ملخص الفصل ١١: الطاقة الحرارية

11-1 درجة الحرارة

• جزيئات المادة في حركة مستمرة، ودرجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لهذه الجزيئات؛ فكلما زادت سرعتها ارتفعت درجة الحرارة، وتتمدد معظم المواد بالتسخين وتنكمش بالتبريد.
• هناك ثلاثة مقاييس شائعة لدرجة الحرارة: السلسيوس والفهرنهايتي والكلفن (المطلق)، ويُحوَّل بينها بالعلاقات C = (5/9)(F − 32) و F = (9/5)C + 32 و K = C + 273.
• الطاقة الحرارية هي مجموع طاقتي الوضع والحركة لجميع جسيمات المادة، فتزداد بزيادة درجة الحرارة وبزيادة كمية المادة.

راجع صفحة ١٥٢ في الكتاب

11-2 انتقال الحرارة

• الحرارة هي الطاقة الحرارية التي تنتقل من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد، وتنتقل بثلاث طرائق: التوصيل بالتلامس، والحمل بحركة الموائع، والإشعاع بالموجات الكهرومغناطيسية حتى في الفراغ.
• المواد التي تنقل الحرارة بسهولة كالفلزات تُسمّى موصلات جيدة، والمواد التي تعيق انتقالها كالهواء والخشب والبلاستيك تُسمّى عوازل حرارية.
• الحرارة النوعية هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 kg من المادة درجة سلسيوسية واحدة، ولأن حرارة الماء النوعية كبيرة يسخن الرمل أسرع منه، ويحدث التلوث الحراري عند طرح المياه الحارة في المسطحات المائية.

راجع صفحة ١٥٦ في الكتاب

11-3 المحركات والثلاجات

• المحرك الحراري أداة تحوّل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، ومحرك السيارة محرك احتراق داخلي يحترق فيه الوقود داخل حجرات الاحتراق (الأسطوانات).
• يعمل محرك الاحتراق الداخلي وفق دورة رباعية الأشواط هي: شوط الحقن، ثم شوط الضغط، ثم شوط الاشتعال الذي تدفع فيه الغازات الساخنة المكبس، ثم شوط العادم.
• تعمل الثلاجات ومكيفات الهواء على نقل الطاقة الحرارية من مكان بارد إلى مكان أسخن باستخدام سائل التبريد الذي يمتص الحرارة عند تبخره ويطلقها عند تكثفه، ويحتاج ذلك إلى طاقة.

راجع صفحة ١٦٢ في الكتاب

مثال محلول

سجّل مقياس حرارة في يوم صيفي 104 °F. ما درجة الحرارة بالسلسيوس وبالكلفن؟

1. نستخدم علاقة التحويل C = (5/9)(F − 32).
2. نطرح أولًا: 104 − 32 = 72، ثم نضرب في 5/9: 72 × 5 = 360، و 360 ÷ 9 = 40، إذن C = 40 °C.
3. نحوّل إلى الكلفن: K = C + 273 = 40 + 273 = 313 K.
4. تحقق: F = (9/5)(40) + 32 = 72 + 32 = 104 °F، وهي القيمة المعطاة.

الإجابة: درجة الحرارة ٤٠ درجة سلسيوسية، أي ٣١٣ كلفن.