وحدة الطاقة الحرارية علوم الصف الثامن

وحدة الطاقة الحرارية علوم الصف الثامن

الطاقة الحركية وطاقة الوضع 

ما العامل المشترك بين كرة قدم ترتفع في الهواء وبين الجسيمات التي تكون شراب القيقب الساخر؟ لكلتيهما طاقة. أو قدرة على إحداث تغيير ما نوع الطاقة التي تنطوي عليها كرة قدم أثناء حركتها؟ تذكر أن لكل جسم متحرك طاقة حركية عندما يركل الرياضي المبين في الشكل ١ الكرة محركا إياها. يكون لها طاقة حركية. 

بالإضافة إلى أن لكرة القدم التي ترتفع في الهواء طاقة حركية. فإن لها طاقة وضع. طاقة الوضع هي طاقة مخزنة بسبب التفاعل بين جسمين. على سبيل المثال. فكر في الأرض على أنها أحد جسمين. وفي الكرة على أنها الجسم الأخر عندما تكون الكرة في الهواء. تنجذب إلى الأرض تقل الجاذبية. يطلق على قوة الجذب هذه اسم طاقة الوضع الجذبية بمعنى آخر. بما أن الكرة قابلة للتغير. فإن لها طاقة وضع كلما ارتفعت الكرة في الهواء. ازداد ما لها من مقدار طاقة الوضع. 

قد تتذكر أيضا أن ناتج جمع طاقة الوضع والطاقة الحركية لجسم ما يساوي مقدار طاقته الميكانكية عندما ترتفع كرة القدم في الهواء. يمكنك تحديد طاقتها الميكانيكية من خلال تحديد كل من طاقتها الحركية وطاقة الوضع الخاصة بها في الصفحة التالية.

ستعرف أن مفهوم الطاقة الذي ينطبق على كرة القدم أثناء ارتفاعها في الهواء ينطبق أيضا على الجسيمات المكونة لشراب القيقب. 

ما الطاقة الحرارية؟ 

تتكون كل مادة صلبة أو سائلة أو غازية من تريليونات الجسيمات الدقيقة الدائمة الحركة. تكون الجسيمات المتحركة الكتب التي تقرأها. والهواء الذي تتنفسه. وشراب القيقب الذي تسكبه على فطائرك على سبيل المثال. تهتز الجسيمات التي تكون كتابا. أو أي جسم صلب. في مكانها تنتشر الجسيمات التي تكون الهواء من حولك. أو أي غاز. وتتحرك بحرية وبسرعة. بما أن الجسيمات في حالة حركة. فلها طاقة حركية. مثل كرة القدم التي ترتفع في الهواء والمبينة في الشكل 2. فكلما ازدادت سرعة حركة الجسيمات، ازدادت 
طاقتها الحركية. 

للجسيمات التي تكون المادة أيضا طاقة وضع. تتفاعل الجسيمات التي تكون المادة في ما بينها وتتجاذب تماما مثل التفاعل بين كرة القدم والأرض. تتماسك الجسيمات التي تكون المواد الصلبة بعضها مع بعض يإحكام بمعدل قوى الجذب، فيما تتباعد الجسيمات المكونة للسائل بشكل طفيف مقارنة بالجسيمات المكونة للمادة الصلبة. تنتشر الجسيمات المكونة للغاز بشكل أكبر بكثير مقارنة بالجسيمات المكونة للمادة الصلبة أو السائلة. كلما ازداد متوسط المسافة بين الجسيمات، ازدادت طاقة وضع تلك الجسيمات. 

تذكر أن لكرة القدم التي ترتفع في الهواء طاقة ميكانيكية. وهي ناتج جمع طاقة وضعيا وطاقتها الحركية. للجسيمات التي تكون كرة القدم. أو أي مادة أخرى. نوعا مشابها من الطاقة يعرف بالطاقة الحرارية وهي ناتج جمع الطاقة الحركية وطاقة الوضع للجسيمات المكونة لمادة ما تحدد الطاقة الحرارية طاقة الجسيمات المكونة للمادة الصلبة أو السائلة أو الغازية. 

ما درجة الحرارة؟ 

عندما تفكر في درجة الحرارة. من المحتمل أنك تفكر فيها على أنها قياس لمدى سخونة أو برودة شيء ما الا أن العلماء يعرفون درجة الحرارة في ضوء ارتباطها بالطاقة الحركية. 

متوسط الطاقة الحركية ودرجة الحرارة 

تتحرك الحسيمات المكونة للهواء داخل المنزل المبين في الشكل 3 وخارجه. غير أنها لا تتحرك بالسرعة نفسها. فالجسيمات المكونة لهواء المنزل الدافئ تتحرك بصورة أسرع ويكون لها طاقة حركية أكبر مقارنة  بالجسيمات المكونة للهواء خارج المنزل في ليلة شتوية باردة. إن درجة الحرارة هي متوسط الطاقة الحركية للجسيمات المكونة لمادة ما. 

كلما ازداد متوسط الطاقة الحركية للجسيمات، ارتفعت درجة الحرارة. تكون درجة حرارة الهواء الموجود داخل المنزل أعلى من درجة حرارة الهواء خارجه. ويرجع ذلك إلى أن للجسيمات المكونة للهواء داخل المنزل متوسط 
طاقة حركية أكبر من متوسط الطاقة الحركية لتلك الموجودة خارجه. 

بمعنى أخر. تتحرك الجسيمات الموجودة في الهواء داخل المنزل بمتوسط سرعة أكبر من متوسط سرعة تلك الموجودة في الخارج. 

الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة 

إن درجة الحرارة والطاقة الحرارية مرتبطتان، لكنهما مختلفتان. على سبيل المثال. تحتوي بركة ما متجمدة أثناء انصهارها على كل من الماء والجليد ويكون لكليهما درجة الحرارة نفسها. لذلك، يكون للحسيمات التي تكون الجلبد والماء متوسط الطاقة الحركية نفسه. أو السرعة نفسها. غير أن الجسيمات ليس لها الطاقة الحرارية نفسها يرجع ذلك إلى اختلاف متوسط المسافة بين الجسيمات التي تكون كلا من الماء السائل والجليد. فللجسيمات التي تكون الماء السائل والصلب طاقات وضع مختلفة. وبالتالي يكون لها طاقات حرارية مختلفة. 

التوصيل 

افترض أن الطقس حار ولديك كوب من عصير الليمون. مثل ذلك المبين في الشكل 7. إن درجة حرارة كوب عصير الليمون هي أقل من المحيط بالكوب. بالتالي تكون للجسيمات التي تكون عصير الليمون طاقة حركية أقل من طاقة الجسيمات التي تكون الهواء وعندما تتصادم جسيمات ذات طاقات حركية مختلفة. تنقل الجسيمات ذات الطاقة الحركية الأكبر طاقة إلى الجسيمات ذات الطاقة الحركية الأقل. 

في الشكل 7. تتصادم الجسيمات التي تكون الهواء مع الجسيمات التي تكون عصير الليمون وتنقل إليها طاقة حركية ونتيجة لذلك. يزداد متوسط الطاقة الحركية للجسيمات. أو درجة حرارة الجسيمات التي تكون عصير الليمون. طالما أن الطاقة الحركية تنتقل. فإن 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 الإبزيم المعدني لحزام الأمان الموجود في السيارة في يوم حار أكثر سخونة من حزام الأمان عند لمسه؟ يستقبل كل من الإنزيم وحزام الأمان الكمية نفسها من الطاقة الحرارية من الشمس. إن الفلز الذي يكون الإيزيم موصل جيد للحرارة إن موصل الحرارة عبارة عن مادة تتدفق من خلالها الطاقة الحرارية بسهولة. تمتلك الذرات الموجودة في الموصلات الحادة للحرارة إلكترونات تتحرك بسهولة تنقل تلك الإلكترونات طاقة حركية عندما تصطدم مع الإلكترونات والذرات الأخرى. إن الفلزات أفضل من اللافلزات في توصيل الحرارة. إن القماش الذي نصنع منه أحزمة الأمان هو عازل جيد للحرارة وعازل الحرارة عبارة عن مادة لا تتدفق الطافة الحرارية عبرها بسهولة لا تتحرك الإلكترونات الموجودة في ذرات العازل الجيد للحرارة بسهولة. لا تنقل تلك المواد الطاقة الحراربة بسهولة. وذلك بسبب وقوع عدد أقل من التصادمات بين الإلكترونات والذرات

كيف تنقل الطاقة الحرارية؟ 

هل سبق لك أن دخلت إلى سيارة. مثل تلك النبتة في الشكل 6، في يوم صيفي حار؟ يمكنك أن تخمن أن داخل السيارة حار قبل حتى أن تلمس منبض الباب. ثم تفتح الباب فتشعر كأن الهواء الساخن يتدفق إلى خارج السيارة عندما تلمس الإنزيم المعدني لحزام الأمان. تجده ساخنا كيف تنتقل الطاقة الحرارية بين الأجسام ؟ تنتقل الطاقة 
الحرارية بثلاث طرائق، هي الإشعاع والتوصيل والحمل الحراري. 

الإشعاع 

يعرف انتقال الطاقة الحرارية من مادة إلى أخرى عبر موجات كهرومغناطيسية بالإشعاع. إن كل المواد. بما في ذلك الشمس والنار وأنت وحتى الجليد. تنقل الطاقة بالإشعاع. 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 الإشعاع بصورة أسهل من إحساسك به عند وضع بديك بالقرب من كتلة من الجليد. 

تسخن الطاقة الحرارية النابعة من الشمس داخل السيارة النبتة في الشكل 6 بواسطة الإشعاع. في الحقيقة، إن الإشعاع هو الطريقة الوحيدة التي يمكن للطاقة الحرارية أن تنتقل بها من الشمس إلى الأرض. يرجع 
السبب في ذلك إلى أن الفضاء عبارة عن فراغ مع ذلك. فإن الإشعاع ينقل الطاقة الحرارية أبضا عبر المواد الصلبة والسائلة والغازية.