ادرس درجة الحرارة والحرارة مع قائمة التمارين على: ضبط درجة الحرارة والحرارة ، التمدد والتوازن الحراري ، المقاييس الحرارية ، نقل الحرارة ، الحرارة الكامنة والمعقولة. هناك العديد من التمارين التي تم حلها والتعليق عليها لتتعلمها وتزيل شكوكك.
تمارين لضبط درجة الحرارة والحرارة
التمرين 1
تحديد وفرق بين درجة الحرارة والحرارة.
درجة الحرارة هي مقياس للحالة الحرارية لجسم أو نظام مادي. يحدد درجة إثارة الجسيمات التي يتكون منها هذا النظام.
لذلك فإن درجة الحرارة هي كمية ، شيء يمكن قياسه. في النظام الدولي للوحدات ، وحدة قياس درجة الحرارة هي كلفن (K). الوحدات الشائعة الأخرى هي مئوية (درجة مئوية) وفهرنهايت (درجة فهرنهايت).
الحرارة هي حركة الطاقة الحرارية. تنتقل الطاقة الحرارية من أجسام أكثر نشاطاً ودرجة حرارة أعلى إلى أجسام وأنظمة أقل طاقة ودرجة حرارة أقل. يتم نقل الطاقة هذا من خلال عمليات مثل: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع.
نظرًا لأن الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة ، في النظام الدولي للوحدات ، يتم قياسها بالجول (J). مقياس آخر شائع للحرارة هو السعرات الحرارية (الجير).
الفرق الرئيسي بين درجة الحرارة والحرارة هو أن درجة الحرارة هي مقياس للحالة الحرارية بينما الحرارة هي نقل الطاقة الحرارية بين الأجسام.
تمرين 2
حدد ما هو التوازن الحراري.
التوازن الحراري هو الحالة التي تكون فيها الأجسام المختلفة في نفس البيئة بنفس درجة الحرارة ، أي أن لها نفس الحالة الحرارية.
نظرًا لأن الحرارة هي نقل الطاقة الحرارية من أجسام أكثر دفئًا إلى أجسام أكثر برودة ، فإن الأجسام الأكثر سخونة سابقًا تبرد لأنها تصدر حرارة. من ناحية أخرى ، فإن الأجسام التي تتلقى هذه الحرارة ، والتي كانت أكثر برودة من قبل ، تصبح دافئة.
يتوقف هذا التغير في درجة الحرارة عندما لا يكون هناك المزيد من الحرارة بين الأجسام ، مما يعني أنه لم يعد هناك انتقال للطاقة الحرارية بينهما. في هذه الحالة ، درجات الحرارة هي نفسها.
التمرين 3
اشرح الظاهرة التالية:
استيقظت لورا لتوها ونهضت من الفراش في يوم شتاء بارد. بعد الخروج من سريرها الدافئ ، تلامس قدميها بالأرضية المغطاة بالسجاد في غرفة نومها وتشعر بالراحة ، حتى في قدميها العاريتين. عندما تدخل المطبخ ، تشعر قدميك العاريتان بإحساس بارد عند لمس أرضية البلاط.
تعرضت بيئة المنزل بأكملها لظروف درجات الحرارة نفسها طوال الليل. لماذا تشعر لورا بأحاسيس مختلفة عند المشي حافية القدمين في غرفة النوم والمطبخ؟
ترتبط أحاسيس السخونة والباردة بعدة عوامل ، بعضها ذاتي. يمكن للأشخاص المختلفين أن يشعروا ويدركوا نفس درجة الحرارة بطرق مختلفة. ومع ذلك ، في النص ، نفس الشخص لديه أحاسيس مختلفة في بيئة من المفترض أن تكون في حالة توازن حراري ، أي حيث تكون الأجساد في نفس درجة الحرارة.
الاختلاف الوحيد هو المادة التي تتلامس معها. معامل التوصيل الحراري هو خاصية للمواد ويشير إلى مدى سهولة نقل الطاقة الحرارية. كلما زادت قيمة التوصيل الحراري ، كان نقل الطاقة الحرارية أسهل.
نظرًا لأن الأرضيات الخزفية لها موصلية حرارية أكبر من السجاد الصوف أو القطن ، فإن جسم لورا يفقد الكثير. طاقة أكبر عند المشي في المطبخ مقارنة بالمشي على السجادة ، مما يجعلها تفسر أن الأرضية أكثر البرد.
تمارين على التوازن الحراري
التمرين 4
(IFF 2016) في النشاط المخبري ، يقترح مدرس الفيزياء أن يخلط الطلاب لترًا واحدًا من الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية مع 500 مل من الماء عند 4 درجات مئوية. ومع ذلك ، قبل الخلط وقياس درجة حرارة التوازن الحراري ، يحتاج الطلاب إلى حساب درجة حرارة التوازن الحراري. ضع في اعتبارك الخسائر الحرارية التي لا تذكر وأن النتيجة النظرية تساوي القيمة التجريبية. يمكن القول أن درجة حرارة التوازن هذه صالحة:
أ) 68 درجة مئوية.
ب) 74 درجة مئوية.
ج) 80 درجة مئوية.
د) 32 درجة مئوية.
ه) 52 درجة مئوية.
الإجابة الصحيحة: أ) 68 درجة مئوية.
موضوعي: تحديد درجة حرارة التوازن الحراري ().
البيانات:
1 لتر = 1000 مل من الماء عند 100 درجة مئوية ؛
500 مل من الماء عند 4 درجات مئوية
النموذج الفيزيائي والرياضي
في حالة التوازن الحراري ، لا يوجد المزيد من نقل الطاقة الحرارية ، وبالتالي فإن مجموع درجات حرارة أجزاء الماء عند 100 درجة مئوية و 4 درجات مئوية يساوي صفرًا.
نظرًا لأن الحرارة النوعية متساوية في طرفي المعادلة ، يمكننا حذفها.
لذلك ، ستكون درجة حرارة التوازن 68 درجة مئوية.
تمارين على الميزان الحراري
تمارين 5
(SENAC - SP 2013) حدث وصول الإنسان إلى القمر في عام 1969. هيكل القمر صخري وليس له غلاف جوي عمليًا ، مما يعني أنه خلال النهار تصل درجة الحرارة إلى 105 درجة مئوية وفي الليل تنخفض إلى -155 درجة مئوية.
هذا الاختلاف الحراري ، المقاس على مقياس درجة حرارة فهرنهايت ، صالح
أ) 50.
ب) 90.
ج) 292.
د) 468.
هـ) 472.
الجواب الصحيح: د) 468.
العلاقة بين مقياس درجة مئوية ومقياس درجة فهرنهايت تعطى من خلال:
أين،
هو تغير درجة الحرارة بالدرجات المئوية و ،
هو الاختلاف في فهرنهايت.
تتراوح درجة الحرارة على سطح القمر بين 105 درجة مئوية وفي الليل -155 درجة مئوية. لذلك ، فإن الاختلاف الإجمالي هو 260 درجة مئوية.
105 - (-155) = 260
بالتعويض في الصيغة ، لدينا:
تمارين 6
(UESPI 2010) طالب يقرأ رواية الخيال العلمي "فهرنهايت 451" لراي برادبري. في مقطع معين ، تدعي إحدى الشخصيات أن 451 درجة فهرنهايت هي درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت التي تحترق بها الورقة التي تُصنع منها الكتب. يعرف الطالب أن درجة حرارة انصهار وغليان الماء على هذا المقياس هي 32 درجة فهرنهايت و 212 درجة فهرنهايت على التوالي. استنتج بحق أن 451 درجة فهرنهايت تعادل تقريبًا:
أ) 100 درجة مئوية
ب) 205 درجة مئوية
ج) 233 درجة مئوية
د) 305 درجة مئوية
ه) 316 درجة مئوية
الإجابة الصحيحة: ج) 233 درجة مئوية.
مقياسا سلزيوس وفهرنهايت مرتبطان بما يلي:
استبدال 451 درجة فهرنهايت بـ ، لدينا:
من بين خيارات الاستجابة 233 درجة مئوية هي الأقرب.
تمارين 7
(FATEC 2014) أثناء سباق Formula Indy أو Formula 1 ، يتعرض السائقون لبيئة مكروية ساخنة في قمرة القيادة تصل إلى 50 درجة مئوية ، ناتجة عن مصادر حرارة مختلفة (من الشمس ، المحرك ، التضاريس ، التمثيل الغذائي للدماغ ، نشاط العضلات إلخ.). درجة الحرارة هذه أعلى بكثير من متوسط درجة حرارة الجسم المسموح بها ، لذلك يجب أن يكونوا دائمًا في حالة بدنية جيدة.
يعتبر سباق فورمولا إندي أكثر تقليدية في الولايات المتحدة ، حيث يتم اعتماد قراءة درجة الحرارة على مقياس فهرنهايت. بناءً على المعلومات المقدمة في النص ، من الصحيح أن نذكر أن درجة حرارة قمرة القيادة التي تصل إليها سيارة Formula Indy أثناء السباق ، بدرجة فهرنهايت ، هي
البيانات:
درجة حرارة انصهار الجليد = 32 درجة فهرنهايت ؛
درجة حرارة الماء المغلي = 212 درجة فهرنهايت.
أ) 32.
ب) 50.
ج) 82.
د) 122.
هـ) 212.
الجواب الصحيح: د) 122
لربط درجتي الحرارة ، نستخدم المعادلة:
استبدال ل 50 وحل ل
، لدينا:
لذلك ، تبلغ درجة الحرارة في قمرة القيادة بالفهرنهايت 122 درجة فهرنهايت.
تمارين على انتشار الحرارة
تمرين 8
(Enem 2021) في دليل التعليمات الخاص بالثلاجة ، هناك التوصيات التالية:
• حافظ على باب الثلاجة مفتوحًا فقط طالما كان ذلك ضروريًا ؛
• من المهم عدم إعاقة دوران الهواء بسبب سوء توزيع الطعام على الأرفف ؛
• اترك مسافة لا تقل عن 5 سم بين الجزء الخلفي للمنتج (بالوعة الحرارة السربنتين) والحائط.
بناءً على مبادئ الديناميكا الحرارية ، فإن مبررات هذه التوصيات هي على التوالي:
أ) قلل من خروج البرودة من الثلاجة إلى البيئة ، وتأكد من انتقال البرودة بين الأطعمة الموجودة على الرف والسماح بتبادل الحرارة بين المشتت الحراري والبيئة.
ب) تقليل إخراج الثلاجة من البرودة إلى البيئة ، وضمان الحمل الحراري للهواء الداخلي ، وضمان العزل الحراري بين الأجزاء الداخلية والخارجية.
ج) تقليل تدفق الحرارة من البيئة إلى داخل الثلاجة ، وضمان الحمل الحراري للهواء الداخلي والسماح بتبادل الحرارة بين غرفة التبريد والبيئة.
د) قلل من تدفق الحرارة من البيئة إلى داخل الثلاجة ، وتأكد من الانتقال البرد بين الأطعمة على الرف والسماح بتبادل الحرارة بين الحوض والبيئة.
ه) تقليل تدفق الحرارة من البيئة إلى داخل الثلاجة ، وضمان الحمل الحراري للهواء الداخلي وضمان العزل الحراري بين الأجزاء الداخلية والخارجية.
الإجابة الصحيحة: ج) قلل من تدفق الحرارة من الغرفة إلى داخل الثلاجة ، وتأكد من النقل الحراري للهواء الداخلي والسماح بتبادل الحرارة بين غرفة التبريد والبيئة.
إبقاء باب الثلاجة مغلقًا ، وفتح ما يلزم فقط ، يمنع دخول الحرارة من البيئة الخارجية.
داخل الثلاجة ، ينتج عن التبادل الحراري بين البيئة الداخلية الباردة والطعام تيارات هوائية من خلال الحمل الحراري. هذه التيارات ضرورية لتبريد الطعام.
يتم نقل الحرارة المأخوذة من الطعام وتبادلها مع مبرد الثلاجة إلى غرفة التبريد الموجودة في الخلف. سيتم تبادل هذه الحرارة مع البيئة ، بشكل أساسي عن طريق الحمل الحراري ، لذلك هناك حاجة إلى مساحة.
التمرين 9
(UEPB 2009) قرر طفل أحب بريجاديرو صنع هذه الحلوى ، ومن أجل ذلك بدأ في فصل المكونات والأواني. في البداية تناول علبة الحليب المكثف ومسحوق الشوكولاتة والسمن ، ثم وعاء وملعقة وفتاحة علب فولاذية. قام الطفل بحفر ثقب في العلبة لتصريف الحليب المكثف في المقلاة. اقترحت والدته ، التي رأت هذا الموقف ، أن يحفر الابن ثقبًا آخر في العلبة ، حتى يتمكن من إزالة هذا السائل بسهولة أكبر. عند وضع القدر على النار لتقليب البريجاديرو ، شعر الطفل أنه بعد بضع دقائق ، ارتفعت درجة حرارة مقبض الملعقة واشتكى: "أمي ، الملعقة تحترق يدي". فطلبت منه والدته استخدام ملعقة خشبية للوقاية من الحرق.
عن تدفئة الملعقة التي ظهرت في شكوى الطفل من أن يده كانت تحترق ، يمكننا أن نقول ذلك
أ) بملعقة خشبية ، وهي عازل حراري ممتاز ، تسخن أسرع من الملعقة الفولاذية.
ب) يحدث ذلك لأن الجزيئات التي تتكون منها الملعقة تخلق تيارات حرارية ، وتسخنها تمامًا ، من طرف إلى آخر.
ج) بسبب التشعيع ، تسخن الملعقة تمامًا من طرف إلى آخر.
د) بملعقة خشبية ، وهي موصل حراري ممتاز ، تسخن أسرع من الملعقة الفولاذية.
هـ) يحدث ذلك لأن الجزيئات التي تتكون منها الملعقة تبدأ في نقل الحرارة الممتصة هناك من طرف إلى آخر.
الإجابة الصحيحة: هـ) يحدث ذلك لأن الجزيئات التي تتكون منها الملعقة تبدأ في نقل الحرارة الممتصة هناك من طرف إلى آخر.
عملية انتشار الحرارة هي التوصيل. يتم نقل الطاقة فقط من الجسيم إلى محيطه. المعادن هي ناقلات حرارة ممتازة.
تمرين 10
(Enem 2016) في إحدى التجارب ، يترك المعلم درجين من نفس الكتلة ، أحدهما بلاستيك والآخر من الألومنيوم ، على طاولة المختبر. بعد بضع ساعات ، طلب من الطلاب تقييم درجة حرارة الطبقتين باستخدام اللمس. يدعي طلابه بشكل قاطع أن درج الألمنيوم في درجة حرارة منخفضة. مفتونًا ، يقترح نشاطًا ثانيًا ، حيث يضع مكعب ثلج على كل صينية ، والذي في حالة توازن حراري مع البيئة ، ويسألهم عن معدل ذوبان الجليد أكبر.
سيقول الطالب الذي يجيب بشكل صحيح على سؤال المعلم أن الذوبان سيحدث
أ) أسرع على صينية الألمنيوم ، حيث أن لديها موصلية حرارية أعلى من البلاستيك.
ب) أسرع على الدرج البلاستيكي ، حيث أن درجة حرارته في البداية أعلى من درجة حرارة الألومنيوم.
ج) أسرع على الدرج البلاستيكي ، حيث إنه يتمتع بقدرة حرارية أعلى من الألومنيوم.
د) أسرع على صينية الألمنيوم ، حيث تحتوي على حرارة أقل من البلاستيك.
هـ) بنفس السرعة على كلا الدرجين ، حيث سيكون لهما نفس اختلاف درجة الحرارة.
الإجابة الصحيحة: أ) أسرع على صينية الألمنيوم ، حيث أن لديها موصلية حرارية أعلى من البلاستيك.
يذوب الجليد بشكل أسرع في الدرج مما ينقل الحرارة بمعدل أعلى أي أسرع. نظرًا لأن المعادن لديها موصلية حرارية أكبر ، فإن صينية الألمنيوم تنقل المزيد من الحرارة إلى الجليد وسوف تذوب بشكل أسرع.
تمرين 11
(Enem 2021) في مدينة ساو باولو ، تكون الجزر الحرارية مسؤولة عن تغيير اتجاه تدفق نسيم البحر الذي يجب أن يصل إلى منطقة الربيع. ولكن عند عبور الجزيرة الحرارية ، يواجه نسيم البحر الآن تدفقًا عموديًا للهواء ينتقل بالنسبة لها ، تمتص الطاقة الحرارية من أسطح المدينة الساخنة ، مما أدى إلى إزاحتها إلى الأماكن المرتفعة ارتفاعات. وبهذه الطريقة يكون هناك تكاثف وامطار غزيرة في وسط المدينة بدلا من منطقة الربيع. تُظهر الصورة الأنظمة الفرعية الثلاثة التي تتبادل الطاقة في هذه الظاهرة.
هذه الآليات ، على التوالي ،
أ) التشعيع والحمل الحراري.
ب) التشعيع والإشعاع.
ج) التوصيل والإشعاع.
د) الحمل الحراري والإشعاع.
ه) الحمل الحراري والحمل الحراري.
الجواب الصحيح: أ) التشعيع والحمل الحراري.
التشعيع هو عملية نقل الحرارة بين الشمس والمدن. في هذه العملية ، يتم نقل الحرارة عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي.
الحمل الحراري هو عملية نقل الحرارة بين الجزر الحرارية ونسيم البحر. في هذه العملية ، يتم نقل الحرارة بواسطة وسط مائع ، في هذه الحالة ، الهواء ، من خلال حركاته. في الحمل الحراري ، يصبح الهواء الساخن الذي يتمدد أقل كثافة ويرتفع. ينزل الهواء الأكثر برودة في الارتفاعات الأعلى ، والأكثر كثافة ، مما يخلق تيارات هوائية تتبادل الحرارة.
تمارين على الحرارة الكامنة والحرارة الحساسة
تمرين 12
(Enem 2015) تعد درجات حرارة الاحتراق العالية والاحتكاك بين الأجزاء المتحركة من العوامل التي تؤدي إلى تسخين محركات الاحتراق الداخلي. لمنع ارتفاع درجة الحرارة وما يترتب على ذلك من تلف لهذه المحركات ، تم تطوير أنظمة التبريد الحالية ، والتي تحتوي على سائل المبرد بخصائص خاصة يدور عبر الجزء الداخلي للمحرك ، ويمتص الحرارة التي تنتقل ، عند المرور عبر المبرد ، إلى أجواء.
ما هي الخاصية التي يجب أن يمتلكها المبرد لتحقيق الغرض منه بأكبر قدر من الكفاءة؟
أ) حرارة عالية النوعية.
ب) ارتفاع الحرارة الكامنة للانصهار.
ج) الموصلية الحرارية المنخفضة.
د) درجة غليان منخفضة.
هـ) معامل التمدد الحراري العالي.
الإجابة الصحيحة: أ) حرارة نوعية عالية.
الحرارة النوعية هي خاصية للمادة ، في هذه الحالة ، المبرد. يشير إلى مقدار الحرارة التي يحتاجها لتلقيها أو التخلي عنها لوحدة واحدة من الكتلة ، لتغيير وحدة واحدة من درجة الحرارة.
بمعنى آخر ، كلما زادت الحرارة النوعية ، زادت الحرارة التي يمكن أن تتلقاها دون زيادة درجة حرارتها أكثر من اللازم. المواد ذات الحرارة النوعية العالية لديها حساسية أقل لتغير درجة الحرارة.
وبهذه الطريقة ، يمكن لسائل التبريد ذي الحرارة النوعية العالية أن "يجمع" قدرًا أكبر من الطاقة الحرارية من المحرك دون غليان.
تمرين 13
(FATEC 2014) في فصل دراسي في تخصص الفيزياء في دورة اللحام في Fatec ، يتناول المعلم المسؤول مع الطلاب موضوعًا رأوه في المدرسة الثانوية. يشرح كيفية إجراء تحليل تغيير الرسم البياني للحالة لمادة نقية افتراضية معينة. لهذا ، نحتاج فقط إلى تقييم الكميات الفيزيائية الممثلة على المحاور والرسم البياني الذي تشكله العلاقة بين هذه الكميات. في هذا الرسم البياني ، يشير القسم الذي يعرض الميل إلى تغير في درجة الحرارة بسبب امتصاص الطاقة ، ويشير الجزء الذي يمثل الهضبة (المقطع الأفقي) إلى تغير في الحالة بسبب امتصاص الطاقة.
بعد هذا الشرح ، يسأل الطلاب ما هو إجمالي كمية الطاقة التي امتصها الجوهر بين نهاية تغيير الحالة للسائل ، حتى نهاية تغيير الحالة ل الغازي.
الإجابة الصحيحة على هذا السؤال بالسعرات الحرارية هي
أ) 2000.
ب) 4000.
ج) 6000.
د) 10000.
هـ) 14000.
الإجابة الصحيحة: د) 10000.
يحدث هذا التغيير بين 4000 و 14000 سعرة حرارية. تكون المادة في حالة سائلة تمامًا عندما يبدأ المنحدر بعد الهضبة الأولى. يحدث التحول من المرحلة السائلة إلى الحالة الغازية على الهضبة الثانية.
تمارين في التمدد الحراري
تمرين 14
(URCA 2012) نصف قطر قاعدة المخروط المعدني ، الذي تساوي كثافته 10 جم / سم 3 ، عند 0 درجة مئوية وطول أولي Ro = 2 سم. بتسخين هذا المخروط حتى درجة حرارة 100 درجة مئوية ، يتغير ارتفاعه Δh = 0.015 سم. مع كتلة مخروطية مقدارها 100 جم ، يكون متوسط معامل التمدد الخطي للمادة هو:
الإجابة الصحيحة:
موضوعي: تحديد معامل التمدد الخطي ().
البيانات = 0.015 سم
نصف القطر الأولي = 2 سم = 100 درجة مئوية
الكتلة ، م = 100 جم
الكثافة ، د = 10 جم / سم 3
النموذج الرياضي والفيزيائي للتمدد الحراري الخطي
أين، هو معامل التمدد الخطي.
هو اختلاف الارتفاع.
هو ارتفاع البداية.
هو الاختلاف في درجة الحرارة.
العزلة ,
و
يتم توفيرها. بهذه الطريقة ، لتحديد
، من الضروري تحديد
.
لتحديد دعونا نستخدم نسب الحجم والكثافة.
حجم المخروط
كثافة
عزل V ،
استبدال قيمة V و r في معادلة الحجم وصنعها = 3,
الآن يمكننا استبدال في معادلة معامل التمدد الحراري ،
تحول إلى تدوين علمي
0,0006 =
تعلم المزيد عن
- الحرارة ودرجة الحرارة.
- انتشار الحرارة
- حساس للحرارة
- حرارة نوعية
- طاقة حرارية
- التمدد الحراري
- الطاقة الحرارية
- التوصيل الحراري
- الحمل الحراري
- التشعيع الحراري