ملخص درس تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية – الطاقة الحرارية

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ملخص درس تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية – الطاقة الحرارية

نبدأ على بركة الله ...

- تغير حالة المادة : تغير الشكل والطريقة التي تخزن الذرات بواسطتها الطاقة الحرارية .

- حالات المادة : الحالة الصلبة ، الحالة السائلة ، الحالة الغازية .

- درجة الانصهار : درجة الحرارة التي تتغير عندها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة .

- درجة الغليان : درجة الحرارة التي تتغير عندها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية .

- أثناء عملية تغير حالة المادة فإن الطاقة الحرارية المكتسبة ...

       ·       تعمل على التغلب القوى التي تربط الجزيئات بعضها ببعض .

       ·       لا تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات فتبقى درجة الحرارة ثابتة .

- علل : أثناء عملية انصهار المادة الصلبة تبقى درجة الحرارة ثابتة .

لان الطاقة الحرارية المكتسبة لا تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات .

- علل : أثناء عملية غليان المادة السائلة تبقى درجة الحرارة ثابتة .

لأن الطاقة الحرارية المكتسبة لا تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات .

- بعد تحول المادة الصلبة كليا إلى سائل فإن الطاقة الحرارية المكتسبة تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات فترتفع درجة حرارة السائل .

- بعد تحول المادة السائلة كليا إلى بخار فإن الطاقة الحرارية المكتسبة تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات فترتفع درجة حرارة البخار .

- الحرارة الكامنة : كمية الطاقة اللازمة لانصهار 1 kg من المادة عند درجة الانصهار .

- Q = m Hf ، حيث Q = الحرارة الكامنة لصهر الكتلة الصلبة ، m = الكتلة الصلبة من المادة ، Hf = الحرارة الكامنة لانصهار المادة الصلبة

- الحرارة الكامنة للانصهار ثابتة للمادة الواحدة

- الحرارة المفقودة عند التجمد = - الحرارة المكتسبة عند الانصهار

- الإشارة السالبة تشير إلى أن الحرارة تنتقل من المادة إلى المحيط الخارجي

- الحرارة الكامنة للتبخر : كمية الطاقة اللازمة لتبخير 1kg من المادة عند درجة الغليان .

- ميل العلاقة البيانية بين درجة حرارة المادة والحرارة التي تكتسبها هو مقلوب السعة الحرارية النوعية للمادة .

- Q = mHv ، حيث Q = الحرارة اللازمة لتبخير السائل ، m = كتلة السائل ، Hv = الحرارة الكامنة لتبخير السائل

- الحرارة المفقودة عند التكثف = - الحرارة المكتسبة عند التبخر

- الإشارة السالبة تشير إلى أن الحرارة تنتقل من المادة إلى المحيط الخارجي .

- القانون الأول للديناميكا الحرارية  :

      ·       ينص القانون الأول للديناميكا على أن التغير في الطاقة الحرارية لجسم يساوي مقدار كمية الحرارة المضافة إلى الجسم مطروحا منه الشغل الذي يبذله الجسم .

، حيث أن U = التغير في الطاقة الحرارية ، Q  = الحرارة المضافة ، W = الشغل الذي يبذله الجسم .

      ·       يعد القانون الأول للديناميكا الحرارية صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة

     

      ·       قانون حفظ الطاقة : الطاقة لا تفنى ولا تستحدث وإنما تتغير من شكل إلى آخر

      

      ·       امثلة على تحولات الطاقة :

1.  المضخة اليدوية : تحول الطاقة الميكانيكية في المكبس إلى طاقة حرارية للغاز

2.  محمصة الخبز : تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية .

- المحرك الحراري : أداة تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بصورة مستمرة .

- عمل المحرك الحراري :

      ·       يمتص الحرارة من المستودع الساخن "مصدر ذو درجة حرارة مرتفعة " .

      ·       يحول جزء من الطاقة الحرارية الممتصة إلى شغل .

      ·       يطرد المتبقي من الحرارة إلى المستودع البارد "مستقبل ذو درجة حرارة منخفضة "

- من أمثلة المحركات الحرارية : محرك الاحتراق الداخلي "محرك السيارة" .

- دورة محرك الاحتراق الداخلي "محرك السيارة"

       ·       يشتعل بخار البنزين المخلوط بالهواء لإنتاج شعلة ذات درجة حرارة عالية

       ·       تتدفق الحرارة من اللهب إلى الهواء داخل الأسطوانة

       ·       يتمدد الهواء دافعا المكبس ومحولا الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية

       ·       يطرد الهواء الحار ويحل محله هواء جديد ويعود المكبس إلى أعلى الأسطوانة .

- توضيح : الطاقة الحرارية الناتجة عن الاشتعال في محرك السيارة لا تتحول كلها إلى طاقة ميكانيكية حيث أن جزءا منها ينتقل إلى خارج المحرك ولا يتحول إلى شغل

- التغير في الطاقة الداخلية لمحرك السيارة عندما يعمل بصورة دائما يساوي صفرا .

- كفاءة المحرك الحراري : النسبة بين الشغل الناتج وكمية الحرارة الداخلة

- كفاءة المحرك = (W/QH) x 100  ، حيث أن W = الشغل الناتج ، QH = كمية الحرارة الداخلة

- الحرارة الضائعة = QH – W

- علل : لا تصل كفاءة المحرك الحراري إلى 100% .

لوجود حرارة مفقودة دائما .

- المبردات " الثلاجات " : أداة تعمل على انتزاع الطاقة الحرارية من الجسم الأبرد وإضافتها إلى الجسم الأسخن ببذل شغل معين .

- عمل المبردات :

      ·       تعمل الطاقة الكهربائية على تشغيل المحرك فيبذل شغلا على الغاز فيضغطه .

      ·       يمر الغاز داخل المبردة فيتبخر بعد أن يمتص الطاقة الحرارية منها

      ·       ينتقل الغاز بواسطة الضاغط إلى ملفات التكثيف خلف المبردة فيبرد الغاز ويتحول إلى سائل حيث تنتقل الحرارة المفقودة منه إلى الهواء في الغرفة .

      ·       يعود السائل إلى داخل المبردة وتتكرر هذه العملية .

- المضخة الحرارية : مبرد يعمل في اتجاهين يستخدم الطاقة الميكانيكية لنقل الحرارة من الحيز الذي درجة حرارته أقل إلى الحيز الذي درجة حرارته أكبر .

- عمل المضخة الحرارية :

       ·       في الصيف : تنتزع الحرارة من المنزل وتطردها إلى الخارج فيبرد المنزل .

       ·       في الشتاء : تنتزع الحرارة من الهواء البارد في الخارج وتنقلها إلى داخل المنزل لتدفئته .

- علل : تعد المضخة الحرارية مبردا يعمل في اتجاهين .

لتبريدها المنزل صيفا وتدفئته شتاء .

- الإنتروبي : عبارة عن قياس لعدم الانتظام ((الفوضى )) في النظام

- يزداد الإنتروبي عند إضافة حرارة إلى الجسم .

- ينقص الانتروبي عند نزع حرارة من الجسم .

- لا يتغير الانتروبي إذا بذل الجسم شغلا دون أن تتغير درجة الحرارة .

- التغير في الانتروبي : مقدار كمية الحرارة المضافة إلى جسم مقسومة على درجة حرارة ذلك الجسم بالكلفن  ويعبر عنها بالعلاقة  :

S = التغير في الانتروبي  ، Q = كمية الحرارة المضافة إلى الجسم ، T = درجة حرارة الجسم

- القانون الثاني للديناميكا الحرارية : ينص على أن العمليات الطبيعية تجري في اتجاه المحافظة على الإنتروبي الكلي للكون  أو زيادته .

- إذا لم يتخذ إجراء يحافظ على انتظام الأشياء وترتيبها فإنها ستصبح أكثر عشوائية .

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^