حل درس استخدام الطاقة الحرارية علوم صف ثامن فصل اول

حل درس استخدام الطاقة الحرارية علوم صف ثامن فصل اول

استخدام الطاقة الحرارية

استقصاء
حول الصورة تركيز الطاقة؟ تركّز المرابا الموجودة في محطة الطاقة هذه مساحة كبيرة من ضوء الشمس في شعاع صغير يكون عند درجة حرارة أعلى بكثير. يمكن بعدها تخزين الطاقة الحرارية قبل تحويلها إلى طاقة كهربائية من خلال تركيز الطاقة الحرارية الشمسية بهذه الطريقة يمكن أن يصبح حجم محطة الطاقة أصغر.

أسئلة توجيهية
ما نوع الطاقة الذي تراه في هذه الصورة؟
قد يقول الطلاب الطاقة الحرارية أو الطاقة الشمسية

كيف تقوم محطات الطاقة باستخدام الطاقة الحرارية الشمسية؟
قد يقول الطلاب الطاقة الحرارية أو الطاقة الشمسية

ما بعض مميزات استخدام الطاقة الحرارية الشمسية؟
قد يقول الطلاب إنّ الطاقة من الشمس مجانية ومتجددة ولا تنضب وغير ملونة للبيئة

تحولات الطاقة الحرارية
تستطيع تحويل أشكال عديدة من الطاقة إلى طاقة حرارية لتمديد شريط مطاطي بشكل متكرر يجعله ساخنا. ويسخّن الخشب المحترق الهواء، يصبح قرن التحميص ساخنا عند تشغيله
يمكنك أيضا تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة، إذ بإمكان الفحم المحترق أن يولد كهرباء وتحول منظمات الحرارة الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية تعمل على تشغيل السخانات وإيقاف تشغيلها عندما تتحوّل الطاقة من شكل إلى آخر، يصبح بالإمكان استخدامها لتأدية مهام مفيدة
تذكر أن الطاقة لا تستحدث ولا تفنى فعلى الرغم من أن العديد من الأجهزة تحول الطاقة من شكل إلى آخر أو تنقلها من مكان إلى آخر، إلا أن الكمية الكلية للطاقة لا تتغير.
أجهزة التسخين
يسمى الجهاز الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بجهاز تسخين تُعد كل من مكواة تجعيد الشعر، وجهاز تحضير القهوة ومكواة الملابس أمثلة على أجهزة تسخين
كذلك تصبح الأجهزة الأخرى مثل أجهزة الحاسوب والهواتف المحمولة دافعة عندما تستخدمها بسبب التحول الدائم البعض من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية داخل الجهاز الإلكتروني، ومع ذلك، لا تستخدم الطاقة الحرارية
التي تولدها معظم الأجهزة الإلكترونية لأي غرض

منظمات الحرارة
قد تكون سمعت صوت مكيف الهواء يعمل ذات يوم حار في منزلك أو في غرفة صفك. عندما تصبح الغرفة باردة يتوقف مكيف الهواء. إن منظم الحرارة هو جهاز ينظم درجة حرارة نظام ما إن ثلاجات المطبخ وآلات
تحميص الخبز والأفران الكهربائية كلها مجهزة بمنظمات حرارة.
تنطوي معظم منظمات الحرارة المستخدمة في أنظمة مكيفات الهواء
على ملف ثنائي الفلز، يتكون الملف الثنائي الفلز من فلزين مختلفين مرتبطين منا يثنيان في صورة ملف، كما هو مبين في الشكل 14. يتمدد الفلز الموجود داخل الملف ويتقلص أكثر من الفلز الموجود خارجه بعد أن تبرد الغرفة تتسبب الطاقة الحرارية الموجودة في الهواء في أن ينثني الملف الثنائي الفلز ببطء، يحرك هذا الأمر مفتاحا يوقف تشغيل مكيف الهواء. وعندما ترتفع درجة حرارة الهواء في الغرفة يتمدد الفلز الموجود داخل الملف أكثر من تمدد الفلز الموجود خارجه فينفتح الملف يحرك هذا الأمر المفتاح في الانجاء الآخر، ليشغل مكيف الهواء

الثلاجات
يطلق على الجهاز الذي يستخدم الطاقة الكهربائية لنقل الطاقة الحرارية
من مكان أكثر برودة إلى مكان أكثر دفئا اسم الثلاجة. تذكر أن الطاقة الحرارية تتدفق بشكل طبيعي من المنطقة الأكثر دقنا إلى المنطقة الأكثر برودة. قد يبدو عكس هذا مستحيلا ولكن هذه هي آلية عمل الثلاجة، لذا. كيف تنقل الثلاجة الطاقة الحرارية من داخلها البارد إلى الهواء الدافئ في الخارج؟ تمتلئ الأنابيب التي تحيط بالثلاجة بمائع. يسمى السائل المبرد. الذي يتدفق عبر الأنابيب تنتقل الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى السائل المبرد ليحافظ على البرودة داخل الثلاجة.

منظمات الحرارة
يمكن أن يخلط الطلاب بين منظمات الحرارة ومقاييس الحرارة. يستخدم كلاهما التمدُّد الحراري. يجب أن يفهم الطلاب أنه يمكنك إعداد منظم حرارة نظام التسخين على درجة حرارة معينة، ثم ستنخفض درجة حرارة الغرفة أو سترتفع حتى تصل إلى درجة الحرارة التي أعددتها. استخدم الأسئلة التالية المساعدة الطلاب في فهم آلية عمل منظمات الحرارة.

أسئلة توجيهية
ما أوجه الاختلاف بين منظم الحرارة ومقياس درجة الحرارة؟
بقيس مقياس الحرارة درجة الحرارة بينما ينظم منظم الحرارة درجة حرارة النظام.

كيف يستجيب السلك الملفوف نائي المعدن الموجود في منظم الحرارة إلى التسخين والتبريد؟
يتمدد الملف ثنائي المعدن وينفك عند تسخينه، وينكمش وينثني بإحكام أكثر عند تبریده

كيف يمكن أن يوفر استخدام منظم الحرارة الطاقة في منزلك؟
يمكنك أن تبرمج منظم الحرارة ليبقى عند درجة حرارة منخفضة في المساء أو عندما لا تكون في المنزل، مما يعني أن جهاز التدفئة الخاص بك سيستخدم كمية أقل من الطاقة في هذه الأوقات.

تحولات الطاقة الحرارية
استخدم الأسئلة التوجيهية أدناه لتبدأ نقاشا يربط بين ملاحظات التجربة الاستهلالية ومعنى تحولات الطاقة.

أسئلة توجيهية

لماذا قد ترغب في تحويل الطاقة الحرارية إلى نوع آخر من الطاقة؟
يلاحظ الطلاب أن تحولات يجب الطاقة تسمح لنا بالقيام بالعمل مثلما تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية في السيارات مما يجعل السيارة تتحرك.

ماذا يحدث لإجمالي كمية الطاقة أثناء تحول الطاقة؟
يتحول أحد أشكال الطاقة إلى شكل آخر من الطاقة. ويبقى إجمالي كمية الطاقة كما هو.

أجهزة التسخين
يجب أن يفهم الطلاب أن أجهزة التسخين ليست فقط أجهزة تصبح ساخنة عند استخدامها (مثل الحاسوب)، ولكنها أجهزة تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية لتؤدي غرضا مفيدًا مثل الطبخ أو التجفيف أو تدفئة المكان. اطرح السؤال: ما أجهزة التسخين الموجودة لديك في المنزل؟ يمكن أن يقول الطلاب مكواة الملابس وماكينة القهوة والأفران الكهربائية والبطانيات الكهربائية وأفران التحميص ومحمصات الوافل والمدافئ الكهربائية.

تبخر السائل المبرد
إن السائل المبرد هو مادة تتبخر عند درجة حرارة منخفضة، في الثلاجة، يُضخّ السائل المبرد عبر أنابيب إلى داخل الثلاجة وخارجها يمرّ السائل المبرد الذي يبدأ في صورة سائل، عبر صمام التمدد ويبرد، وبينما يتدفق الغاز البارد عبر الأنابيب داخل الثلاجة، فإنه يمنص الطاقة الحرارية من مقصورة الثلاجة ويتبخر، يُصبح الغاز المبرد
دافنا ويصبح داخل الثلاجة أكثر برودة

تكثف السائل المبرد
يتدفق السائل المبرد إلى ضاغط كهربائي في قاع الثلاجة وفي هذا المكان يُضغط السائل المبرد أو يُدفع إلى الدخول في حيز أصغر مما يزيد من طاقته الحرارية، ثم يُضخ الغاز ملفات المكلّف، وفي الملنات تصبح الطاقة الحرارية للغاز أكبر من الطاقة الحرارية للهواء المحيط، مما يتسبب في تدفق الطاقة الحرارية من الغاز المبرد إلى الهواء الموجود عبر وراء الثلاجة عندما تُزال الطاقة الحرارية من الغاز فإنه يتكثف أو يتحوّل إلى سائل وبعدها يُضخ السائل الميرد إلى الأعلى عبر صمام التمدد وتتكرر الدورة

المحركات الحرارية
إن محرك السيارة العادي هو محرك حراري المحرك الحراري آلة تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية عندما يحوّل المحرك الحراري الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية تحرك الطاقة الميكانيكية المركبة تستخدم معظم السيارات والحافلات والقوارب والشاحنات وجزازات الأعشاب نوعا من المحرك الحراري يُسمى محرك احتراق داخلي يُبين الشكل 16 الطريقة التي يحوّل بها أحد أنواع محركات الاحتراق الداخلي الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
ربما تكون قد سمعت عن شخص يتكلم عن سيارة فيها محرك سداسي الأسطوانات الأسطوانة هي أنبوب على مكبس يتحرك إلى الأعلى يحتوي وإلى الأسفل في أحد أطراف الأسطوانة تشعل شرارة خليط الوقود والهواء يتمدد خليط الهواء والوقود المشتعل ويدفع المكبس إلى الأسفل. يحدث ذلك بسبب تحوّل طاقة الوفود الكيميائية إلى طاقة حرارية، ويتحول بعض الطاقة الحرارية على الفور إلى طاقة ميكانيكية إن المحرك الحراري منخفض الكفاءة. إذ تحوّل معظم محركات السيارات حوالي 20% فقط من الطاقة الكيميائية في الجازولين إلى طاقة ميكانيكية. أما الطاقة المتبقية فتتبدد في البيئة.