الخميس، 29 ديسمبر، 2016

مسائل في الفيزياء

          


يستخدم خزان من غاز الهيليوم ضغطه 15.5×6^10 و درجة حرارته 293k لنفخ بالون على صورة دميه

كان حجم الخزان 0.020m^3 فما حجم البالون اذا امتلا عند 1.00 ضغط جوي و درجة حرارة 323k ؟
        
        
V2=V1P1T1 / T2P2
=
0.020X15.5x10^6X323 / 293X1x10^5
=
3.4m^3


مسائل تدريبية
.6 يُستخدم خزان من الهليوم ضغطه 15.5 × 106
Pa, ودرجة حرارته 293 k, لنفج البالون على صورة دمية, فإذا كان حجم الخزان 0.020 m3, فما حجم البالون إذا امتلأ عند 1.00 ضغط جوي, ودرجة حرارة 323 k؟ 3.4 m3
7. ما مقدار كتلة غاز الهيليوم في المسألة السابقة إذا علمت أن الكتلة المولية لغاز الهيليوم 4.00
g/mol؟ 510 g
8. يحتوي خزان على 200.0
L من الهيدروجين درجة حرارته 0.0 ˚C ومحفوظ عند ضغط مقداره 156 kPa, فإذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 95 ˚C, وانخفض الحجم ليصبح 175 L, فما ضغط الغاز الجديد؟ 240 kPa
9. إن معدل الكتلة المولية لمكونات الهواء (ذرات الأكسجين الثنائية وذرات النيتروجين الثنائية بشكل رئيس) 29
g/mol تقريباً, فما حجم 1.0 kg من الهواء عند ضغط يساوي الضغط الجوي و20.0 ˚C؟ 0.83 m3
تتضمن خمس خواص تستخدم في تعرف المعادن

ما الفرق بين لون المعدن وحكاكته

اسماء معادن لعبة كلمة السر

الفرق بين المعدن والصخر مختصر

اذكر بعض المعادن

وضح الفرق بين المعدن والصخر واذكر اسماء خمسة معادن المصدر السعودي

ما هي المعادن التي تدخل في صناعة الرخام


إجابة السؤال السادس عشر :

 رجوع

إجابة السؤال السابع عشر :

نحسب أولاً كتلة الماء = ث الماء × ح الماء

                       = 1 × 500 = 500 غ

كمية الحرارة = ك × ح ن × D د

= 167.4 كيلو جول .

 رجوع

إجابة السؤال الثامن عشر :

كمية الحرارة = ك × ح ن × D د

= 3.312 كيلو جول

 رجوع

إجابة السؤال التاسع عشر :

كمية الحرارة = ك × الحرارة الكامنة للانصهار

 رجوع

إجابة السؤال العشرون :

كح = كمية الحرارة اللازمة لتبريد الماء إلى درجة صفر .

    + كمية الحرارة اللازمة لتحويل الماء عند درجة صفر إلى جليد عند درجة صفر .

    +  كمية الحرارة اللازمة لتبريد الجليد عند درجة صفر إلى درجة +4 ْس .



كح = ك × ح ن (ماء) × (15 - 0) + ك × ح ن(كامنة) + ك × ح ن(جليد) + (0 + 4)

    = 1 × 4185 × 15 + 1 × 336 × 10 3 + 1 × 2100 × 4

    = 62775 + 336000 + 8400 = 407175 جول

                                           = 407.175 كيلو جول .

 رجوع

إجابة السؤال الحادي والعشرون :

( أ ) كمية الحرارة التي فقدها قطعة الحديد = كمية الحرارة التي تكتسبها قطعة الجليد

      ك × ح ن (حديد) × (D د) = ك × الحرارة الكامنة لانصهار الجليد .



3 × 460 × (560 – 0) = ك × 336 × 10 3

                   772800 = 336000 ك

                             ك = 2.3 كغ .



(ب) كتلة الجليد المتبقي دون انصهار = 3 – 2.3

                                       = 0.7 كغ



(جـ) مقدار كمية الحرارة اللازمة لصهر بقية الجليد .

      = ك الباقية × الحرارة الكامنة لانصهار الجليد .

      = 0.7 × 336 × 10 3 = 235.2 × 10 3 جول .

س 1 : ماكمية الحرارة اللازمة لتسخين 87g من الميثانول المتجمد عند 14 k إلى بخار عند 340k ؟ ( درجة انصهاره - 97.6 c ودرجة غليانه 64.6 c افترض ان السعة الحرارية النوعية للميثانول ثابتة في جميع حالاته .

س2 : مامقدار كمية الحرارة اللازمة لتدفئة 363 ml من الماء في زجاجة أطفال من 24 c إلى 38 c ?

س3 : مامقدار كمية الحرارة اللازمة لصهر 81 g من الجليد عند درجة 0 c في دورق ويخن إلى 10 c ?

س4 : إذا بذلت 0.050 j من الشغل على القهوة في الفنجان في كل مرة تحركها فما مقدار الزيادة في الانتروبي في 125 ml من القهوة عند درجة 65 c عندما تحركها 85 مرة ؟

ايضا عندي سؤالين عللي اذا جاوبتهم اكون شاكرة لكم
1- عللي اختلاف ارتفاع درجة حرارة بعض المواد عند التعرض لنفس الفترة الزمنية للحرارة ؟
2- تسمية الحرارة الكامنة للانصهار والغليان بهذا الاسم ؟

س 1 : ماكمية الحرارة اللازمة لتسخين 87g من الميثانول المتجمد عند 14 k إلى بخار عند 340k ؟ ( درجة انصهاره - 97.6 c ودرجة غليانه 64.6 c افترض ان السعة الحرارية النوعية للميثانول ثابتة في جميع حالاته .

س2 : مامقدار كمية الحرارة اللازمة لتدفئة 363 ml من الماء في زجاجة أطفال من 24 c إلى 38 c ?

س3 : مامقدار كمية الحرارة اللازمة لصهر 81 g من الجليد عند درجة 0 c في دورق ويخن إلى 10 c ?

س4 : إذا بذلت 0.050 j من الشغل على القهوة في الفنجان في كل مرة تحركها فما مقدار الزيادة في الانتروبي في 125 ml من القهوة عند درجة 65 c عندما تحركها 85 مرة ؟

ايضا عندي سؤالين عللي اذا جاوبتهم اكون شاكرة لكم
1- عللي اختلاف ارتفاع درجة حرارة بعض المواد عند التعرض لنفس الفترة الزمنية للحرارة ؟
2- تسمية الحرارة الكامنة للانصهار والغليان بهذا الاسم ؟
**عندما يتجمد السائل فإنه يفقد كمية من الحرارة تساوي Q  = - m Hf
والإشارة السالبة تدل على أن الحرارة تنتقل من المادة إلى المحيط الخارجي
** عندما يتكاثف بخار إلى سائل فإنه يفقد كمية من الحرارة تساوي Q  = - m Hv
** يمكن جعل الماء يغلي  دون تسخين وفي درجة حرارة الغرفة وذلك بوضعه دافئا في قارورة ثم وضعها في ناقوس وتفريغ الهواء مع التجفيف
** تتغير درجتا الانصهار والغليان للماء  عند إضافة مذاب إليه حيث يتكون محلول فتزداد درجة الغليان وتنخفض درجة التجميد 
أي وجود شوائب مذابة في الماء ( ملح ، سكر ، ... ) يغيّر من درجة غليان الماء ، كذلك إذا خلط الماء بسوائل أخرى تتغير درجة الغليان



:القانون الأول للديناميكا الحرارية
نص القانون الأول للديناميكا الحرارية:
التغير في الطاقة الحرارية Δ U لجسم ما يساوي مقدار كمية الحرارة Q المضافة إلى الجسم مطروحا منه الشغل W الذي يبذله الجسم.
Δ U = Q - W
أمثلة على تغير كمية الطاقة الحرارية في نظام ما  :
المضخة اليدوية المستخدمة في نفخ إطار الدراجة الهوائية

أمثلة على تحول أشكال من الطاقة إلى طاقة حرارية:
1- تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية : محمصة الخبز – الفرن الكهربائي
2- تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية: أشعة الشمس
المحركات الحرارية..




الآلة الحرارية:
هو أداة ذات قدرة على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بصورة مستمرة...
نتيجة انتقال الحرارة إلى الجهاز من مصدر حراري ذي درجة حرارة عالية وطرد الحرارة إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة .








شروط عمله:
1- وجود مصدرا ذا درجة حرارة مرتفعة لامتصاص الحرارة منه(مستودع ساخن)
2- وجود مستقبلا ذا درجة حرارة منخفضة يمتص الحرارة  (مستودع بارد)
3- وجود آلة لتحويل الحرارة إلى شغل.
المستودع ( الخزان ) الحراري :
هو جسم كبير يمكن أن تنتقل الحرارة منه أو إليه ولا يؤدي ذلك إلى تغير درجة حرارته



وكمثال على الآله الحرارية هناك نوعان:
مثال توضيحي على الآلة الحرارية ( الآلة البخارية )



2- آلة الاحتراق الداخلي  مثال :  محرك الاحتراق الداخلي ( محرك السيارة)



مراحل عمله
1- اشتعال بخار البنزين المخلوط بالهواء لإنتاج شعلة درجة حرارة مرتفعة
2- تدفق الحرارة Q H من اللهب إلى هواء الاسطوانة حيث يتمدد الهواء ويدفع المكبس محولا الطاقة الحرارية  إلى طاقة ميكانيكية , تحرك السيارة
3- طرد الهواء الحار وحلول هواء بارد مكانه ليعود المحرك لوضعه الابتدائي.. وتتكرر هذه العملية عدة مرات كل دقيقة.





ملاحظات:
1- لا تتحول جميع الطاقة الحرارية الناتجة عن الاشتعال في محرك السيارة إلى طاقة ميكانيكية.
2-  عند عمل المحرك تسخن الغازات في العادم وأجزاء المحرك وتنتقل للهواء الخارجي ومن المحرك تنتقل الحرارة على المشعاع ومنه للهواء الخارجي
3- تسمى الطاقة المنتقلة إلى خارج محرك المركبة بالحرارة الضائعة (   QL)



4-  عندما يعمل المحرك بصورة دائمة فإن الطاقة الداخلية للمحرك لا تتغير
Δ U = Q – W = 0
5-  محصلة الحرارة التي تدخل المحرك هي             L Q -  Q = Q H
وبالتالي يكون الشغل الذي يبذله المحرك هو             W = Q H  -  Q L
6-  في جميع المحركات الحرارية توجد حرارة ضائعة ( مفقودة) ولا يوجد محرك يحول الطاقة كلها إلى شغل أو حركة نافعة

الكفاءة..
يعبر عن الكفاءة الفعلية للمحرك بالنسبةَ W/QH  حيث   QH كمية الحرارة  الداخلة و W  الشغل النافع الناتج
**لوجود حرارة ضائعة لا توجد محركات كفاءتها مئة في المائة


المحركات الشمسية
وفيها تجمع الحرارة في المجمعات الشمسية عند درجة حرارة عالية وتستخدم لتشغيل المحركات.


                                        المبردات (الثلاجات)..

المبردة : مثالا على الآلة التي تحقق انتقال الحرارة من الجسم الأبرد إلى الأسخن  باستخدام شغل ميكانيكي
آلية العمل:
* تعمل الطاقة الكهربائية على تشغيل محرك فيبذل المحرك شغلا على الغاز فيضغطه
*يعبر الغاز ناقلا الحرارة من داخل المبرد ( الثلاجة) إلى ملفات التكثيف خلف الثلاجة ,حيث يبرد متحولا لسائل وتنتقل الحرارة الناتجة للهواء
*ثم يعود السائل على داخل الثلاجة ,ويتبخر بعد أن يمتص الحرارة من داخل الثلاجة وينتقل للضاغط ومنه للخارج وهكذا

أذا التغير الكلي في الطاقة الحرارية للغاز = صفر,
لذلك وحسب القانون الأول للديناميكا فإن مجموع الطاقة المأخوذة من محتويات المبردة والشغل المبذول بفعل المحرك يساوي الحرارة المنبعثة.



المضخات الحرارية..

عبارة عن مبرد يعمل في اتجاهين
تنتزع المضخة في الصيف الحرارة من المنزل ولذا يبرد..
أما في الشتاء فتنتزع الحرارة من الهواء البارد الذي في الخارج وتنقلها إلى داخل المنزل لتدفئة


القانون الثاني للديناميكا الحرارية:

من الطبيعي أن نلاحظ انتقال الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ولكن ..
** هل يمكن أن نلاحظ انتقال الحرارة من البارد إلى الساخن تلقائيا ؟




الانتروبي ..
  هي عبارة عن قياس للفوضى في النظام ..
وهي وصف لنتيجة دراسة الفرنسي كارنوت (كارنو) حيث أثبت أن كل المحركات تولد حرارة ضائعة..
وقيل لنا إن الانتروبي هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية وقيل أيضا إن الانتروبي هو قانون العشوائية والفوضى وان الانتروبي ويعرب بأنه القصور الحراري....

لتوضيح الإنتروبي مثال :
سقوط كرة



وبالتالي...
**الإنتروبي محتوى داخل الجسم ..مثل الطاقة الحرارية .
** عند إضافة حرارة للجسم يزداد الإنتروبي والعكس صحيح
**إذا بذل الجسم شغلا دون أن تتغير درجة الحرارة فإن الإنتروبي لا يتغير مادام الاحتكاك مهمل
** يستخدم مفهوم الإنتروبي كمقياس لفوضى النظام الحاوي على العديد من الجسيمات في مجالات أخرى مثلا كالحاسوب
** يعبر عن التغير في الإنتروبي   (  S ) بالعلاقة
                                ΔS = Q / T
ويساوي مقدار الحرارة المضافة إلى الجسم مقسومة على درجة حرارة الجسم بالكلفن
**وحدة الإنتروبي  هي  J  /  K



القانون الثاني للديناميكا الحرارية

وينص على أن العمليات الطبيعية تجري في اتجاه المحافظة على الأنتروبي الكلي للكون أو زيادته أي أن الأشياء أكثر عشوائية ما لم يتخذ إجراء يحافظ على انتظامها..
  أمثلة على زيادة الإنتروبي والقانون الثاني:
اختلاط صبغة الطعام



القانون الثاني للديناميكا الحرارية وزيادة الإنتروبي ..
 يقدمان معنى جديد لأزمة الطاقة عند استخدام الغاز الطبيعي لتدفئة المنزل ..
فإن الطاقة في الغاز لا تستهلك بل تتحول من كيميائية كامنة في جزيئات الغاز إلى حرارية في اللهب ثم إلى حرارية في  هواء المنزل ثم تتسرب إلى الخارج فالطاقة لا تستهلك , ولكن الإنتروبي ازداد..
** إن نقص الطاقة  القابلة للاستخدام هو فعليا فائض في الانتروبي


                                    حل أسئلة فيزياء الفصل الخامس
19 ) Q = mC T + mHf
بخار
ماء
        = 0.100 × 2060 ×20.0 +0.100 ×3.34 ×105  = 3.75 ×104 J
20)  Q = mC T + mHv  +   mC T
          = 0.200×4180 × ( 100.0 – 60.0 ) + 0.200×2.26 ×106 + 0.200 ×2020
               ( 140.0 – 100.0 )  = 502 k.J
 جليد
ماء
بخار
      m = 2.00  × 102 g = 0.200 kg
21)   Q = mC T + mHf  +  mC T + mHv +  mC T
        m= 3.00 ×102 g  =  0.300 kg
 0.300 × 3.34  + (       Q = 0.300 × 2060 ( 0.0 –( −30.0 )
         + 0.300 × 4180 ( 100.0 −0.0 ) + 0.300 ×2.26 × 106
           + 0.300 ×2020 ( 130.0 – 100.0 ) = 9.40 × 102 kJ
23) u = Q – Wblock                                                      Wdrill = − Wblock
          o + Wdrill = mC T
Wdrill = 0.40 × 897 × 5.0 = 1.8 × 103 J
الطاقة الحرارية الكلية                                                                                            24 ) u =  mC T
                                       = 0.50  × 130 × 1.0 = 65 J
طاقة الوضع عند إسقاط الكيس لمرة واحدة PE = mgh                                                                  
                     = 0.50 × 9.80 × 1.5 =7.4J
عدد مرات إسقاط الكيس                                                                     مرات                   =  = 9       25  )  u =  mC T
                       = 0.15 × 4180 ×2.0 = 1.3 × 103 J                                                                       
     عدد مرات تحريك الملعقة                                                × 104   2.6                      =  =
بخار
28 ) m = 50.0 g = 0.500 kg.
      Q = mC T + mHv +  mC T
     Q = 0.500 × 4180 ( 100.0 −80.0 ) + 0.500 × 2.26 ×106   
زئبق
             + 0.500 × 2020 ( 110.0- 100.0 ) = 1.18×105 J
29 )      Q = mC T + mHv
                                                        = 1.0 × 140 ( 357 −10.0 ) + 1.0× 3.06 ×105 = 3.5 ×105 J
31 )     =  × 320 ( 5.0 )2  = 4.0 kJ         =   4000.0 J
          u =  mC T = 3.0 ×130 ×5.0 =1950 J= 2.0 kJ
     نصف طاقة المطرقة الحركية تحولت إلى طاقة حرارية امتصها القالب وأدت إلى ارتفاع درجة حرارته
             = u = 4.0 −2.0 = 2.0 kJ
الطاقة الحرارية        =         الطاقة الميكانيكية         32 )
PE         =       Q                            
mgh = mC T     T =                                          
    = 0.293  =              T 
وهذا يمثل الفرق بين درجة حرارة الماء بين قمة الشلال وقاعه
50 )        Q = mC T       m = 50.0 g = 0.0500 kg.
                  = 0.0500 ×4180 ( 83.0 – 4.5 ) = 1.64×10 4 J
51 )  Q = mC T    C =      m = 5.00 ×10 2 g = 0.500 kg.
              =  = 1.00 ×  103 J / kg.      
58 )     Q = mHf  
                            =  20.0 × 3.34 ×105 =  6.68 ×10 6 J
59 )      Q = mHv    Hv =
                 m = 40.0 g = 0.0400 kg
                                    Hv  =    = 2.47 ×  105 J /kg
64)     Eff  = × 100  =  × 100 = 42%
               الحرارة الضائعة  التي ينتجها المحرك كل ثانية = 5300 −2200 = 2900 J               
65 )  U =  mC T   T =
                                           =   = 0.016
66) KE = 
     =  ( 1500) ( 25 )2  = 4.7 × 107 J
        U  = KE =  mC T    T =
        T   =  = 12 
67 )   Q = mC T
              = 1.0 × 4180 × 90 = 376 kJ
           m =      =   = 101 kg.  
نحاس
الومنيوم
68 )   m1C1    =  m2C2         =  
          
كتلة قالب النحاس أكبر بـ 2.3 من كتلة قالب الألمونيوم
التغير في الطاقة الداخلية للقالب                                                                                            U =  mC T 69 )
              = 0.70 × 385 ×0.20 = 54 J     
الطاقة  الحركية للقالبين قبل التصادم = التغير في الطاقة الداخلية =
  U = 54J  = 2 ×    =
=  = 154.28                  v = 12.4 m/s
70 ) KE =  ( 0.50 ) 2    (2.5 )2 = − 6.6 J
 m =     =     = kg.   
         مقدار الطاقة الحرارية الإضافية في كل ساعة :-                                    72 )  U = 30.0 J /s ×3600 = 1.08 × 105 J
مقدار العرق الذي يجب أن يتبخر                                                                m =
                    =  = 0.0478 kg
الطاقة الحرارية الكلية التي يمتصها الماء                                                                73 ) U =  mC T
               = 0.50 × 4180 ×2.3 = 4.8 kJ.
طاقة الربط لكل جزئ = الطاقة الكلية / عدد الجزيئات
     =   = 4.8 × 10−19  J /molecule
77 ) W = mgh
         =  180 × 9.8 × 1.95 = 3.4 × 103 J


اين يتكون الماس في الارض