الباب الخامس للصف الاول الثانوى (فيزياء)

     

        الباب الخامس         الطاقة الحرارية               الدرس الاول

 الطاقة الداخلية ودرجة الحرارة

	معلومة ببلاش - ساد الاعتقاد قديماً بأن  الحرارة عبارة عن جسيمات مادية تنساب من الجسم الساخن الى الجسم البارد ولكن المشاهدات الحياتية أثبتت خطأ هذا الاعتقادحيث يمكن أن تتولد حرارة نتيجة احتكاك جسمين باردين (كاليدين) .		الحرارة :      هي الطاقة التى تنساب تلقائياً من الجسم الساخن الى الجسم البارد

 

الطاقة الداخلية U ودرجة الحرارة

Q تتكون جميع المواد من جزيئات فى حالة حركة مستمرة وبذلك يكون لها :-

G طاقة حركة KE ناتجة عن حركة الجزيئات .

A طاقة وضع PE ناتجة عن القوى القوى المتبادلة بين الجزيئات .

 M ويطلق على مجموع طاقات الوضع  و الحركة لجزيئات المادة

      اسم الطاقة الداخلية .

الطاقة الداخلية ::

     هى مجموع طاقات الحركة و الوضع لجزيئات المادة .      

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

** خليك معايه وانتبه :

- تعتبر درجة حرارة الجسم مقياساً للطاقة الداخلية له ((( علل)))

فعند تسخين المادة	وعند تبريد المادة
تزداد سعة اهتزاز الجزيئات فتزداد طاقة حركتها وبالتالى تزداد الطاقة الداخلية ويصاحب ذلك ارتفاع درجة حرارة الجسم .	تقل سعة اهتزاز الجزيئات فتقل طاقة حركتها وبالتالى تقل الطاقة الداخلية ويصاحب ذلك انخفاض درجة حرارة الجسم .
أى أن : درجة حرارة المادة تتخذ مقياساً للسرعة التى تتحرك بها جزيئات المادة فكلما زادت حركة الجزيئات زادت درجة الحرارة . -مثال : جزيئات الماء الساخن سريعة الحركة بينما جزيئات الماء البارد بطيئة الحركة .

 ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

	درجة الحرارة

 

          هى كمية فيزيائية تدل على حالة الجسم من حيث السخونة أو البرودة

          أو هى مقياس لمتوسط طاقة حركة جزيئات المادة .

      الاتزان الحرارى

*لاستنتاج معنى الاتزان الحرارى لاحظ أنه عند تلامس جسم بارد مع جسم ساخن فإن :

?1- الحرارة تنساب من الجسم الساخن الى الجسم البارد حتى تتساوى درجة حرارتيهما .

?2- كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة (تبعاً لقانون بقاء الطاقة) .

Cمثال توضيحى

* عند اضافة الحليب البارد الى الشاى الساخن فإن :

Q الحليب يكتسب كمية من الطاقة الحرارية بينما يفقد الشاى كمية من الطاقة الحرارية بحيث تكون

       الطاقة الحرارية المكتسبة فى الحليب = الطاقة الحرارية المفقودة من الشاى .

Q درجة حرارة الخليط تصبح واحدة بين درجتى حرارة الحليب البارد و الشاى الساخن .

الاتزان الحرارى هو ::

   الحالة التى يكون فيها للجسمين المتصلين فيزيائيا نفس درجة الحرارة .

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

درجة الحرارة وكمية الحرارة

الفرق بین درجة الحرارة وكمیة الحرارة یشبھ الفرق بین مستوى الماء وكمیة الماء كما یلي :

J إذا تساوى مستوى الماء في أوان مختلفة فھذا لایعني أنھا تحتوي الكمیة نفسھا من الماء ؟

J كذلك إذا تساوى أجسام في درجة الحرارة فھذا لایعني أنھا تحتوي نفس الكمیة من الطاقة الحرارية .

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

قياس درجة الحرارة

أهمية قياس درجة الحرارة :-

1- التعرف على درجة حرارة أجسامنا ودرجة حرارة الجو .

2- تحدید درجات الحرارة المناسبة لبعض الصناعات .

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

وحاسة اللمس لا تصلح كأداة لقياس درجة الحرارة .

** تعتبر حاسة اللمس ھي التي أعطتنا أول مفھوم عن درجة الحرارة فھي التي تسمح لنا بالتمییز بین الأجسام الساخنة والأجسام الباردة .

** و لكن حاسة اللمس لا یمكن أن تدلنا على مقدار درجة الحرارة الفعلیة للجسم بل تبین لنا الاختلاف النسبي بین درجة حرارة الجسم الملموس ودرجة حرارة الید .

فمثلاً:عند نقل يديك من الكأسين a , b  الى الكأس الأوسط

ستشعر بأن درجة حرارة الماء به اعلى من a وابرد من b

أى أن حاسة اللمس  تبین لنا الاختلاف النسبي بین درجة حرارة

 الجسم الملموس ودرجة حرارة الید

	ماء دافئ حرارته 25

 

** لذا يتم استخدام الترمومتر

 كأداة دقيقة لقياس درجة الحرارة

   الترمومترات

فكرة عمل الترمومترات :- تغیر بعض الخواص الفیزیائیة لبعض المواد بانتظام مع تغیر درجة الحرارة .

المادة الترمومترية مادة تتغير احدى خواصها الفيزيائية بانتظام مع تغير درجة الحرارة .

أنواع الترمومترات :-  يتحدد نوع الترمومتر باختيار :

1- مادة ترمومتریة (صلب – سائل – غاز ) .

2- خاصیة فیزیائیة صفة ترمومترية لھذه المادة تتغیر

    بانتظام مع تغیر درجات الحرارة Q

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

** توجد أنواع مختلفة من الترمومترات كما يلى :

وجه المقارنة	الترمومتر السائل	الترمومتر الغازي	الترمومتر البلاتينى
المادة الترمومترية	سائل فى انبوبة شعرية (زئبق أو كحول )	غاز ذو حجم ثابت	ملف مقاومة مصنوع  من البلاتين
الخــاصية الفيزيــائية	تغير طول عمود السائل فى الأنبوبة الشعرية بانتظام مع تغير درجة الحرارة	هى تغير ضغط الغاز بانتظام مع تغير درجة الحرارة	هى تغير مقاومة الملف الكهربية بانتظام مع تغير درجة الحرارة
الشكل	كحولى   زئبقى

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

تجربة لتصميم أداة لقياس درجة الحرارة .

1-صل مقاومة كهربية (تتغير قيمتها بتغير درجة الحرارة) بطرفى ملتيميتر .

2-حرك مفتاح اختيار القياس فى الملتيميتر الى حرف R لقياس المقاومة .

3-ضع المقاومة  و ترمومتر زئبقى فى اناء به ماء .

4-سجل درجة الحرارة و المقاومة بالاوم فى درجة حرارة الغرفة .

5-ارفع درجة حرارة الماء بمقدار 5^O C ثم سجل درجة الحرارة وقيمة المقاومة المقابلة لها .

6-كرر الخطوة السابقة عدة مرات مع استمرار التسخين وسجل النتائج فى جدول .

7- ارســم علاقة بيانية بين درجة الحرارة (محور أفقى) و المقاومة (محور رأسى) .

** الاستنتاج :

R

1-عند رسم العلاقة البيانية بين درجة الحرارة (على الافقى)

و المقاومة (على الرأسي) ينتج خط مستقيم يسمى منحنى المعايرة .

2-يستخدم منحنى المعايرة فى قياس درجة سائل عن طريق وضع

المقاومة داخل هذا السائل وتعيين قيمة المقاومة , ثم باستخدام منحنى

TO

المعايرة تتعين درجة الحرارة المقابلة لهذه المقاومة .

أنظمة تدريج مقياس درجة الحرارة

	مقياس فهرنهايت	مقياس سيلزيوس (المئوى)	مقياس كلفن
اسم العالم المخترع	جبريال فهرنهايت	أندريه سيلزيوس	اللور كلفن
درجة تجمد الماء(انصهار الثلج)	32	صفر	273
درجة غليان الماء	212	100	373

معلومة خفيفة يبدأ مقياس كلفن من الصفر المطلق . الصفر المطلق هو :: درجة الحرارة التى تكون عندها حركة جزيئات المادة فى أضعف حالاتها (و الجزيئات فى أبرد ما يمكن أن تكون عليه)

ملحوظة كويسة : يخلو مقياس كلفن من القيم السالبة   لذلك يفضل استخدامه فى الحسابات العملية .

التحويل من درجة حرارة ما من تدريج الى تدريج آخر ::

للتحويل من الدرجة السيلزية (T C)الى الدرجة الكلفينية (T)و العكس	للتحويل من الدرجة الفهرنهيتية (T F) الى الدرجة السيليزية( T C)و العكس
T = T C  + 273   T C =  T - 273	T F =  9  5 ( T F + 32)   T C =  5  9 ( T F – 32)
مثال : أوجد درجة غليان الماء على مقياس كلفن T = T C  + 273   الحل :   = 100 + 273 = 373 ◦ K	مثال : اذا كانت درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت هى 100◦F أوجد درجة الحرارة المناظرة لها على مقياس سيلزيوس ؟؟ T C =  5  9 ( T F – 32)   الحل : = 37.8 ◦ C

   ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ملاحظات خطيرة جداًًًًًًًًًًًًًً

1) يعتبرمقياس كلفن هو المقياس المعتمد لتقدير درجة الحرارة فى النظام الدولى (( ولذلك يعتبر الكلفن من وحدات القياس الأساسية )) .

2) المسافة بين النقطة الثابتة السفلى (درجة انصهار الثلج) و العليا (درجة غليان الماء) ::::

أ) على تدريجى سيلزيوس وكلفن مقسمة الى 100 درجة .

ب) على تدريج فهرنهايت مقسمة الى 180 درجة .

وبنــــــــــــــــــــــــــــــــــــاءًا عليـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــه :::

♪ عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة على تدريج سيلزيوس تتغير بمقدار درجة واحدة على تدريج كلفن بينما تتغير بمقدار 1.8 ^◦ أو ( 9  5 ) درجة على مقياس فهرنهايت .              

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

أجب عن الأسئلة التالية ::

(1) علل لما يأتى ::

1- تعتبر درجة الحرارة مقياساً لمتوسط طاقة حركة جزيئات المادة ؟

2- اذا تساوى جسمان فى درجة الحرارة فهذا لايعنى أنهما يحتويان على نفس كمية الطاقة ؟

جـ- لاختلاف الجسمان عن بعضهما فى نوع المادة والكتلة .

3-انصهار الثلج الموضوع فى الهواء بسرعة ؟؟

جـ - لأنه يكتسب الحرارة من الوسط المحيط .

4- يفضل استخدام مقياس كلفن فى الحسابات العملية ؟؟

5- درجة الحرارة على مقياس سيلزيوس لا تساوى درجة الحرارة على مقياس كلفن ؟

6- التغير فى درجة الحرارة على مقياس سيلزيوس لايساوى التغير فى درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت ؟

7- تختلف المادة الترمومترية للترمومتر البلاتينى عن الترمومتر الكحولى ؟

8- يستخدم الزئبق كمادة ترمومترية ولايستخدم الماء ؟

9- يستخدم البلاتين كمادة ترمومترية ؟

10- أهمية قياس درجة الحرارة فى حياتنا العملية ؟

11- لايمكن الاعتماد على حاسة اللمس فى قياس درجة الحرارة ؟؟

س-إذا ارتفعت درجة الحرارة على تدريج سيلزيوس بمقدار 100 درجة فما مقدار الارتفاع على تدريج كلفن؟

2- إذا علمت أن درجة حرارة غرفة هى 77 ⁰F فاحسب درجة الحرارة على

[أ] مقياس سيلزيوس.                      [ب] مقياس كلفن.

3- ما درجة الحرارة التى يكون عندها قراء تدريج الكلفن تساوى 4 مرات قدر قراءة تدريج سيلزيوس ؟

4-ما هى درجة الحرارة التى تتساوى فيها قراءتى التدريج السيليزى و التدريج الفهرنهايتى ؟

س ما النتائج المترتبة على ::

1- اكتساب الجسم كمية من الطاقة الحرارية ؟

2- فقد الجسم كمية من الطاقة الحرارية ؟

س- اذكر شرطى عمل ترمومتر

الترمومترالرقمى

س- قارن بين درجة الحرارة وكمية الحرارة