درجة الحرارة والطاقة الحرارية
الدرس الأول : درجة الحرارة والطاقة الحرارية
=====================================================
* درجة الحرارة :
هي مقياس لمتوسط قيمة الطاقة الحركية للجزئيات التي تكون في حالة حركة عشوائية.
* العلاقة بين طاقة حركة الجزئيات ودرجة الحرارة :
كلما زادت درجة الحرارة زادت طاقة حركة الجزئيات
( تزداد الطاقة الحركية للجزئيات بزيادة سرعتها )
التمدد والتقلص
* يحدث التمدد في الأجسام بسبب الارتفاع في درجة الحرارة ، بينما التقلص في الأجسام يحدث بسبب الانخفاض في درجة الحرارة .
لماذا يحدث التمدد ؟
لماذا يحدث التقلص ؟
عندما ترتفع درجة حرارة الجسم تزداد سرعة جزئيات المادة وتتباعد عن بعضها البعض مما يؤدي إلى تمدد الجسم .
عندما تبرد درجة حرارة الجسم تقل سرعة جزئيات المادة وتتقارب من بعضها البعض مما يؤدي إلى تقلص أو انكماش الجسم
* الخلاصة : المواد تتمدد بالحرارة ، وتتقلص بالبرودة .
* العوامل المؤثرة في التمدد والتقلص ( العوامل التي يعتمد عليها مقدار تمدد وتقلص الأجسام ) :
1) نوع مادة الجسم .
2) مقدار التغير في درجة حرارته .
مثال للتوضيح :
المادة السائلة تتمدد أكثر من المواد الصلبة وكلما زاد التغير في درجة الحرارة زاد مقدار التمدد أو التقلص .
قياس درجة الحرارة
* بسبب الصغر المتناهي للجزئيات واحتواء الجسم عل أعداد كبيرة جداً منها فإن قياس الطاقة الحركية لكل جزيء بمفردة عملية مستحيلة حتى الآن .
* لذلك لجأ العلماء إلى استخدام مقاييس الحرارة وهي أكثر الطرق العلمية استخدماً لقياس درجة الحرارة .
* المبدأ الذي تقوم عليه فكرة عمل مقاييس الحرارة هي تمدد وتقلص المواد.
* تعريف مقياس الحرارة ، هو : أنبوب زجاجي يحوي سائلاً حيث يتمدد هذا السائل عند ارتفاع درجة الحرارة ( يتغير ارتفاع عمود السائل في الأنبوب تبعاً لدرجة الحرارة )
مقاييس درجة الحرارة
هنالك ثلاثة أنواع لمقاييس درجة الحرارة ويمكن توضحيها من خلال الجدول التالي:
مقياس درجة الحرارة
درجة تجمد الماء
درجة غليان الماء
المسافة بين درجة التجمد والغليان
مقياس السيليسوس
صفر5
5100
100 جزء
المقياس الفهرنهايتي
532
5212
180 جزء
المقياس المطلق (كلفن)
5273
5737
100 جزء
تحويل درجات الحرارة
1 ـ للتحويل من مقياس الفهرنهايتي ( ف5 ) إلى مقياس سيليسوس (س5 ) نستخدم العلاقة التالية :
2 ـ للتحويل من مقياس سيليسوس (س5) إلى مقياس فهرنهايتي (ف5) نستخدم العلاقة التالية :
3 ـ للتحويل من مقياس كلفن (ك) إلى مقياس سيليسوس (س5) نستخدم العلاقة التالية :
4 ـ للتحويل من مقياس سيليسوس(س5 ) إلى مقياس كلفن (ك) نستخدم العلاقة التالية :
تطبيقات حسابية
مثال حسابي ( 1 ) : أشار مقياس الحرارة في يوم صيفي إلى القراءة 86ف5 ، كم تساوي هذه الدرجة على مقياس سيليسوس ؟
الحل /
مثال حسابي ( 2 ) : سجلت درجة الحرارة 557 س في الصحراء في يوم صيفي حار ، ما قيمة هذه الدرجة على مقياس الفهرنهايتي ؟
الحل /
مثال حسابي ( 3 ) : إذا كانت درجة حرارة سطح الشمس 56000 ك ، فكم تساوي في مقياس سيليسوس ؟
الحل /
مثال حسابي ( 4 ) : إذا كانت درجة حرارة سطح أحد النجوم هي 52827 س ، فكم تكافئ بوحدة الكلفن ؟
الطاقة الحرارية
* تعريفها ، هي : مجموع طاقتي الوضع والحركة لجميع جزئيات جسم ما.
س / كيف تتغير طاقة الوضع للجزئيات ، مع ذكر مثال للتوضيح ؟
طاقة الوضع تتغير عندما تقترب الجزئيات بعضها من بعض أو تتباعد .
مثال توضيحي :
عندما تقوم بقذف كرة للأعلى فإنها تكتسب طاقة وضع ، وعندما ترجع في السقوط تتحول من طاقة الوضع إلى طاقة حركية .