الدرس الثانى... الطاقه الكهربيه و الحراره المتولده

الطاقة الكهربية والحرارة المتولدة :
لسريان التيار الكهربي خلال سلك معدني يتطلب ذلك وجود فرق جهد بين طرفيه يتعين فرق الجهد من العلاقة
حيث:W الشغل ويقاس بوحدة الجول J
Q : كمية الشحنة الكهربية
I :هى شدة التيار
t :الزمن
R : المقاومة V=I R
W= I 2 R t
I= V/R
W=
V= Volt
W= V q J
Q = I t
W=V I t
- الطاقة الكهربية المستنفذة من الموصل تظهر فية فى صورة طاقة حرارة
الجول :
- وحدة قياس الطاقة الكهربية .
- مقدار الطاقة الكهربية المستنفذة فى موصل فرق الجهد بين طرفيه واحد فولت عندما يمر به تيار شدته واحد أمبير فى زمن قدره واحد ثانية .
الكيلو وات ساعة :
- مقدار الطاقة المستنفذة فى أجهزة كهربية قدرتها 1000 وات عند استعمالها لمدة ساعة واحدة
العلاقة بين الجول ، الكيلو وات ساعة :
الكيلو وات ساعة = 1000 وات × 1 ساعة
= 1000 × 60 × 60 = 36 × 10 5 جول
ملحوظــــة
- الكيلو وات ساعة يستخدم فى :
-إنارة مصباح كهربي قدرته 25 وات لمدة 40 ساعة .
-إنارة مصباح كهربي قدرته 100 وات لمدة 10 ساعات .
-تسخين 10 لتر من الماء من صفر س إلى قرب درجة الغليان .

تحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة حرارية :
- عند مرور تيار كهربي فى سلك فإن الطاقة الكهربية المستنفذة فى السلك تعمل على زيادة الطاقة الداخلية له فترتفع درجة حرارة السلك عن الوسط المحيط وتنتقل منه الحرارة إلى هذا الوسط بالتوصيل أو الحمل أو الإشعاع أي أن الطاقة الكهربية تتحول إلى طاقة حرارية .
علل : ترتفع حرارة موصل عند مرور التيار الكهربى فيه .
- لأنه عند مرور التيار الكهربى فى موصل يحدث احتكاك وتصادم بين إلكترونات التيار و ذرات الموصل فتزداد الطاقة الداخلية وترتفع درجة حرارة الموصل .
النتائج المترتبة على توليد الحرارة :
1- نتائج مرغوبة :
- مثل الأجهزة المصممة لهذا الغرض كالسخان الكهربى والمكواة ، …
2- نتائج ضارة :
- تسبب فقد جزء من الطاقة الكهربية بتحويلها إلى طاقة حرارية فى الأسلاك كما فى المحول الكهربى .
- تسبب تلف الأجهزة الكهربائية عند ارتفاع درجة حرارتها بمقدار كبير
علل : عند صناعة ملف السخان الكهربى يجب أن يكون طول السلك ومقاومته مناسبة .
- حتى لا تتولد حرارة كبيرة تؤدى إلى صهر الأسلاك.
علل : تصنع ملفات السخان الكهربى والمكواة الكهربية من سلك النيكل كروم .
- لكبر مقاومته النوعية ودرجة انصهاره العالية .
الطاقة الكهربية المستنفذة وكمية الحرارة المتولدة
تجربة :
الغرض من التجربة :
إثبات أن الطاقة الكهربية المستنفذة تساوى
الطاقة الحرارية الناتجة
خطوات العمل :
1- نكون الدائرة الكهربية كما بالشكل .
2- عين كتلة المسعر وهو فارغ ولتكن (m1 kg)
3- عين كتلة المسعر وبه حوالي ثلثيه من الماء ومن ذلك عين كتلة الماء ولتكن ( m2kg)
4- أغلق الدائرة الكهربية وعدل الريوستات حتى تيار كهربى ذو شدة مناسبة .ثم افتح الدائرة .
5- عين درجة حرارة الماء والمسعر الابتدائية  (t1 )
6- أغلق الدائرة ليمر تيار مناسب ثم عين (شدة التيار (I) ، فرق الجهد (V) )
7- بعد مرور زمن معين وليكن (15 دقيقة ) عين درجة حرارة الماء النهائية (t2)
8- احسب الطاقة الكهربية المستنفذة من العلاقة W=VI t
10-احسب كمية الحرارة المتولدة بالجول والتي اكتسبها المسعر والماء من العلاقة
(m Cth Δ t)للمسعر +( m Cth Δt )للماء
الملاحظة : الطاقة الحرارة المتولدة = الطاقة الكهربية المستنفذة
(m Cth Δ t)للمسعر +( m Cth Δt )للماء = V I t
مسائل محلولة
1-كم تكون مقاومة سلك التسخين اللازم لرفع درجة حرارة 0.6kg من الماء في درجة 37oC إلى درجة الغليان في 90S إذا كان فرق الجهد المستخدم 110V وأن الحرارة النوعية للماء 4200J/kgok
V I t =( m Cth Δt )
I = = = 16.04 A
R= = =6.7 اوم
========================================================
2-يمر تيار شدتة 2 أمبير فى سلك لمدة 10 دقائق فإذا كان فرق الجهد بين طرفية = 5 فولت احسب الطاقة الكهربية المستنفذة بالجول
I=2 A V=5 V t= 10×60 = 600 S
W= I V t = 2× 5×600= 6000 J
2-في تجربة لمسعر جول حصلنا على النتائج الآتية :-
-ك المسعر النحاسي = 10جم وحرارتة النوعية = 900 جول / كجم كلفن
-كتلة الماء الموجود بالمسعر = 100 جم و حرارتة النوعية = 4200 جول / كجم كلفن
درجة حرارة الماء والمسعر الابتدائية = 20 درجة س درجة حرارة الماء والمسعر النهائية = 40 درجة س
شدة التيار=2 أمبير و فرق الجهد = 2 فولت و زمن = 35 دقيقة و 45 ثانية
احسب الطاقة الكهربية المستنفذة & كمية الطاقة الحرارية الناتجة
t = 45 × 60 + 45 = 2745 S
P w = V I t = 2745× 2×2 = 8580 J
كمية الطاقة الحرارية المتولدة =
=(m Cth Δ t)للمسعر +( m Cth Δt )للماء
=0.01 ×900 ×20 + 0.100 ×4200 ×20=8580 J
========================================================
4-إذا كان فرق الجهد الكهربي لسلك يساوي 60 V ويمر به تيارا 5 A أوجد مقدار الارتفاع في درجة الحرارة إذا وضع هذا السلك في 200 gm ماء لمدة 2 min إذا كانت الحرارة النوعية للماء 4200J/kgok .
V I t = ( m Cth Δt )للماء
Δt = = =42.85 oC
========================================================
5- وضع ملف تسخين في مسعر كتلته 100gram يحتوي على 1000 gramماء . احسب مقدار الارتفاع في درجة حرارة الماء والمسعر إذا كان60% من الطاقة الكهربية تستخدم لتسخين الماء والمسعر علما بأن شدة التيار في ملف التسخين 5A تحت فرق جهد 110 خلال فترة التسخين 130s والحرارة النوعية للماء والمسعر على الترتيب هي 4200J/kgok ، 900J/kgok
= (m Cth Δ t)للمسعر + ( m Cth Δt )للماء
= 0.1 x 900 x Δt +1 x 4200 x Δ t = 4290 Δ t
42900 = 4290 Δ t
Δ t = 10 oC

» الدرس الثانى ... الحراره الخارجيه
» الدرس الثانى ... الطاقه فى حياتنا
» الدرس الثانى ... القانون الثانى لنيوتن
» الدرس الاول ... الكيمياء الكهربيه
» الدرس الثالث ... القدره الكهربيه