المصطلحات: المفاهيم والصيغ والتمارين

ما هو علم الحرارة؟

علم الحرارة هي الدراسة العلمية للظواهر المتعلقة الحرارة و ال درجة الحرارة، مثل نقل الحرارة ، والتوازن الحراري ، والتحولات التي تمر بها الغازات ، والتغيرات في الحالة الفيزيائية ، وما إلى ذلك.

درجة حرارة

درجة حرارة إنه مقياس درجة اهتياج الجزيئات التي يتكون منها الجسم. درجة حرارة الجسم مباشرة متناسب السرعة التي تهتز بها ذراتها وجزيئاتها أو تدور أو حتى تترجم.

درجة الحرارة هي واحدة من عظمةالأساسيات الطبيعة ، جنبًا إلى جنب مع مترو الانفاق إنه يشبه ثانيا، على سبيل المثال. في ال النظامدوليفيالوحدات (SI) ، الوحدة المستخدمة لقياس درجة الحرارة هي كلفن (K). يعتبر مقياس درجة الحرارة هذا مطلقًا ، لأنه لا يقبل القيم السالبة ويمكن تحديده مباشرة عن طريق الاهتزاز الحراري للذرات. لذلك ، نقول إن أقل درجة حرارة ممكنة هي 0 كلفن ، والمعروف أيضًا باسم الصفر المطلق.

على الرغم من وجود كلفن ، إلا أن المقاييس المعتادة الأخرى تعتمد على مواد أخرى ، مثل درجة مئوية و فهرنهايت يستمر استخدامها في العالم. يوضح الشكل أدناه ثلاثة موازين حرارة متدرجة وفقًا للمقاييس الموجودة الأكثر شيوعًا: درجة مئوية،كلفن و فهرنهايت:

المقاييس الحرارية

في مقاييسقياس الحرارة تستخدم لقياس درجة الحرارة من بعض المراجع. بشكل عام ، يتم أخذ نقطتين ثابتتين سيحضرهما الجسم أو المادة المرجعية نفس الخصائص مثل الحجم ، الكثافة ، التوصيل أو المقاومة الكهربائية ، الطول ، إلخ.

ال مقياسدرجة مئوية إنه مقياس الحرارة الأكثر استخدامًا في العالم. إنه مقياس درجة مئوية ، أي أنه يحتوي على 100 قسم متساوي الحجم بين نقطته الثابتة ، 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية ، تسمى الدرجات. نظرًا لأنه مقياس معتاد ، فإنه يعترف بدرجات حرارة سالبة: قيمة الصفر المطلق تقارب -273.5 درجة مئوية.

نظرةأيضا: موازين الحرارة والمقاييس الحرارية

ال مقياسفهرنهايت بدوره ، يتم استخدامه في عدد قليل من البلدان ، مثل الولايات المتحدة وإنجلترا. تم تطويره بحيث أن النقطة انصهار الماء يساوي 32 درجة فهرنهايت. وبالتالي ، حتى الوصول إلى درجات حرارة منخفضة ، فمن غير المرجح أن يتم ملاحظة درجات حرارة سلبية في البلدان التي تستخدم هذا المقياس. درجة حرارة الغليان الماء في فهرنهايت هو 212 درجة فهرنهايت.

ال مقياسكلفن يعتمد على التحريض الحراري لذرات الهيليوم بطريقة أنه عندما تصل إلى الراحة الكاملة ، يتم تعيين درجة حرارة لهذه الذرات تبلغ 0 كلفن. اليوم ، نعلم أن درجة الحرارة المنخفضة جدًا هذه هي في الواقع لا يمكن الوصول إليه.

لتحويل قيم درجة الحرارة المعبر عنها في أحد المقاييس المذكورة أعلاه ، يمكننا استخدام المعادلات التالية:

تي_ك - درجة الحرارة في كلفن
تي_F - درجة الحرارة بالفهرنهايت
تي_ج - درجة الحرارة مئوية

الحرارة

نقول ذلك الحرارة هي الطاقة الحرارية المنقولة بين الأجسام التي تلتقي في درجات الحرارةالعديد من الاختلافات، وبالتالي كونها شكلاً من أشكال الطاقة. علاوة على ذلك ، تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم ذي أعلى درجة حرارة إلى الأجسام ذات درجة الحرارة الأقل ، حتى يتم إنشاء التوازن الحراري.

يمكن أن تنتقل الحرارة من خلال ثلاث عمليات:

• القيادة: انتقال الحرارة من خلال ملامسة الأسطح ؛

• الحمل الحراري: انتقال الحرارة بسبب تكوين التيارات الحملية في السائل ؛

• تشعيع: انتقال الحرارة بالموجات الكهرومغناطيسية.

نظرةأيضا:عمليات انتشار الحرارة

هناك نوعان فقط من الحرارة: الحرارةكامن و الحرارةحساس:

• الحرارةحساس: هو شكل الحرارة المسؤول عن تغير درجة حرارة الجسم. عندما يتلقى الجسم حرارة معقولة ، ترتفع درجة حرارته ؛ عندما يتخلى نفس الجسم عن حرارة معقولة ، تنخفض درجة حرارته.

• الحرارةكامن: هي كمية الحرارة التي يجب نقلها لجسم أو مادة لتغيير حالتها الفيزيائية. عندما يكون الجسم في درجة حرارة الغليان أو الذوبان ، على سبيل المثال ، لا تتغير درجة حرارته ، حتى لو ظل معرضًا لمصدر حرارة. لا توجد تغيرات في الحرارة عندما يتبادل الجسم الحرارة الكامنة ، فقط يتغير في الحالات الفيزيائية. لهذا السبب نقول إنه يستقبل الحرارةكامن.

نظرةأيضا: الاختلافات بين الحرارة المعقولة والحرارة الكامنة

التمدد الحراري

ال تمددحراري يحدث عندما يتلقى الجسم أو يفرز كميات كبيرة من الحرارة. إلى جانب ال يتغيرونفيدرجة الحرارة أو لك حالةفيتجميع (الحالة الفيزيائية) ، يمكن أن يؤدي نقل الحرارة إلى الجسم إلى تغيرات في أبعاده. يعتمد التمدد الحراري على تغير درجة الحرارة التي يعاني منها الجسم ، بالإضافة إلى معامل التمدد خطي،أجوف و الحجمي.

وفقًا لشكل الجسم ، من الممكن تحديد أبعاده الأكثر تفضيلًا. على سبيل المثال ، الإبرة لها شكل ممدود ، لذا فإن التوسيع الأكثر أهمية في هذه الحالة هو خطي. إجمالاً ، هناك ثلاثة أشكال للتمدد الحراري:

• تمدد خطي: تغيير في طول الجسم. يعتمد على معامل التمدد الخطي (α).

• تمدد سطحي: تغير منطقة الجسم. يعتمد على معامل التمدد السطحي (β).

• التوسيع الحجمي: حدث تغيير في حجم الجسم. يعتمد على معامل التمدد الحجمي (γ).

يتم استخدام وصلات التمدد بحيث لا تتمدد قضبان السكة الحديد وبالتالي لا تنثني.

نظرةأيضا:التمدد الحراري للمواد الصلبة

الديناميكا الحرارية

ال الديناميكا الحرارية هو مجال مهم في علم الحرارة يدرس العلاقات بين الحرارة،الشغل،درجة الحرارة وكميات أخرى ، مثل الضغط،أربعة حجمالخامس، إلخ. هي المسؤولة عن إنشاء القوانين التي تحكم جميع التحولات التي يمكن أن تخضع لها المادة ، مثل قانون الحفاظ على الطاقة ، المعروف أيضًا باسم القانون الأول للديناميكا الحرارية.

نظرةأيضا:أساسيات قياس السعرات الحرارية

تعرف على قوانين الديناميكا الحرارية ووصف موجز لمحتواها:

• القانون الصفري للديناميكا الحرارية: هو قانون التوازن الحراري. ينص هذا القانون على أن جميع الأجسام تميل إلى تبادل الحرارة حتى تصل إلى التوازن الحراري.

• القانون الأول للديناميكا الحرارية: هو قانون الحفاظ على من الطاقة. ينص هذا القانون على أن كل الحرارة التي يتلقاها النظام أثناء عملية الديناميكا الحرارية يمكن تحويلها إلى عمل أو زيادة في طاقته الداخلية.

• القانون الثاني للديناميكا الحرارية: هو قانون غير قادر علي. ينص هذا القانون على أن جميع الأنظمة التي تتلقى الحرارة تميل إلى الوصول إلى مستويات أقل وأقل من التنظيم.

• القانون الثالث للديناميكا الحرارية: هو قانون الصفر المطلق. يخبرنا هذا القانون أن الصفر المطلق لا يمكن بلوغه في الواقع. بغض النظر عن مدى برودة الجسم ، فلن يكون أبدًا عند 0 ك.

صيغ علم الحرارة

تحقق من بعض صيغ Thermology التي قد تكون مفيدة لدراستك:

• تحويل المقاييس الحرارية

• حساب الحرارة الحساسة

  

  س - حرارة معقولة
  م - معكرونة
  ç - حرارة نوعية
  Δ ت - تغير درجة الحرارة

• حساب الحرارة الكامنة

س - الحرارة
م - معكرونة
إل - الحرارة الكامنة

• تمدد حراري خطي

  

  إل - الطول النهائي
  إل₀ - الطول الأولي
  Δ ت - تغير درجة الحرارة
  α - معامل التمدد الخطي

• تمدد السطح الحراري

  

  س - المنطقة النهائية
  س₀ - المنطقة الأولية
  Δ ت - تغير درجة الحرارة
  β - معامل تمدد السطح

• التمدد الحراري الحجمي

  

  الخامس - الحجم النهائي
  إل₀ - الحجم الأولي
  Δ ت - تغير درجة الحرارة
  γ - معامل التمدد الحجمي

• القانون الأول للديناميكا الحرارية

ΔU - اختلاف الطاقة الداخلية
س - الحرارة
τ - الشغل

ملخص

• درجة حرارة: كلما زاد حرارة الجسم ، زاد اهتزاز جزيئاته. هذا التحريض يسمى درجة الحرارة.

• الحرارة: عندما يلتقي جسمان بدرجات حرارة مختلفة في اتصال حراري ، تنتقل الحرارة من الجسم ذي درجة الحرارة الأعلى نحو الجسم الأقل سخونة

• مقاييسقياس الحرارة: تُستخدم لتمثيل درجات الحرارة بوحدات مختلفة ، مثل مئوية وفهرنهايت.

• تمددحراري: عندما يتلقى الجسم الحرارة ويعاني من زيادة في درجة الحرارة ، يمكن أن تزداد أبعاده. هذا التأثير يسمى التمدد الحراري.

نرى أيضا: ما الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة؟

تمارين الحرارة

1) يشير مقياس الحرارة المُعاير على مقياس فهرنهايت إلى درجة حرارة 68 درجة فهرنهايت. ما قيمة درجة الحرارة هذه على مقياس سلزيوس؟

القرار

لتحويل فهرنهايت في درجة مئوية، سوف نستخدم الصيغة أدناه:

2) الجسم الذي يحتوي على 10 جرام من الحرارة النوعية التي تساوي 1.2 كالوري / جرام درجة مئوية يخضع لتغير في درجة الحرارة بمقدار 25 درجة مئوية. حدد كمية الحرارة المنقولة إلى هذا الجسم أثناء العملية.

القرار

ينص بيان التمرين على وجود اختلاف في درجة حرارة هذا الجسم. لذلك ، سوف نستخدم الصيغة التي تحسب مقدار الحرارة المعقولة:

بأخذ البيانات التي يوفرها التمرين ، سيتعين علينا:

3) في عملية الديناميكا الحرارية ، هناك حاجة إلى 500 كالوري لإذابة جسم كتلته 10 جم ، وهو في حالة صلبة عند درجة حرارة انصهاره. حدد الحرارة الكامنة لانصهار هذا الجسم.

القرار

لإجراء الحساب الذي تطلبه ، سنستخدم صيغة الحرارة الكامنة:

باستخدام البيانات التي تم إبلاغنا بها ، سيتعين علينا:

4) تحقق من البديل الذي يقدم اسم عملية انتقال الحرارة بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية:

أ) القيادة

ب) الحمل الحراري

ج) ناقل الحركة

د) التشعيع

هـ) التمدد

القرار

يسمى انتقال الحرارة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية تشعيع. من خلال هذه العملية ، تكون الشمس قادرة على تسخين سطح الأرض.

5) يتم تسخين قضيب معدني متجانس بطول 1.5 متر حتى تصل درجة حرارته 25 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية. بالنظر إلى أن معامل التمدد الخطي لهذا العمود هو 1.2.10^-5 درجة مئوية^-¹ ، حدد الطول النهائي للشريط بعد التسخين.

القرار

نوع التمدد الذي يعاني منه العارضة هو خطي. لذلك ، لحساب الطول النهائي لهذا الشريط ، سنفعل الحساب التالي:

من جانبي رافائيل هيلربروك