الحرارة :
أولا : مجموعة من أسئلة التعليل مع إجاباتها :
1 - عندما يكون الجسم في حالة اتزان حراري مع الوسط المحيط به يكون له نفس درجة حرارة الوسط .
لأن سعة اهتزازة جزيئاته تظل ثابتة كما هي وبالتالي لا تتغير الطاقة الداخلية للجسم فيكون له نفس درجة حرارة الوسط .
2 - تكون رمال شاطئ البحر ظهر يوم حار أسخن من مياه البحر .
لأن السعة الحرارية للرمال أقل بكثير من السعة الحرارية للماء .
3 - يمكن أن تتغير السعة الحرارية لجسم ، بينما تظل حرارته النوعية ثابتة .
لأن الحرارة النوعية خاصية مميزة للمادة بينما السعة الحرارية خاصية مميزة للجسم .
4 - وجود المدن الساحلية على شاطئ البحر يعمل على تلطيف درجة حرارتها صيفا .
لأنه عندما تستقبل هذه المدن كمية كبيرة من الطاقة الحرارية للشمس يكون الارتفاع في درجة حرارة اليابسة أكبر من ماء البحر ، فتقل كثافة الهواء الملامس للأرض فيرتفع إلى أعلى ، ويحل محله الهواء الملامس لماء البحر و الأقل في درجة الحرارة و المسمى بنسيم البحر .
5 - عند انصهار مادة صلبة أو تصعيد سائل يحدث امتصاص لطاقة حرارية دون أن يصاحب ذلك ارتفاع في درجة الحرارة.
لأن الطاقة الحرارية الممتصة تعمل فقط على بذل شغل لإضعاف قوى التماسك بين جزيئات المادة وكسر الروابط الجزيئية .
6 - زمن تسخين كتلة من الماء عددا معينا من درجات الحرارة يساوي خمسة أمثال الزمن اللازم لتسخين نفس الكتلة من القشرة الأرضية نفس العدد من درجات الحرارة.
لأن الحرارة النوعية للماء تساوي خمسة أمثال الحرارة النوعية للقشرة الأرضية .
7 - تستطيع الكائنات الحية مقاومة التغيرات الحادثة في درجة حرارة الوسط المحيط بها أكبر من غيرها .
بسبب احتواء أجسام هذه الكائنات على نسبة عالية من الماء ذي أكبر حرارة نوعية معروفة ، مما يعمل على زيادة كمية الحرارة المختزنة فيها.
8 - تصنع أواني الطهي من النحاس أو الألمنيوم أو من سبائك الفلزات ذات الحرارة النوعية الصغيرة .
لقدرتها الكبيرة على التوصيل الحراري و لأن الحرارة النوعية للفلزات مثل النحاس و الألمنيوم صغيرة نسبيا لذا تكون السعة الحرارية صغيرة لوعاء من النحاس أو الألمنيوم فلا يستنفذ جزءا كبيرا من الطاقة الحرارية كي ترتفع درجة حرارته.
9 - الغازات قابلة للانضغاط .
بسبب وجود مسافات جزيئية كبيرة بين الجزيئات .
10 - معامل التمدد الحجمي تحت ضغط ثابت متساو لجميع الغازات .
لأن الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تتمدد بمقادير متساوية عند رفع درجة حرارتها بمقادير متساوية بشرط أن تكون تحت ضغط ثابت.
11 - قوى التماسك الجزيئية بين جزيئات الغاز ضعيفة جدا .
و ذلك لأن المسافات الجزيئية الفاصلة بين الجزيئات كبيرة جدا .
12 - زيادة حجم غاز يسبب نقصا في ضغطه بفرض ثبات درجة حرارته .
لأن زيادة الحجم تعني زيادة الحيز الذي تتحرك فيه الجزيئات فيقل معدل التصادمات فينقص الضغط .
13 - يكون الضغط داخل إطار سيارة عند نهاية رحلة طويلة أكبر من الضغط داخله عند بداية الرحلة .
أثناء الرحلة ترتفع درجة حرارة الإطار فيسخن الهواء فيزداد متوسط سرعة جزيئات الهواء فيزداد الضغط ( بفرض ثبات حجم الإطار ) .
14 - تصنع قاعدة مكواة الملابس الكهربائية من فولاذ حرارته النوعية كبيرة نسبياً .
لأن الحرارة النوعية للفولاذ كبيرة نسبيا لذلك سعته الحرارية كبيرة ، ولذلك لا يفقد حرارته بسرعة ، فيمكن استخدامه دون استهلاك كبير للطاقة .
15 - الحروق الناتجة عن بخار الماء الساخن 100 ْس أشد ألماً من الحروق الناتجة عن الماء المغلي 100 ْس.
عند تعرض الجسم لبخار الماء المغلي ، يفقد البخار جزء من طاقته الحرارية ليتكثف ويصبح ماءا عند درجة 100ْس و يكتسب الجسم هذه الطاقة الحرارية ، ثم يحدث تبادل حراري بين الماء الناتج عن التكثف والجسم حيث يكتسب الجسم جزءا من الطاقة الحرارية للماء مرة ثانية حتى يتعادل مع الجسم .
16 - يحدث نسيم البر ليلاً .
لأن درجة حرارة البر تنخفض أثناء الليل بمعدل أكبر من انخفاض درجة حرارة ماء البحر ذو الحرارة النوعية الأكبر ولذلك يسخن الهواء الملامس للبحر فتقل كثافته ويرتفع إلى أعلى ليحل محله هواء بارد قادم من جهة البحر .
17 – يملأ بالزئبق سبع حجم الدورق المستخدم في دراسة العلاقة بين حجم كمية معينة من غاز ودرجة حرارتها المطلقة.
لأن معامل التمدد الحجمي للزئبق سبعة أمثال معامل التمدد الحجمي للزجاج .و لذلك أي زيادة في حجم الدورق يعادلها التمدد الحجمي الحادث للزئبق .
18 - يستخدم الزئبق كمادة ثرمومترية.
لأنه يتميز بلونه الفضي الواضح و انتظام تمدده و تأثره السريع بالحرارة و مداه الواسع حيث يتجمد عند -39 ْس و يغلي عند 357 ْس.
19 - إضافة قطعة جليد عند درجة صفر سيليزيوس إلى شراب في درجة حرارة الغرفة تكون أكثر فاعلية في تبريد الشراب من إضافة كتلة مساوية من الماء عند درجة الصفر سْ .
عند إضافة قطعة الجليد إلى الشراب فإنها تكتسب جزءا من حرارة الشراب وبذلك ينصهر الجليد وينتج عنه ماء عند درجة الصفر ، وبهذا تنخفض درجة حرارة الشراب ، ثم يتم التعادل بين الماء الناتج عن انصهار الجليد و الشراب وبذلك يفقد الشراب جزءا آخر من حرارته وبذلك تكون إضافة قطعة الجليد أكثر فاعلية .
أولا : مجموعة من أسئلة التعليل مع إجاباتها :
1 - عندما يكون الجسم في حالة اتزان حراري مع الوسط المحيط به يكون له نفس درجة حرارة الوسط .
لأن سعة اهتزازة جزيئاته تظل ثابتة كما هي وبالتالي لا تتغير الطاقة الداخلية للجسم فيكون له نفس درجة حرارة الوسط .
2 - تكون رمال شاطئ البحر ظهر يوم حار أسخن من مياه البحر .
لأن السعة الحرارية للرمال أقل بكثير من السعة الحرارية للماء .
3 - يمكن أن تتغير السعة الحرارية لجسم ، بينما تظل حرارته النوعية ثابتة .
لأن الحرارة النوعية خاصية مميزة للمادة بينما السعة الحرارية خاصية مميزة للجسم .
4 - وجود المدن الساحلية على شاطئ البحر يعمل على تلطيف درجة حرارتها صيفا .
لأنه عندما تستقبل هذه المدن كمية كبيرة من الطاقة الحرارية للشمس يكون الارتفاع في درجة حرارة اليابسة أكبر من ماء البحر ، فتقل كثافة الهواء الملامس للأرض فيرتفع إلى أعلى ، ويحل محله الهواء الملامس لماء البحر و الأقل في درجة الحرارة و المسمى بنسيم البحر .
5 - عند انصهار مادة صلبة أو تصعيد سائل يحدث امتصاص لطاقة حرارية دون أن يصاحب ذلك ارتفاع في درجة الحرارة.
لأن الطاقة الحرارية الممتصة تعمل فقط على بذل شغل لإضعاف قوى التماسك بين جزيئات المادة وكسر الروابط الجزيئية .
6 - زمن تسخين كتلة من الماء عددا معينا من درجات الحرارة يساوي خمسة أمثال الزمن اللازم لتسخين نفس الكتلة من القشرة الأرضية نفس العدد من درجات الحرارة.
لأن الحرارة النوعية للماء تساوي خمسة أمثال الحرارة النوعية للقشرة الأرضية .
7 - تستطيع الكائنات الحية مقاومة التغيرات الحادثة في درجة حرارة الوسط المحيط بها أكبر من غيرها .
بسبب احتواء أجسام هذه الكائنات على نسبة عالية من الماء ذي أكبر حرارة نوعية معروفة ، مما يعمل على زيادة كمية الحرارة المختزنة فيها.
8 - تصنع أواني الطهي من النحاس أو الألمنيوم أو من سبائك الفلزات ذات الحرارة النوعية الصغيرة .
لقدرتها الكبيرة على التوصيل الحراري و لأن الحرارة النوعية للفلزات مثل النحاس و الألمنيوم صغيرة نسبيا لذا تكون السعة الحرارية صغيرة لوعاء من النحاس أو الألمنيوم فلا يستنفذ جزءا كبيرا من الطاقة الحرارية كي ترتفع درجة حرارته.
9 - الغازات قابلة للانضغاط .
بسبب وجود مسافات جزيئية كبيرة بين الجزيئات .
10 - معامل التمدد الحجمي تحت ضغط ثابت متساو لجميع الغازات .
لأن الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تتمدد بمقادير متساوية عند رفع درجة حرارتها بمقادير متساوية بشرط أن تكون تحت ضغط ثابت.
11 - قوى التماسك الجزيئية بين جزيئات الغاز ضعيفة جدا .
و ذلك لأن المسافات الجزيئية الفاصلة بين الجزيئات كبيرة جدا .
12 - زيادة حجم غاز يسبب نقصا في ضغطه بفرض ثبات درجة حرارته .
لأن زيادة الحجم تعني زيادة الحيز الذي تتحرك فيه الجزيئات فيقل معدل التصادمات فينقص الضغط .
13 - يكون الضغط داخل إطار سيارة عند نهاية رحلة طويلة أكبر من الضغط داخله عند بداية الرحلة .
أثناء الرحلة ترتفع درجة حرارة الإطار فيسخن الهواء فيزداد متوسط سرعة جزيئات الهواء فيزداد الضغط ( بفرض ثبات حجم الإطار ) .
14 - تصنع قاعدة مكواة الملابس الكهربائية من فولاذ حرارته النوعية كبيرة نسبياً .
لأن الحرارة النوعية للفولاذ كبيرة نسبيا لذلك سعته الحرارية كبيرة ، ولذلك لا يفقد حرارته بسرعة ، فيمكن استخدامه دون استهلاك كبير للطاقة .
15 - الحروق الناتجة عن بخار الماء الساخن 100 ْس أشد ألماً من الحروق الناتجة عن الماء المغلي 100 ْس.
عند تعرض الجسم لبخار الماء المغلي ، يفقد البخار جزء من طاقته الحرارية ليتكثف ويصبح ماءا عند درجة 100ْس و يكتسب الجسم هذه الطاقة الحرارية ، ثم يحدث تبادل حراري بين الماء الناتج عن التكثف والجسم حيث يكتسب الجسم جزءا من الطاقة الحرارية للماء مرة ثانية حتى يتعادل مع الجسم .
16 - يحدث نسيم البر ليلاً .
لأن درجة حرارة البر تنخفض أثناء الليل بمعدل أكبر من انخفاض درجة حرارة ماء البحر ذو الحرارة النوعية الأكبر ولذلك يسخن الهواء الملامس للبحر فتقل كثافته ويرتفع إلى أعلى ليحل محله هواء بارد قادم من جهة البحر .
17 – يملأ بالزئبق سبع حجم الدورق المستخدم في دراسة العلاقة بين حجم كمية معينة من غاز ودرجة حرارتها المطلقة.
لأن معامل التمدد الحجمي للزئبق سبعة أمثال معامل التمدد الحجمي للزجاج .و لذلك أي زيادة في حجم الدورق يعادلها التمدد الحجمي الحادث للزئبق .
18 - يستخدم الزئبق كمادة ثرمومترية.
لأنه يتميز بلونه الفضي الواضح و انتظام تمدده و تأثره السريع بالحرارة و مداه الواسع حيث يتجمد عند -39 ْس و يغلي عند 357 ْس.
19 - إضافة قطعة جليد عند درجة صفر سيليزيوس إلى شراب في درجة حرارة الغرفة تكون أكثر فاعلية في تبريد الشراب من إضافة كتلة مساوية من الماء عند درجة الصفر سْ .
عند إضافة قطعة الجليد إلى الشراب فإنها تكتسب جزءا من حرارة الشراب وبذلك ينصهر الجليد وينتج عنه ماء عند درجة الصفر ، وبهذا تنخفض درجة حرارة الشراب ، ثم يتم التعادل بين الماء الناتج عن انصهار الجليد و الشراب وبذلك يفقد الشراب جزءا آخر من حرارته وبذلك تكون إضافة قطعة الجليد أكثر فاعلية .
