ملخص الفصل ٦: الطاقة الحرارية

6-1 درجة الحرارة والطاقة الحرارية

• الطاقة الحرارية مجموع طاقات جسيمات الجسم الحركية والكامنة، أما درجة الحرارة فتعتمد على متوسط الطاقة الحركية لجسيماته، وتنتقل الحرارة من الجسم الأسخن إلى الأبرد حتى يبلغا الاتزان الحراري.
• تُقاس درجة الحرارة بالمقياس السلسيوسي أو بمقياس كلفن، والعلاقة بينهما TK = TC + 273، والصفر المطلق 0 K هو أدنى درجة حرارة ممكنة.
• الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 kg من المادة كلفنًا واحدًا، وتُحسب الحرارة المكتسبة أو المفقودة بالعلاقة Q = m C ΔT، ويستعمل المسعر لقياسها بناءً على حفظ الطاقة.

راجع صفحة ١٦٥ في الكتاب

6-2 تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية

• أثناء تغير الحالة تبقى درجة الحرارة ثابتة؛ فالحرارة اللازمة لصهر المادة Q = m Hf تعتمد على الحرارة الكامنة للانصهار، واللازمة لتبخيرها Q = m Hv تعتمد على الحرارة الكامنة للتبخر.
• القانون الأول للديناميكا الحرارية: التغير في الطاقة الحرارية لجسم يساوي الحرارة المضافة إليه مطروحًا منها الشغل الذي يبذله ΔU = Q - W، وعليه تعمل المحركات الحرارية والثلاجات والمضخات الحرارية.
• القانون الثاني للديناميكا الحرارية: تميل العمليات الطبيعية إلى زيادة الإنتروبي، وهي مقياس للعشوائية في النظام، لذا لا يمكن لمحرك حراري أن يحول الحرارة كلها إلى شغل.

راجع صفحة ١٧٨ في الكتاب

مثال محلول

كم كمية الحرارة اللازمة لتسخين 0.5 kg من الماء من 20°C إلى 60°C، علمًا بأن الحرارة النوعية للماء 4180 J/kg·K؟

1. نحسب التغير في درجة الحرارة: ΔT = 60 - 20 = 40°C، وهو يساوي 40 K.
2. نكتب العلاقة: Q = m C ΔT.
3. نعوّض: Q = 0.5 × 4180 × 40 = 2090 × 40 = 83600 J.
4. تحقق: Q / (m ΔT) = 83600 / (0.5 × 40) = 83600 / 20 = 4180 J/kg·K، وهي الحرارة النوعية للماء.

الإجابة: الحرارة اللازمة 83600 J، أي نحو 83.6 kJ.