على كتلة معلومة من الماء البارد ، وتكون درجة حرارة الماء معلومة أيضا

2 -بعد انتقال الحرارة من المادة إلى الماء البارد ، يُحسب التغير في الطاقة الحرارية للمادة من خلال الزيادة في درجة حرارة الماء

أقسام الحيوانات حسب درجات حرارة أجسامها
1 -ذوات الدم البارد : وتشمل معظم الحيوانات . 2 -ذوات الدم الحار

- أجب عن جميع الأسئلة التالية :
1 -لماذا يترك الطبيب ميزان الحرارة فترة من الزمن داخل فم المريض قبل أن يقرأ درجة الحرارة ؟
حتى يحدث اتزان حراري وتصبح درجة حرارة المقياس مساوية لدرجة حرارة المريض
2 -لماذا عند رج وتحريك إناء من الماء بشكل قوي ترتفع الطاقة الداخمية لمماء والإناء ؟
لأن الشغل المبذول يتحول إلى حرارة
3 -استخدم التفسير المجيري لدرجة الحرارة والحرارة لشرح تسخين يديك بالنفخ فييما ؟
يكون لجزيئات اليواء المنفوخ متوسط طاقة حركة أكبر من لايواء المحيط بيدي لذلك تنتقل الحرارة إلى يدي وتؤدي إلى رفع درجة حرارتيا

4 -استخدم التفسير المجيري لدرجة الحرارة والحرارة لشرح النفخ بالحساء لتبريده ؟
يكون لجزيئات الحساء متوسط طاقة حركة أكبر من جزيئات اليواء المنفوخ عمى سطحو لذلك تنتقل الحرارة من الحساء إلى اليواء الأبرد فتنخفض درجة حرارة الحساء

تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية

1 -أكثر حالات المادة شيوعاً هي الصلبة ، والسائلة ، والغازية . حيث تتغير حالة المادة الصلبة إلى السائلة عندما حرارتها ، وتصبح غازاً تكتسب كمية من الطاقة الحرارية ، حيث تزداد حركة جزيئاتها فتزداد درجة عند درجة حرارة أعلى

درجة الانصهار :
" هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة "
3 -أثناء انصهار المادة تعمل الطاقة الحرارية المكتسبة كلها على التغلب على القوى التي تربط الجزيئات بعضها ببعض في الحالة الصلبة ، ولكنها لا تؤدي إلى زيادة طاقة حركة الجزيئات ، وبالتالي تظل درجة حرارة المادة ثابتة حتى تتحول بالكامل إلى الحالة السائلة ، كما بين النقطتين C , B ، وتسمى الطاقة الحرارية الازمة

درجة الغليان : " هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية "
5 -عند درجة الغليان ، تعمل الطاقة الحرارية المكتسبة على تباعد الجزيئات لتتغير حالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية دون زيادة في درجة حرارتها بين النقطتين E , D ، وتسمى كمية الحرارة الازمة  الحرارة الكامنة للتبخر ( Hv " ):هي كمية الطاقة الحرارية الازمة لتحول Kg 1 من المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية دون تغير في درجة حرارتها

القانون الأول للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية :
" التغير في الطاقة الحرارية لجسم ما ( U Δ  ) يساوي كمية الحرارة المضافة إلى لجسم (Q  ) مطروحاً منه
الشغل الذي يبذله الجسم ( W")

Δ U = Q - W

قانون حفظ الطاقة : " الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ، ولكن تتغير من شكل إلى آخر

اآلالت الحرارية
1 -عندما تفرك يديك إحداهما بالأخرى تشعر بالدفء نتيجة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية ، وتحدث هذه العملية بسهولة ويسر ، أما العملية العكسية ، وهي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ، فتكون أكثر صعوبة ، وتتم باستخدام اآلالت الحرارية

الآلة الحرارية : " هي أداة ذات قدرة على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بصورة مستمرة "

المبردات ( الثلاجات )" هي آلة تعمل على انتزاع الطاقة الحرارية من الجسم الأبرد ، وإضافتها إلى الجسم الأسخن ببذل ُشغل معين
1 -تنقل آلة التبريد الحرارة باستخدام ُشغل ميكانيكي ، حيث تعمل الطاقة الكهربائية على تشغيل محرك ، فيبذل المحرك ُشغالاً على الغاز فيضغطه

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

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

الإنتروبي : " هو قياس لعدم الانتظام ( الفوضى ) في النظام"

التغير في الإنتروبي : " 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