الفصل 6 الحرارة والديناميكا الحرارية
القسم 6-1 درجة الحرارة والحرارة
تطبيق 6-أ السعة الحرارية النوعية
1-ما درجة الحرارة النهائية عندما
تضع قالباً من الذهب كتلته 3.0Kg
ودرجة حرارته 990C في 0.22Kg ماء عند درجة حرارة 250C
والسعة
الحرارية النوعية للذهب 129j/kg.C
2-ألقيت قطعة من
القصدير كتلتها 0.225Kg ودرجة حرارتها 97.50C في 0.115Kg ماء عند درجة الحرارة
10.00C إذا كانت السعة
الحرارية النوعية للقصدير 230J/Kg.C فما هي درجة الحرارة
النهائية للخليط المكون من القصدير والماء ؟
3-تم صنع إناء من مادة مختبرية تتحمل السوائل الساخنة .وضع الإناء وكتلته 0.75kg ودرجة حرارته
الابتدائية 36.50C في 1.25kg من الماء عند 20.00C ما السعة الحرارية
النوعية للإناء إذا كانت درجة الحرارة النهائية 24.40C
4-وضعت قطعة نقد
نحاسية ساخنة في 101g ماء . إذا كان التغير في
درجة حرارة الماء 8.39c والتغير في درجة
حرارة القطعة النقدية -68.0c فما كتلة القطعة النقدية ؟ مع إغفال أي انتقال
للحرارة من الماء إلى محيطه
.
مراجعة القسم 6-1
القسم 6-2 الحرارة والتغير في حالة المادة
الدرس الرابع
تغير الحالة والطاقة الكامنة بين الجسيمات
الدرس الخامس
كمية الحرارة اللازمة لإنصهار المادة وإعادة تنظيم الجزيئات
تطبيق 6-ب الحرارة والتغير في حالة المادة
المسالة رقم 1
1-ما الطاقة اللازمة لتحويل 42g من ثلج عند درجة -110c إلى بخار ماء عند
درجة 1110C
المسألة رقم 2-3
2- يستخدم النيتروجين السائل الذي درجة
حرارة غليانه 77K لتبريد المواد إلى
درجات حرارة منخفضة . ما الطاقة التي
يجب أن يفقدها 1.0kg من غاز النيتروجين
درجة حرارته 77k لتحويله بكامله
إلى سائل ؟
3-ما الطاقة
اللازمة لصهر 1000 علبة من الألمنيوم
بشكل تام من أجل تدويرها . إذا كانت كتلة كل منها 14.0g افترض أن درجة الحرارة الابتدائية 26.40C ؟
المسألة رقم 4
4-أضيف مكعب من
الثلج كتلته 0.011kg ودرجة حرارته 0.00C إلى 0.450kg من حساء عند درجة 80.00C . افترض أن السعة
الحرارية النوعية للحساء تساوي السعة الحرارية النوعية للماء . فما درجة الحرارة
النهائية للحساء بعد انصهار الثلج بأكمله .( ملاحظة : هناك تغير في درجة الحرارة بعد انصهار الثلج )
المسألة رقم 5
5-
قالب كتلته 25Kg صب من الألمنيوم
المنصهر عند درجة حرارة 660.40C تمت العملية في غرفة تحتوي على 130Kg من الهواء عند درجة
حرارة 250c ما درجة حرارة الهواء
النهائية بعد تجمد الألمنيوم
؟ افترض أن السعة
الحرارية النوعية للهواء https://www.youtube.com/watch?v=D_Pnch5ol94&index=14
مراجعة
الحرارة والتغير في حالة المادة
المسألة رقم 1
1- يعالج صائغ خاتماً
من الذهب المحمى كتلته 47g إنه يريد أن يخفض
درجة حرارته ليتمكن من معالجته بأمان إذا كانت درجة الحرارة الابتدائية 990C . فما كتلة الماء
المطلوبة عند درجة حرارة 250C لخفض درجة حرارة
الخاتم إلى 380C بعد وضعه في الماء ؟
المسألة رقم 2-3
2- باستخدام مبدأي الحرارة الكامنه والطاقة الداخلية . اشرح سبب صعوبة إشعال
النار في خشب رطب .
3- لماذا يؤدي بخار
الماء عند درجة حرارة 1000C إلى حروق أشد من التي
يسببها الماء عند درجة الحرارة نفسها 1000C
المسألة رقم 4
4- سخنت عينة كتلته 15g من مادة ما . فتغيرت درجة حرارتها
كما في الشكل التالي . جد كلاً من :
(أ)السعة الحرارية
النوعية للسائل .
(ب)الحرارة الكامنة للآنصهار .
(ج)السعة الحرارية النوعية للصلب .
(د) السعة الحرارية النوعية للبخار .
(هـ )الحرارة
الكامنة للتبخر .
المسألة رقم 5
5- بسبب الضغط داخل
حبة الذرة لا يتبخر الماء الذي بداخلها عند درجة حرارة 1000C
بل يحتاج إلى درجة
حرارة 1750C حيث تتفلق الحبة ويتحول الماء
المحمى إلى بخار .
ما الطاقة اللازمة لتفليق 95.0g من الذرة وتحويلها
إلى فوشار . إذا كان 14% من كتلتها ماء ؟ افترض أن الحرارة
الكامنة لتبخر الماء على 1750C تساوي 0.90 من قيمتها عند تبخيره
على 1000C وأن درجة الحرارة الابتدائية
لحبات الذرة 1750C
القسم 6-3 علاقة الحرارة بالشغل
تطبيق 6-ج حفظ الطاقة
المسألة رقم 2
2- يدفع أحد العمال مخرزا كتلته 0.500kg في وتد خشبي مستخدماً
مطرقة كتلتها 2.50kg تطرق المطرقة المخرز بسرعة 65.0m/s إذا تحول ثلث طاقة
حركة المطرقة إلى طاقة داخلية للمطرقة والمخرز . فكم يكون الارتفاع في
تلك الطاقة الداخلية ؟
المسألة رقم 3
3-ينزلق قالب من الثلج
كتلته 2.5kg ودرجة حرارته 0.00C بسرعة ابتدائية 5.7m/s على أرض مستوية
. إذا احتجنا إلى 3.3x105j لصهر 1.0kg l من الثلج . فما كتلة الثلج
المنصهر مع الأفتراض أن كل طاقة حركة
الثلج الابتدائية قد تحولت إلى طاقة داخلية للثلج ؟
تطبيق 6-د الشغل المبذول على غاز أو بواسطته
المسألة رقم 1
1- يبلغ ضغط الغاز في
وعاء 1.6x105Paوحجمه 4.0m3.
ما الشغل المبذول بواسطة الغاز .
أ-إذا
تمدد تحت ضغط ثابت حتى مثلي حجمه الابتدائي ؟
ب-إذا
قل حجمه تحت ضغط ثابت إلى ربع حجمه الابتدائي ؟
المسألة رقم 2
2-أدخلت كمية من الغاز
في اسطوانة مزودة بمكبس
. تم الحفاظ على ضغط
ثابت قيمته 599.5x103Pa بينما دفع المكبس إلى
الداخل بحيث انخفض حجم الغاز من 5.317x10-4m3 إلى 2.523x10-4m3
ما الشغل المبذول ؟ أهو مبذول بواسطة
الغاز أم عليه ؟ وضح إجابتك
المسألة رقم 3
3- ينتقل البخار إلى
اسطوانة في محرك بخاري تحت ضغط ثابت بحيث يبذل 0.84J من الشغل على المكبس
. يبلغ قطر المكبس 1.6cm وهو يتحرك مسافة2.1 cmفي الشوط الواحد . ما ضغط البخار ؟
مراجعة القسم 6-3
علاقة الحرارة بالشغل
المسألة رقم 2
2- تبلغ درجة حرارة
المياه عند أعلى نقطة في شلالات نياغرا 10.0C
افترض أن طاقة الوضع تتحول كلها إلى طاقة داخلية يكتسبها الماء والسعة الحرارية
للماء 4186j/kg.c إذا سقط 505kg من الماء مسافة 50.0m فكم تصبح درجة حرارة
هذه الكمية من الماء عند أسفل الشلال
؟
المسألة رقم 4
4- يبين الشكل المجاور
تغيرات حجم كمية من غاز محصور في مكبس بتغير الضغط المطبق عليه في الاتجاه الموضح
من a إلى b
أ-احسب الشغل . هل النظام يبذل الشغل
على المحيط أم المحيط يبذل الشغل على النظام ؟
ب- هل درجة حرارة كمية
الغاز ثابتة ؟ ولماذا ؟
المسألة رقم 5
5- وضع خليط من غاز
وهواء في اسطوانة محرك مساحة مقطعها 7.4x10-3m2 تمت ازاحة مكبس الأسطوانة إلى الداخل بمقدار 7.2x10-2m إذا كان الضغط المطبق
على المكبس 9.5x105Pa فما الشغل المبذول
خلال العملية ؟
هل بذل الشغل بواسطة
الخليط الغازي أم عليه
؟
المسألة رقم 6
6- يتمدد بالون لدراسة
الطقس ببطء لدى انتقال الطاقة إليه كحرارة من الهواء الخارجي . إذا كان متوسط الضغط 1.5x103Pa والزيادة في حجم
البالون 5.4x10-5m3 فما الشغل المبذول
بواسطة الغاز المتمدد ؟
القسم 6-4 القانون الأول للديناميكا الحرارية
تطبيق 6-هـ القانون الأول للديناميكا الحرارية
المسألة رقم 1
1- أضيفت الحرارة إلى
نظام طاقته الداخلية الابتدائية 27j
إذا بلغت الطاقة الداخلية النهائية 34j
وبذل النظام 26j من الشغل . فما كمية الحرارة
التي اكتسبها النظام ؟
المسالة رقم 2
2- تنخفض الطاقة الداخلية
لغاز في اسطوانة محرك بمقدار 195j
إذا بذل الغاز 52.0j من الشغل فما الطاقة
المتبادلة كحرارة ؟ هذه الحرارة أضيفت
إلى الغاز أم أخذت منه
؟
المسألة رقم 3 و 4
3- كمية من الماء
كتلتها 2.0kg حفظت عند حجم ثابت في
قدر
ضغطية تزود بالحرارة
بواسطة سخان .ترتفع الطاقة
الداخلية للنظام بمقدارj 8.0x103 إلا أن القدر غير معزولة حرارياً . ما
مقدار الطاقة المنتقلة من السخان إلى القدر على شكل حرارة ؟بشكل كا مل إذا يتسرب 2.0x103j من الطاقة إلى الهواء
المجاور .
4- تحول غلاية محرك
بخاري 155kg من الماء بشكل تام
إلى بخار يلزم العملية انتقال j 3.50x108 من
الطاقة كحرارة إذا بذل البخار المتسرب من صمام أمان 1.76x108j من الشغل لدى تمدده
في اتجاه الخارج . فما التغير الناتج في
الطاقة الداخلية لنظام الماء
_ البخار ؟
القانون الأول للديناميكا الحرارية
المسالة رقم 1 و 2
1- استخدم القانون الأول للديناميكا الحرارية لتثبت أن الطاقة
الداخلية لنظام معزول تكون دائماً محفوظة .
2- يتمدد الهواء في أسطوانة مثقاب عند ضغط ثابت مقداره (8.6x104Pa) حيث يبلغ ازدياد
الحجم (4.05x1045m3) ينتقل 9.5J من الطاقة إلى خارج
الأسطوانة على شكل حرارة خلال العملية
:
أ-ما الشغل المبذول
بواسطة الهواء ؟
ب-ما التغير في الطاقة
الداخلية للهواء ؟
ج- ما العملية الديناميكية الحرارية المثالية تقريباً التي تمثلها
هذه العملية ؟
المسألة رقم 3
3- أُدخل خليط من الوقود والهواء إلى أسطوانة محرك مزودة بمكبس . حُفظ ضغط الغاز عند
قيمة ثابتة 7.07X105pa مع تحرك المكبس ببطء
إلى الداخل . إذا انخفض حجم الغاز 1.1X10-4m3وارتفعت طاقته
الداخلية 62J فما الطاقة التي
يكتسبها النظام أو يلفظُها على شكل حرارة ؟
المسألة رقم 5
5- بعد قيامة بعدة دورات كاملة يبذلُ مبرد 1.51X104J من الشغل على ثلاجة
ويطردُ 7.55X104J من حرارة من الهواء
داخل الثلاجة .
-أما الطاقة المنتقلة
كحرارة من داخل الثلاجة إلى الهواء الخارجي ؟
-بما التغير الكلي
للطاقة الداخلية للثلاجة
؟
ج- ما كمية الشغل المبذول على الهواء داخل الثلاجة ؟
د- ما محصلة التغير في الطاقة الداخلية للهواء داخل الثلاجة ؟
المسألة رقم 6
6- الفيزياء في حياتنا اليومية :
يعطي بالون الرصد الجوي 15J
من الطاقة كحرارة بينما يبذُلُ الغاز في داتخله 13J من الشغل على الهواء
الخارجي ما مقدار تغير الطاقة الداخلية
؟
مراجعة الفصل 6
الحرارة والديناميكا الحرارية
المسألة رقم 24
24- استخدم منحنى
التسخين لعينة كتلتها 23g لتقدير الخصائص
التالية للمادة:
أ- السعة الحرارية
النوعية للسائل .
ب- الحرارة الكامنة للإنصهار ؟
ج- السعة الحرارية
النوعية للصلب ؟
المسألة رقم 25
25- يستخدم وعاء من
البلاستك الرغوي كبراد للرحلات
. وهو يحتوي على قالب
من الثلج على درجة حرارة 0.0C إذا انصهرkg 2.25x10-1
من الثلج فما مقدار
الحرارة التي تكون قد انتقلت من خلال جدران الوعاء إلى الداخل ؟
المسألة رقم 26
26- تحتوي أكبر البحيرات
العظمى في كندا على حواليkg 1.20x1016
من الماء . إذا كانت درجة حرارة
البحيرة 12.00C فما الطاقة الحرارية
اللازمة إزالتها لكي تتجمد البحيرة بكاملها على درجة حرارة 0.0C
المسألة رقم 34
34 – ما الشغل المبذول
ليزيد حجم دولاب من 35.25x10-3m3
إلى 39.47x10-3m3 تحت ضغط يزيد مقداره 2.55x105Paعن
الضغط الجوي ؟ هل بذل الشغل بواسطة
الغاز أم عليه .
المسألة رقم 35
35- يبذل غاز الهيليوم في بالون لعبة شغلاً
على محيطه لدى تمدده عند ضغط مقداره 2.52x105Pa
الحجم الابتدائي للبالون 1.10x10-4m3
وحجمه النهائي 1.50x10-3m3استخدم
هذه البيانات لحساب الشغل المبذول بواسطة الغاز .
المسألة لاقم 36
36- عندما يستخدم السائق
المكابح يحول الاحتكاك بين
الأسطوانة والوسادة بعض الطاقة الحركية الانتقالية للسيارة إلى طاقة داخلية . إذا توقفت سيارة
كتلتها 1500kg وسرعتها 32m/s بعد استخدام المكابح . فكم ترتفع درجة
الحرارة في كل من الأسطوانات الأربع إذا كانت كتلة كل منها 3.5kg (CP=448J/kgC)أفترض أن الطاقة
الحركية توزع بالتساوي كطاقة داخلية للعجلات الأربع .
المسألة 37
37- طبقت قوة مقدارها 315N أفقياً على قفص خشبي
أزاحته 35.0m على أرض مستوية بسرعة
ثابتة . نتيجة للشغل المبذول ترتفع الطاقة الداخلية
بنسبة 14% من القيمة
الابتدائية للطاقة الداخلية للقفص . ما الطاقة الداخلية
الابتدائية للقفص ؟
المسألة 38
38- تم دفع مسمار كتلته 0.75kg في وصلة لسكة القطار
بسرعة ابتدائية 3.0m/s
أ-إذا أمتص المسمار
والوصلة 85% من طاقة حركة المسمار
الابتدائية . فما الارتفاع في
الطاقة الداخلية للمسمار والوصلة
؟
ب-
ماذا يحدث للطاقة المتبقية
؟
المسألة رقم 50
50- تضاف الحرارة إلى وعاء مفتوح فيه ماء على درجة الحرارة 100.0C فيؤدي ذلك إلى تبخره0. يبذل البخار الناتج شغلاً مقداره 43.0kJ بينما ترتفع طاقته الداخلية 604kJ ما مقدار الطاقة المتسربة إلى النظام على شكل حرارة ؟
المسألة رقم 51
51- يحمل جسر فولازي كتلته 150kg في أحد المباني كتلة
تبلغ 6050kg في النهار ترتفع درجة
حرارة الجسر من 220C إلى 470C فيتمدد ويرفع
الكتلة مسافة 5.5mm
أ- جد الطاقة
المتبادلة كحرارة مع الجسر
( ملاحظة : افترض أن السعة
الحرارية النوعية للفولاز مساوية للسعة
الحرارية النوعية للحديد
)
ب- جد الشغل المبذول
في هذه العملية . أبُذل الشغل على
الجسر أم بواسطته ؟
ج-ما مقدار التغير في
الطاقة الداخلية للجسر
؟ هل ارتفعت أم انخفضت ؟
المسألة رقم 53
53- يستقر حجر كتلته 3.0kg عند قمة جرف . أفترض أن الحجر سقط
في البحر عند أسفل الجرف وأن طاقة حركته الكلية قد أعطيت للماء . ما مدى ارتفاع الجرف
إذا ارتفعت درجة حرارة 1.0kg من الماء 0.10C .
المسألة 54
54 – حول درجتي الحرارة
التاليتين إلى كل من مقياسي فهرنهيت وكلفن .
-أدرجة حرارة غليان
الهيدروجين السائل ((-252.87C
-بب- درجة حرارة الغرفة
التي تبلغ 20.5C
جهد رائع جعله الله في موازين حسناتكم
ردحذفأزال المؤلف هذا التعليق.
ردحذفلو سمحتي في تدريبات و مسائل للدررس الاول والثاني من هذه الوحدة؟
ردحذف