الدرس الثانى ... الحراره الخارجيه

الطاقة الحرارية
 الحرارة الخارجية
هى كمية الطاقة الحرارية التى تنتقل من الوسط المحيط للمادة أو من المادة للوسط المحيط
-انتقال الحرارة يمكن أن يسبب زيادة فى الطاقة الحرارية وبذلك تعتبر درجة الحرارة مقياسا للطاقة الداخلية للمادة
 علل تعتبر درجة الحرارة مقياسا للطاقة الداخلية للمادة
لان درجة حرارة المادة تزداد بزيادة الطاقة الداخلية لها وتقل بنقص الطاقة الداخلية لها
 التبادل الحراري
-عمليه فقدان أو اكتساب النظام لكمية من الطاقة الحرارية يصاحب ذلك ارتفاع أو انخفاض فى درجه حرارة النظام
 الاتزان الحراري
-يحدث عندما تتساوى درجة حرارة الوسط مع درجة حرارة المادة ولا يحدث انتقال حرارة
-إذا اختلف درجة حرارة السوط عن درجة حرارة الجسم يحدث انتقال حرارة من الجانب الأعلى إلى الجانب الأقل
الاتزان الديناميكى :-
-يحدث عندما يتساوى تكون درجة حرارة الجسم ثابتة حتى لو اختلفت عن درجة حرارة الوسط
-ثبوت درجة حرارة جسم حتى لو اختلفت عن درجة حرارة الوسط هذا معناة ان الحرارة المكتبة (الممتصة ) تساوى معدل الحرارة المفقودة او المنبعثة فيحدث توازن ليس اتزان حرارى يعرف بالاتزان الديناميكى
مثال : المدفأة تفقد حرارة للوسط ولكن تظل درجة حرارتها ثابتة 0
علل قد تكون درجة حرارة الجسم تكون ثابتة رغم اختلاف درجة حرارتة عن حرارة الوسط
بسبب الاتزان الديناميكي حيث يتساوى معدل الحرارة المكتسبة مع معدل الحرارة المفقودة
النظام الغير متزن حراريا
-يكون النظام غير متزن حراريا اذا اختلفت درجة حرارة الوسط عن درجة حرارة المادة يحدث انتقال حراري حيث ينتقل الحرارة من الجانب الأعلى إلى الجانب الأقل
إذا كان معدل الحرارة المكتسبة # معدل الحرارة المفقودة
-فان درجة الحرارة تزداد أو تنقص حيث :-
تزداد درجة حرارة الجسم إذا كان معدل الحرارة المكتسبة اكبر من معدل الحرارة المفقودة 0
تقل درجة حرارة الجسم إذا كان معدل الحرارة المكتسبة اقل من معدل الحرارة المفقودة
-توجد خاصية تربط بين كمية الحرارة التى يمتصها الجسم أو التى يفقدها والتغير فى درجة الحرارة و هذة الخاصية تختلف من جسم لأخر ومن مادة لأخرى
العوامل التي يتوقف عليها كمية الحرارة
1- درجة الحرارة المراد رفعها 3- الكتلة
2- نوع المادة (الحرارة النوعية ) 4- الزمن
تجربة :
- نحضر خمس كرات متساوية في الكتلة من ( Fe ‘ Al ‘ cu ‘ pb ،زجاج ) ونضعهم على موقد ذات درجة اشتعال ثابت لمدة 10 دقائق واحسب درجة حرارة كل منهم بعد ذلك
الملاحظة
اختلاف درجة حرارة كل منهم عن الأخرى فمثلا تكون درجة حرارة الرصاص أعلى من درجة حرارة الحديد
*الاستنتاج :-
الكتل المتساوية من المواد المختلفة و التى عند تسخينها لزمن متساوي وتكتسب كمية حرارة متساوية تكون درجة حرارتها مختلفة
-تتوقف كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة على نوع المادة
تجربة :
- نحضر خمس كرات متساوية في الكتلة من ( Fe ‘ Al ‘ cu ‘ pb ،زجاج ) ونضعهم على موقد ذات درجة اشتعال ثابت لرفع درجة حرارة كل منهم 100 درجة مئوية
- احسب الزمن اللازم لذلك
*الملاحظة
كرة الرصاص تحتاج لكي تصل درجة حرارتها 100 درجة زمن اقل من الحديد
اى كتلة من الرصاص تحتاج لكمية حرارة اقل من نفس الكتلة من الحديد عن رفع درجة حرارتهم درجة متساوية
الاستنتاج :-
الكتل المتساوية من المواد المختلفة و التى عند تسخينها
لنفس درجات الحرارة تحتاج زمن مختلف اى كميات
حرارة مختلفة
تجربة :-
سخن خمس كرات من الحديد والنحاس و الالومنيوم
والزجاج والرصاص إلى 100 oC ضع كل منهم
على طبقة من الشمع
الملاحظة
تخترق كرتي الحديد والنحاس طبقة الشمع بسهولة ولكن يتعذر تماما على كل من كرتي الزجاج والرصاص اختراق هذة الطبقة
التفسير
كمية الحرارة التى يفقدها الحديد والنحاس تكفى لصهر الشمع أما كمية الحرارة التى يفقدها الزجاج والرصاص لا تكفى لصهر الشمع
الاستنتاج :-
ماتفقدة كرات الحديد والنحاس من طاقة حرارية اكبر من كرتي الزجاج والرصاص ويرجع ذلك لاختلاف كل كرة من طاقة حرارية اى اختلاف السعة الحرارية
السعة الحرارية والحرارة النوعية
السعة الحراريةqth
- كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم كله واحد درجة كلفنية
qth = Qth / toC
-وحدة قياس السعة الحرارية J/K
qth = Cth m
الحرارة النوعية (C)
كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة بمقدار واحد درجة كلفنية حيث :-
- m كتلة الجسم
t-  مقدار التغير في درجات الحرارة
C- الحرارة النوعية
Qth- كمية الحرارة
qth- السعة الحرارية Cth =
Cth =
-وحدة قياس الحرارة النوعية هى :- J/kg ok
 كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة
Qth= m  t Cth = qth  t J
س : ما معنى أن الحرارة النوعية للألومونيوم = 910 جول / كجم كلفن
-معنى ذلك أن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد كيلو جرام من الالومنيوم واحد درجة كلفنية تساوى 910 جول .
علل : كمية الحرارة اللازمة لتسخين كتلة من الماء 2 كلفن ضعف كمية الحرارة اللازمة لتسخين نفس الكتلة من اليابس خمس مرات
لأن درجة الحرارة النوعية للماء تساوى 5 أمثال الحرارة النوعية للقشرة الأرضية
علل يستخدم فلزات النحاس الالومنيوم فى صناعة اوانى الطهي
لان الحرارة النوعية لكل منهم صغيرة فتكون السعة الحرارية لكل منهم صغيرة فتحتاج كمية قليلة من الحرارة فى تسخينها
علل الحرارة النوعية خاصية فيزيقية مميزة للمادة
لأنها تتوقف على نوع المادة .وان الحرارة النوعية تختلف من مادة لأخرى و لا تتوقف على كتلة المادة
علل يمكن أن تتساوى السعة الحرارية لمادة مع حرارتها النوعية
عندما تكون كتلة الجسم واحد كيلو جرام
علل :السعة الحرارية خاصية غير مميزة للجسم
لان السعة الحرارية باختلاف كتلة الجسم
علل : حدوث نسيم البحر – اعتدال جو المدن الساحلية صيفاً
- تزداد فى الصيف كمية الطاقة الحرارية التى تصل من الشمس للأرض .
- نظراً لأن الحرارة النوعية للماء > الحرارة النوعية لليابس ترتفع درجة حرارة اليابس بدرجة أكبر من الماء .
- ترتفع درجة حرارة الهواء الملامس للبر فتقل كثافته فيرتفع لأعلى فيحل محله هواء بارد من البحر .
علل : الكائنات الحية لها قدرة كبيرة على مقاومة التغيرات الحادثة فى حرارة الجو :
- نظراً لأن أجسام الكائنات الحية سواء نبات أو حيوان تحتوى على كمية من الماء ذو الحرارة النوعية المرتفعة ، يؤدى ذلك إلى تخزين كمية كبيرة من الحرارة فى الماء داخل جسم الكائن الحي ولكن ترتفع درجة حرارة الماء بمقدار ضئيل .
-
علل تتوقف الحرارة النوعية للمادة على العدد الكتلي
لان الحرارة النوعية للمادة تقل بزيادة العدد الكتلي
علل : كمية الحرارة اللازمة لتسخين كتلة من الماء 2 كلفن ضعف كمية الحرارة اللازمة لتسخين نفس الكتلة من اليابس خمس مرات
- لأن درجة الحرارة النوعية للماء تساوى 5 أمثال الحرارة النوعية للقشرة الأرضية .
ملاحظــــــات
- تتساوى السعة الحرارية مع الحرارة النوعية عندما تكون كتلة الجسم تساوى 1 كجم
- تختلف السعة الحرارية باختلاف كتلة الجسم بذلك تكون السعة الحرارية خاصية غير مميزة للجسم
- الحرارة النوعية خاصية فيزيقية مميزة للمادة
- تختلف الحرارة النوعية للمادة من مادة لأخرى
- لا تتوقف الحرارة النوعية على كتلة المادة .
- تقل الحرارة النوعية للمادة بزيادة العدد الكتلي
علل يحاط إناء المسعر الحراري بمادة عازلة من اللباد أو الصوف الحراري
لعزلة عن الوسط المحيط وذلك لمنع تسرب الحرارة منة أو إلية
علل تتوقف الحرارة النوعية للمادة على العدد الكتلي
لان الحرارة النوعية للمادة تقل بزيادة العدد الكتلي
تعيين الحرارة النوعية لجسم صلب بطريقة الخلط
*تجربـة :
1- عين كتلة الإناء الداخلي للمسعر ولتكن m1 kg
2- ضع كمية مناسبة من الماء فى المسعر وعين
كتلة الماء والمسعر ثم أوجد كتلة الماء ولتكن m2 kg
3- ضع المسعر فى مكانه داخل الإناء الخارجي وعين
درجة حرارة الماء والمسعر الابتدائية  (t1 )
4- عين كتلة الجسم الصلب المطلوب تعيين حرارته
النوعية ولتكن m3 kg
5- سخن الجسم الصلب فى الغلاية لمدة كافية وعين درجة حرارته ( t2 )
6- ضع الجسم الصلب فى المسعر وقلب المخلوط جيداً
7- عندما تثبت درجة حرارة المخلوط عين درجة حرارته ولتكن (t3 )
8-
*طريقة الحساب :
- نفترض أن الحرارة النوعية للمسعر = C1
- نفترض أن الحرارة النوعية للمـاء = C2
- نفترض أن الحرارة النوعية للجسم = C3
كمية الحرارة المفقودة = كمية الحرارة المكتسبة
- كمية الحرارة المكتسبة بواسطة المسعر والماء
(m  t Cth )للمسعر+ (m  t Cth )للماء=(m  t Cth )للجسم الصلب

مسائل محلولة
1-رفعت درجة حرارة قطعة من النحاس كتلتها(0.135 kg) إلى(100 oC) ثم نقلت بسرعة إلي مسعر من الالومنيوم كتلته(0.01 kg) به (0.1 kg) من الماء درجة حرارتها الابتدائية (10 oC) فإذا كانت درجة الحرارة النهائية (20 oC) و الحرارة النوعية للألومونيوم ( 900 J/ kg °k ) فما هي الحرارة النوعية للنحاس ؟ (الحرارة النوعية للماء (4200 J/ kg °k)
النحاس
m=0. 135kg
t1=100oC
t2=20oC
Cth=? J/ kg °k مسعر الالومنيوم
m=0.01kg
t1=10oC
t2=20oC
Cth=900 J/ kg °k الماء
m=0. 1kg
t1=10oC
t2=20oC
Cth=4200 J/ kg °k
(m  t Cth ) للمسعر+ (m  t Cth )الماء=(m  t Cth ) النحاس
0.01 x 10x900 +0.1 x10x4200= 0.135 x80x Cth
Cth 0.01 x 10x900 +0.1 x10x4200 397.2j/kgok
0.135 x80
=======================================================
2-صنبور يصب ماء ساخن درجة حرارتة 80 درجة س بمعدل 2 كجم /ث فى حوض بة 200 كجم ماء بارد درجة حرارتة 20 درجة س احسب الزمن اللازم لجعل درجة حرارة المخلوط 60 درجة س
كمية الحرارة المكتسبة =كمية الحرارة المفقودة
(m  t Cth )لماء الحوض= (m  t Cth )لماء الصنبور
200 × 40×4200 = m × 20 × 4200
m=400 kg
1ث  2كجم
؟  400 كجم
الزمن =400 ×1/2 =200 ث
=======================================================
3- خلط 25 جم من الماء فى درجة حرارة 24 درجة س مع 50 جم من الماء فى درجة حرارة 60 درجة س احسب درجة حرارة الخليط
االماء (أ)
m =0.025 kg
t1=24oC
t2=? oC
Cth=4200 J/kg K الماء (ب)
m =0.50KG
t1=60 oC
t2=? oC
Cth=4200 J/kg K
كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة
m  t Cth ) ب للماء=(m  t Cthللماء( أ
0.025 × 4200×(t2-24)= 0.50 ×4200×(60-t2)
t2-24=2(60-t2)
t2-24=120-60t2
3t2=144 & t2=144/3=48 oC
=======================================================
4--كتلته من الالومنيوم مقدارها 025 ,كجم مسخنة لدرجة 100 درجة سلزيوس ألقيت فى كاس بة ماء كتلته 065, كجم ودرجة حرارته 35 درجة س فأصبحت درجة حرارة الخليط النهائية = 40 درجة س إذا كانت الحرارة النوعية للماء 4200 جول /كجم كلفن احسب الحرارة النوعية للألومونيوم
الالومنيوم
m =0.025 kg
t1=100oC
t2=40 oC
Cth=? الماء
m =0.065KG
t1=35 oC
t2=40 oC
Cth=4200 J/kg K
كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة
(m  t Cth )للماء=(m  t Cth )الالومنيوم
0.025 × C×60= 0.065 ×4200×15
C= 0.065 ×4200×15/0.025 ×60=910 J/kg K
=======================================================
5-أعطيت نفس الطاقة الحرارية إلى (60 gram) من الماء ،(30 gram) من الزيت فارتفعت درجة حرارة الماء (20 oC) بينما ارتفعت درجة حرارة الزيت (80 oC) فإذا كانت الحرارة النوعية للماء (4200 J/ kg °k) فاحسب الحرارة النوعية للزيت
لماء m=0.060kg
t=20oC
Cth=4200 J/ kg °k الزيتm=0.030kg
t=80oC
Cth=? J/ kg °k
نظرا لان كمية الحرارة التى اكتسبها كل من الماء والزيت متساوية
(m  t Cth )الماء=(m  t Cth )الزيت
0.060 x20x4200 = 0.030 x80 Cth
Cth= 0.060 x20x4200 =2100 J/ kg °k
0.030 x80
6- الجدول التالي يحتوي على بيانات توضح العلاقة بين كتل مختلفة من مادة وكمية الحرارة اللازمة لانصهارها :
الكتلة ( kg ) 0.25 0.5 0.75 1 1.5
كمية الحرارة ( J ) 0.75105 1.1105 2.25105 3105 4.5105
ارسم العلاقة البيانية بحيث تمثل كمية الحرارة على المحور الرأسي والكتل على المحور الأفقي . ومن الرسم أوجد :
( أ ) نوع العلاقة بين كمية الحرارة اللازمة للانصهار وكتلة المادة
(ب) كمية الحرارة اللازمة لانصهار 1.25 kg من المادة
(جـ) الحرارة الكامنة لانصهار المادة
-نوع العلاقة بين كمية الحرارة اللازمة للانصهار وكتلة المادة طر دية
ب) كمية الحرارة اللازمة لانصهار1.25 kg من المادة= 75  105 J
(جـ) الحرارة الكامنة لانصهار الماد
Slop = Qth = 4.5x105 -0.70x105 =3x105j/kg
 m 1.5-0.75
====================================================
8-الجدول الآتي يحتوي علي بيانات توضح العلاقة بين قيم السعة الحرارية لعدة أجسام مقدرة بالجول/ كلفن وكتل هذه الأجسام بالكيلوجرام
السعة الحرارية ( J/ ok ) 800 1600 2400 3200 4000
الكتلة ( kg ) 2 4 6 8 10
ارسم العلاقة البيانية بحيث تكون دلالات السعة الحرارية على المحور الرأسي والكتل على المحور الأفقي ومن الرسم أوجد : ( أ ) الحرارة النوعية للمادة
(ب) السعة الحرارية لكتلة مقدراها 7 kg
(جـ) كتلة الجسم الذي سعته الحرارية 2000 J/ ok
Cth= qth=4000-800=3200=400 J/ok
m 10-2 8
السعة الحرارية للمادة (ب) = 1600 =400 j/ok
400
السعة الحرارية لمادة كتلتها 7 كجم =2800 j/ok
كتلة الجسم الذى سعتة الحرارية 2000=5 كجم
=======================================================

» الدرس الثانى... الطاقه الكهربيه و الحراره المتولده
» الدرس الخامس ... الكواكب الخارجيه
» الدرس الثانى ... القانون الثانى لنيوتن
» الدرس الثانى ... الكحولات
» الدرس الثانى ... لغة الفيزياء