حل درس الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة والحرارة علوم ثامن فصل اول

حل درس الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة والحرارة علوم ثامن فصل اول

الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة والحرارة

استقصاء
حول الصورة ما درجة سخونته؟ يتكوّن شراب القيقب من عصارة أشجار قيقب السكر. يمكن سحق تلك العصارة ثم تركيزها باستخدام الطاقة الحرارية. وكلما ازداد تركيز السكر في العصارة ارتفعت درجة غليانها. فأثناء تبخر الماء من العصارة يزداد تركيز السكر ما يزيد من درجة غليان السائل المتبقي.

أسئلة توجيهية

ما نوع الطاقة اللازمة لتحقيق درجة الحرارة تلك؟
الطاقة الحرارية.

ما وجه الارتباط بين الحرارة ودرجة الحرارة والطاقة الحرارية؟
إن الحرارة عبارة عن انتقال الطاقة الحرارية من جسم أدفاً إلى جسم أبرد أما الطاقة الحرارية فهي عبارة عن مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع في مادة ما. تمثل درجة الحرارة متوسط الطاقة الحركية الداخلية في مادة.

ما بعض الأشياء التي تحدث لعصارة القيقب أثناء تسخينها؟
تزداد الطاقة الحركية للجسيمات، ومن ثم تزداد درجة الحرارة يغلي الشراب ويتبخر الماء يزداد تركيز السكر الخاص بالشراب ويقل حجمه تزداد درجة الغليان الخاصة
بالشراب.

الطاقة الحركية وطاقة الوضع
ما العامل المشترك بين كرة قدم ترتفع في الهواء وبين الجسيمات التي تكون شراب القيقب الساخن ؟ لكلتيهما طاقة، أو قدرة على إحداث تغيير ما نوع الطاقة التي تنطوي عليها كرة قدم أثناء حركتها؟ تذكر أن لكل جسم متحرك طاقة حركية، عندما يركل الرياضي المبين في الشكل 1 الكرة محركاً إياها يكون لها طاقة حركية.
بالإضافة إلى أن لكرة القدم التي ترتفع في الهواء طاقة حركية، فإن
لها طاقة وضع طاقة الوضع هي طاقة مخزنة بسبب التفاعل بين جسمين، على سبيل المثال، فكر في الأرض على أنها أحد جسمين، وفي الكرة على أنها الجسم الآخر عندما تكون الكرة في الهواء. تنجذب إلى الأرض بفعل الجاذبية يُطلق على قوة الجذب هذه اسم طاقة الوضع الجذبية. بمعنى آخر بما أن الكرة قابلة للتغير، فإنّ لها طاقة وضع
كلما ارتفعت الكرة في الهواء ازداد ما لها من مقدار طاقة الوضع. قد تتذكر أيضا أن ناتج جمع طاقة الوضع والطاقة الحركية لجسم ما يُساوي مقدار طاقته الميكانيكية، عندما ترتفع كرة القدم في الهواء. يمكنك تحديد طاقتها الميكانيكية من خلال تحديد كل من طاقتها الحركية وطاقة الوضع الخاصة بها في الصفحة التالية، ستعرف أن مفهوم الطاقة الذي ينطبق على كرة القدم أثناء ارتفاعها في الهواء ينطبق أيضا على الجسيمات المكونة لشراب القيقب.

الطاقة الحركية وطاقة الوضع
إن الطاقة الحركية هي الطاقة التي ينتجها جسم نتيجة حركته، وطاقة وضع جسم ما عبارة عن الطاقة المُخزَّنة في الجسم نتيجة موقعه. تساهم كل من الطاقة الحركية وطاقة الوضع لجسم في طاقته الميكانيكية. يمكن لهذه الأسئلة مساعدة الطلاب على فهم الطاقة الميكانيكية.

أسئلة توجيهية
كيف يمكنك وصف طاقة جسم متحرك؟
للجسم طاقة حركية لأنه يتحرك وكلما ازدادت سرعة حركة الجسم. ازدادت طاقته الحركية.

اذكر أمثلة على أجسام ذات طاقة ميكانيكية وطاقة حرارية معا.
يتضمن نموذج الإجابة السيارات والقطارات. يجب أن يفهم الطلاب أن الجسيمات الموجودة في الأجسام تتحرك دائما. لذلك تتمتع كل الأجسام بعض الطاقة الحرارية.

ما الطاقة الحرارية؟
ساعد الطلاب على تذكَّر أنّ الطاقة موجودة في كل الأجسام لأن جسيماتها تتحرك حتى لو كانت تتحرك في مكانها فحسب، كما هو الحال في الأجسام
الصلبة
تساهم الطاقة الحركية وطاقة الوضع الجسيمات جسم في طاقته الحرارية. اطرح هذه الأسئلة لتوجيه استيعاب الطلاب للطاقة الحرارية.

أسئلة توجيهية

كيف يمكننا أن نصف طاقة وضع الجسيمات؟
إن طاقة الوضع عبارة عن الطاقة المخزنة الخاصة بالجسيمات.

كيف يكون لجسيمات كتاب ما يسقط على الأرض طاقة حرارية؟
لأن الجسيمات الموجودة في الكتاب تتحرك وتكون طاقتها الحركية جزءا من طاقتها الحرارية.

صف ما يحدث عندما يسقط كتاب فى ضوء طاقته الحركية وطاقة وضعه، والطاقة الحركية وطاقة الوضع لجسيماته.
تزداد الطاقة الحركية للكتاب لأنه يسقط. وتظل الطاقة الحركية للجسيمات الموجودة في الكتاب كما هي. تنخفض طاقة الوضع، أو الطاقة المخزنة الخاصة بالكتاب لأن طاقته الحركية تزداد أثناء سقوطه. وتظل طاقة وضع الجسيمات الموجودة في الكتاب كما هي.

ما درجة الحرارة؟
عندما تفكر في درجة الحرارة من المحتمل أنك تفكر فيها على أنها قياس لمدى سخونة أو برودة شيء ما، إلا أن العلماء يُعرفون درجة الحرارة في ضوء ارتباطها بالطاقة الحركية.

متوسط الطاقة الحركية ودرجة الحرارة
تتحرك الجسيمات المكونة للهواء داخل المنزل المبين في الشكل 3 وخارجه، غير أنها لا تتحرك بالسرعة نفسها. فالجسيمات المكونة لهواء المنزل الدافئ تتحرك بصورة أسرع ويكون لها طاقة حركية أكبر مقارنة بالجسيمات المكونة للهواء خارج المنزل في ليلة شتوية باردة، إن درجة
الحرارة هي متوسط الطاقة الحركية للجسيمات المكونة لمادة ماء كلما ازداد متوسط الطاقة الحركية للجسيمات ارتفعت درجة الحرارة تكون درجة حرارة الهواء الموجود داخل المنزل أعلى من درجة حرارة الهواء خارجه، ويرجع ذلك إلى أن للجسيمات المكونة للهواء داخل المنزل متوسط طاقة حركية أكبر من متوسط الطاقة الحركية لتلك الموجودة خارجه بمعنى آخر تتحرك الجسيمات الموجودة في الهواء داخل المنزل بمتوسط سرعة أكبر من متوسط سرعة تلك الموجودة في الخارج.

الطاقة الحرارية ودرجة الحرارةمن
إن درجة الحرارة والطاقة الحرارية ،مُرتبطتان لكنهما مختلفتان على سبيل المثال، تحتوي بركة ماء متجمدة أثناء انصهارها على كل. والجليد ويكون لكليهما درجة الحرارة نفسها، لذلك يكون للجسيمات التي تكون الجليد والماء متوسط الطاقة الحركية نفسه، أو السرعة نفسها غير
أن الجسيمات ليس لها الطاقة الحرارية نفسها، يرجع ذلك إلى اختلاف متوسط المسافة بين الجسيمات التي تكون كلا من الماء السائل والجليد. فللجسيمات التي تكون الماء السائل والصلب طاقات وضع مختلفة، وبالتالي يكون لها طاقات حرارية مختلفة

قياس درجة الحرارة
كيف يمكنك قياس درجة الحرارة؟ من المستحيل قياس الطاقة الحركية للجسيمات الفردية ثم حساب متوسط الطاقة الحركية لتحديد درجة الحرارة. بدلا من ذلك، يمكنك استخدام ثيرموميترات مثل تلك المُبيِّنة في الشكل 4 لقياس درجة الحرارة من الأنواع الشائعة للثيرموميترات الثيرموميتر ذو البصيلة، إنّ الثيرموميتر ذو البصيلة أنبوب زجاجي متصل بيصيلة تحتوي على سائل كالكحول مثلا عندما ترتفع درجة حرارة السائل يتمدد ويرتفع في الأنبوب الزجاجي وعندما تنخفض درجة حرارة السائل. فإنه ينكمش عائدا إلى البصيلة، يشير ارتفاع السائل في الأنبوب إلى درجة الحرارة تمة أنواع أخرى من الثيرموميترات أيضًا، مثل الثيرموميتر الإلكتروني، والذي يقيس التغيرات في مقاومة دائرة كهربائية ويُحوّل هذا القياس إلى درجة حرارة

مقاييس درجة الحرارة
من المحتمل أن تكون قد رأيت درجة الحرارة في تقرير الطقس معبرا عنها بدرجات فهرنهايت والدرجات السيليزية في مقياس الفهرنهايت يتجمد الماء عند 32 ويغلي عند وفي المقياس السيليزي، يتجمد الماء عند 0 ويغلي عند 100، يستخدم العلماء في جميع أنحاء العالم المقياس السيليزي 212° يستخدم العلماء أيضًا مقياس كلفن، في مقياس كلفن. يتجمد الماء عند K 273 وبغلي عند K 373، وتكون أقل درجة حرارة ممكنة لأي مادة O K ويُعرف ذلك بالصفر المطلق. إذا كانت مادة ما عند درجة حرارة 0 فلن تتحرك الجسيمات الموجودة في تلك المادة ولن يكون لها طاقة حركية، لم يتمكن العلماء من تبريد أي مادة إلى درجة حرارة O K.

ما درجة الحرارة؟
من المحتمل أنّ الطلاب يفكرون في درجة الحرارة من حيث مدى سخونة أو برودة شيء ما لكنهم قد لا يفكرون فيها في ضوء الطاقة. أشرح أن كل جسم يحتوي على جسيمات في داخله، وأن تلك الجسيمات في حالة حركة مستمرة.
تعتبر درجة الحرارة تمثيلا لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات. فكلما ازدادت سرعة حركة الجسيمات ازدادت الطاقة الحركية، وازدادت درجة الحرارة.
الثقافة المرئية درجة الحرارة
اطلب من الطلاب الرجوع إلى الصور المُكبَّرة للجسيمات المتحركة في الشكل 3
اطرح السؤال: ماذا يحدث لحركة جسيمات الهواء عند زيادة درجة الحرارة؟ تزداد حركة الجسيمات الموجودة في الهواء بزيادة درجات الحرارة.
أصل الكلمة
درجة الحرارة
اطرح السؤال: تعني كلمة temper الخلط بشيء ما”. كيف يرتبط ذلك بمعنى درجة الحرارة؟ إن درجة الحرارة عبارة عن خليط من الطاقة الحركية لكل الجسيمات التي تكون مادة ما.
اطرح السؤال: يمكن أن تعني كلمة temper أيضًا “التلطيف”. كيف يرتبط ذلك بمعنى درجة الحرارة عندما تتلطف درجة حرارة مادة ما.
تحدث تغيرات في الطاقة الحركية لجسيماتها.

متوسط الطاقة الحركية ودرجة الحرارة
استخدم تلك الأسئلة والشكل 2 لمساعدة الطلاب على فهم طريقة ارتباط درجة الحرارة بالطاقة الحركية. وضّح أنّ الجسيمات الموجودة في مادة مالا تتحرك جميعها بالسرعة نفسها، لذلك ما يمكن فعله فقط هو تمثيل متوسط
الجسيمات التي تكون المادة.

أسئلة توجيهية

إذا كانت درجة حرارة الهواء في الخارج مرتفعة، ماذا تستنتج عن الطاقة الحركية لجسيمات الهواء؟
يجب أن يفهم الطلاب أن درجات الحرارة المرتفعة تشير إلى طاقة حركية مرتفعة.

ما وجه الارتباط بين درجة الحرارة والطاقة الحركية الحرارية؟
تمثل درجة الحرارة متوسط الطاقة الحركية للجسيمات التي تكون مادة ما.

صف وجه الاختلاف بين كوب من الماء البارد وكوب من القهوة الساخنة في ضوء درجة الحرارة والطاقة الحركية
لكوب الماء البارد درجة حرارة أقل من كوب القهوة الساخنة، مما يعني أن متوسط الطاقة الحركية لجسيمات القهوة أكبر منه في الماء.