ملخص وحدة الطاقة الحرارية فيزياء صف تاسع متقدم فصل ثالث

ملخص وحدة الطاقة الحرارية فيزياء صف تاسع متقدم فصل ثالث

مرفق لكم ملخص وحدة الطاقة الحرارية فيزياء صف تاسع متقدم فصل ثالث مناهج الامارات .

معلومات المذكرة :

• نوع الملف: تلخيص
• المادة: فيزياء
• الصف: التاسع متقدم
• الفصل الدراسي: الفصل الثالث
• صيغة الملف : pdf بي دي اف متاح للتحميل

[highlight color=”blue”] صندوق تحميل الملف[/highlight]

[ القانون الأول الديناميكا الحرارية ]

1- يمكن تسخين مسمار بإضافة حرارة إليه وذلك بوضعه فوق لهب ، أو ببذل شغل عليه وذلك بطرقه بمطرقة، كما أن المسمار أيضا يبذل شغل على المطرقة، ويكون الشغل المبذول بفعل المسمار على المطرقة مساوية سالب الشغل الذي تبذله المطرقة على المسمار.

القانون الأول للديناميكا الحرارية:
” التغير في الطاقة الحرارية الجسم ما (AU)، يساوي كمية الحرارة المضافة إلى لجسم (Q)، مطروحة منه الشغل الذي يبذله الجسم (W)”
AU = Q – W

۲- تتضمن الديناميكا الحرارية دراسة التغيرات في الخصائص الحرارية للمادة ، ويعد القانون الأول للديناميكا الحرارية صياغة أخرى القانون حفظ الطاقة

قانون حفظ الطاها:
” الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ، ولكن تتغير من شكل إلى آخر ”

٣- من الأمثلة الأخرى على تغير كمية الطاقة الحرارية في نظام ما، المضخة الهوائية اليدوية المستخدمة في تفخ إطار الدراجة الهوائية، فعندما يقوم شخص بضغط المضخة، فإن الهواء واسطوانة المضخة يسخنان ، حيث تتحول الطاقة الميكانيكية في المكبس المتحرك إلى طاقة حرارية للغاز.

4- يمكن تحول الضوء والطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية ، فضوء الشمس يعمل على تدفئة الأرض من بعد أكثر من
150 مليون كيلومتر ، كما تحول المحمصة الطاقة الكهربائية إلى حرارة عندما تحمص الخبز.

الآلات الحرارية:
1- عندما تفرك يديك إحداهما بالأخرى تشعر بالدفء نتيجة تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية، وتحدث هذه العملية بسهولة ويسر، أما العملية العكسية، وهي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ، فتكون أكثر صعوبة، وتتم باستخدام الآلات الحرارية

الآلات الحرارية:
” هي أداة ذات قدرة على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بصورة مستمرة ”

۲- تتطلب الآلة الحرارية مصدراً ذا درجة حرارة مرتفعة تمتص منه الحرارة ، ومستقبلا ذا درجة حرارة منخفضة يمتص الحرارة ويسمى المصرف ( المستودع البارد)، كما يحتاج إلى طريقة لتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ، مثل محرك الاحتراق الداخلي الموضح بالشكل التالي.

الكفاءة:
” هي النسبة بين الشغل الذي تبذله الآلة ، وكمية الحرارة الداخلة (W/QH )”

تعمل بعض المحركات بالطاقة الشمسية، فجمع الحرارة القادمة في صورة أمواج كهرومغناطيسية في المجمعات الشمسية عند درجة حرارة عالية فتزداد الطاقة الداخلية للمجمعات

المضخة الحرارية:
هي عبارة عن مبرد يعمل في اتجاهين، حيث تنتزع المضخة في الصيف الحرارة من المنزل فيبرد، أما في الشتاء فتنتزع الحرارة من الهواء البارد في الخارج وتنقلها إلى داخل المنزل لتدفئته، وفي الحالتين يتطلب ذلك طاقة ميكانيكية لنقل الحرارة من الجسم الأبرد إلى الجسم الأسخن.

[ القانون الثاني للديناميكا الحرارية ]

1- بعض العمليات تتفق مع القانون الأول للديناميكا الحرارية، ولكن لم تشاهد وهي تحدث تلقائيا، فمثلا لا يحظر القانون الأول للديناميكا الحرارية تدفق الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن ، ومع ذلك لم يحدث أن أصبحت الأجسام الساخنة أكثر سخونة عند وضعها ملامسة لأجسام باردة ، ولو تصبح الأجسام الباردة أكثر برودة عند ملامستها لأجسام ساخنة.

۲- إذا حولت الآلات الحرارية الطاقة الحرارية بشكل كامل إلى طاقة ميكانيكية دون أي حرارة مفقودة فإن القانون الأول للديناميكا الحرارية يكون قد تحقق، إلا أن الحرارة الضائعة تتولد دائما

الإنتروبي:
” هو قياس لعدم الانتظام ( الفوضى ) في النظام”

٣- عندما تسقط كرة بيسبول بفعل الجاذبية الأرضية، يكون لها طاقة وضع وطاقة حركية تؤديان إلى إنجاز شغل، إلا أنه عندما تسقط الكرة خلال الهواء تصطدم بالعديد من جزيئات الهواء التي تمتص بعضا من طاقة الكرة ، وهذا يؤدي إلى تحرك جزيئات الهواء في اتجاهات وسرعات عشوائية، حيث تؤدي الطاقة المكتسبة من الكرة إلى زيادة الفوضى بين الجزيئات، وكلما كان مدى سرعة الجزيئات أكبر كان عدم الانتظام ( الفوضى أو الإنتروبی ) أكبر، ومن المستبعد حدوث العملية العكسية، أي عودة جزيئات الهواء إلى وضعها السابق مانحة طاقاتها للكرة ومشية ارتفاعها عن سطح الأرض

4. عند إضافة حرارة إلى الجسم فإن الإنتروبي يزداد، وإذا انتزعت حرارة من الجسم فإن الإنتروبي ينقص، أما إذا بذل الجسم شغلاً دون تتغير درجة حرارته فإن الإنتروبي لا يتغير ما دام الاحتكاك مهملاً، ويقاس التغير الإنتروبی A S بوحدة J/K

التغير في الإنتروبی:
” هو ما يساوي مقدار الحرارة المضافة إلى الجسم ، مقسومة على درجة حرارة الجسم بالكلفن ”
القانون الثاني للديناميكا الحرارية ” العمليات الطبيعية تجري في اتجاه المحافظة على الإنتروبي الكلى

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:
 ” العمليات الطبيعية تجري في اتجاه المحافظة على الإنتروبي الكلي للكون أو زيادته
أي الأشياء كلها ستصبح أكثر عشوائية، وأقل انتظاماً مالم يتخذ إجراء معين يحافظ على انتظامها وترتيبها.

5- من أمثلة القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الاختلاط التلقائي لصبغة الطعام بالماء.

 

6- عند وضع قضيب حديد ساخن ( متوسط سرعة حركة جزيئاته كبيرة جدا )، في كاس ماء بارد ( متوسط سرعة حركة جزيئاته أقل )، فإن متوسط الطاقة الحركية للجزيئات في الحديد والماء تصبح متماثلة عند الوصول لحالة الاتزان الحراري ، فيزداد عدد الجزيئات ذات الحركة العشوائية، وتكون الحالة النهائية أقل ترتيباً ( الإنتروبي أكبر ) من الحالة الابتدائية .

مخالفات القانون الثاني للديناميكا الحرارية:
بعض الأحداث اليومية تحدث تلقائية في اتجاه واحد، ولكن الأحداث نفسها لا تحدث تلقائياً بشكل معكوس رغم أنها تتفق مع القانون الأول للديناميكا الحرارية، ولكنها في نفس الوقت تخالف القانون الثاني للديناميكا الحرارية،

مثل:
1- يمكن تسخين ملعقة معدنية من أحد طرفيها فتصبح ساخنة بأكملها بانتظام ، ولكن لا يحدث لملعقة مستقرة على طاولة أن يصبح أحد طرفيها ساخنة ومحمرة ، والطرف الآخر متجمداً وبارداً.

۲- عندما تقفز في بركة سباحة ستدفع جزيئات الماء بعيدة ، ولكن جزيئات الماء لن تقذفك تلقائية إلى منصة الغطس .

ملاحظات هامة:
١- يقدم القانون الثاني للديناميكا الحرارية وزيادة الإنتروبي معنى جديد لأزمة الطاقة، والمشاكل الناجمة عن الاستخدام المستمر للوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي والنفط، فعند استخدام الغاز الطبيعي لتدفئة المنزل لا تستهلك الطاقة التي في الغاز، ولكن تتحول الطاقة الكيميائية الكامنة في جزيئات الغاز إلى طاقة حرارية في اللهب، والتي تنتقل إلى الهواء داخل المنزل، ولا تفنى الطاقة حتى لو تسرب الهواء الدافئ إلى الخارج، فالطاقة المستهلك، أما الإنتروبي فقد ازداد.

۲- عندما تصبح مادة أكثر سخونة، يزداد متوسط الطاقة الحركية للجزيئات داخل المادة، وتصبح الحركة العشوائية للهواء الدافئ غير منتظمة، واحتمال عودة الترتيب الكيميائي للجزيئات معدومة، لذا يستخدم الإنتروبي بوصفه مقياسا لعدم توافر طاقة مفيدة، فالطاقة في الهواء الدافئ في المنزل غير متوافرة لتنجز شغلا ميكانيكية أو التنقل الحرارة إلى أجسام أخرى، كما هو الحال بالنسبة لجزيئات الغاز الأصلية، ويكون نقص الطاقة القابلة للاستخدام عبارة عن فائض في الإنتروبي .