بسم الله الرحمان الرحيم .

هذا نقلته لما يزخر به من معلومات قيّـمـة .. أتمنى أن يفيدكم رغم انه غير مقرر عليكم
أسأل الله أن يجزي كاتبه خير الجزاء .

ابنُ طفيلٍ


ولدَ ابنُ طفيلٍ أبو بكرٍ محمدُ بنُ عبدِ اللهِ في وادي آش قربَ غرناطةَ في الأندلسِ (إسبانيا) في أوائلِ القرنِ السادسِ الهجريِّ (الثاني عشر الميلادي). وتوفي في مراكش عامَ 581هـ (1185م)، وابنُ طفيلٍ مفكرٌ عربيٌّ عظيمٌ، ترك آثاراً خالدةً، في ميدان الفلسفةِ، وكانَ عالماً فلكياً ورياضياً، وطبيباً، وفيلسوفاً، وأدبياً، ومن آثارهِ المشهورةِ قصةُ حيُّ بن يقظان التي ضمَّنها أراءهُ ونظرياتهِ. وكانَ ابنُ طفيلٍ يأخذُ بالبراهينِ العلميةِ في جميع دراساتهِ، وقدْ وردَ في كتاباتهِ ما يشيرُ إلى أنهُ بحثَ في موضوعِ الحرارةِ وأنَّهُ ربّطَ الحركةَ بالحرارةِ، فهو يقول: ... ذلك أنَّهُ قد تبرهنَ في العلومِ الطبيعيةِ أنَّهُ لا سببَ لتكوُّنِ الحرارةِ إلاّ الحركةَ، أو ملاقاةُ الأجسامِ الحارَّةِ والإضاءةِ... كما ربطَ بينَ الإشعاعِ والحرارةِ، إذ يقول: "فإنَّ الحرارةَ تتبعُ الضوءَ أبداً، حتى إنَّ الضوءَ إذا أفرطَ في المرآةِ المقعرةِ أشعل ما حاذاها". تعلمتَ في الفصلِ الثّاني من الوحدةِ الأولى أنَّ الطاقةَ كميةٌ فيزيائيةٌ تمكنُ الأجسامَ التي تمتلكهُا من إنجازِ شغلٍ ما، وأنَّها محفوظةٌ؛ بمعنى أنها لا تفنى ولا تستحدثُ من العدمِ، وإنما تتحولُ من شكلٍ على آخر. وكذلك تعلمت أنَّهُ، نتيجةً للاحتكاكِ، تتحولُ الطاقةُ الحركيةُ للجسمِ المتحركِ إلى حرارةٍ، ومن هذا استنتجنا أنَّ الحرارةَ شكلٌ من أشكالِ الطاقةِ. فما الحرارةُ؟ وما مدلولُ قولنا: إنَّ جسماً يمتلكُ حرارةً؟ وهل ثمةَ فرقٌ بينَ الحرارةِ ودرجةِ الحرارةِ؟ ... هذهِ الأسئلةُ ستعرفُ الإجابةَ عنها عندَ دراستكِ هذا الفصلَ، ويتوقعُ منكَ بعدَ إنهائهِ أن تكونَ قادراً على أن: 1 - تذكرَ أنَّ الحرارةَ شكلٌ من أشكالِ الطاقةِ. 2- توضحَ المقصودَ بكلِّ المفاهيمِ والمصطلحاتِ التالية: الحرارةُ، درجةِ الحرارةِ، كميةُ الحرارةِ، السعةُ الحراريةُ لجسمٍ، الحرارةُ النوعيةُ، الاتزانُ الحراريِّ، الانصهارُ، الغليانُ، درجةُ الانصهارِ، درجةُ الغليانِ، الحرارةُ الكامنةُ للانصهارِ، الحرارةُ الكامنةُ للتصعيدِ. 3- تميِّزَ بينَ الحرارةِ وكميةِ الحرارةِ. 4- تحسبَ كميةَ الحرارةِ المكتسبةِ أو المفقودةِ في المخاليطِ الحراريةِ. 5- تذكرَ العلاقةَ بينَ كميةِ الحرارةِ المكتسبةِ والمفقودةِ في حالةِ الاتزانِ الحراريِّ. 6- تفسرَ بالاعتمادِ على نظريةِ الحركةِ الجزيئيةِ، بعضَ الظاهراتِ المتعلقةِ بالحرارةِ الكامنةِ للتصعيدِ والحرارةِ الكامنة ِللتصعيدٍ والحرارةِ الكامنةِ للانصهارِ. 7- تطبقَ العلاقاتِ الرياضيةِ في حالةِ الاتزانِ الحراريِّ في حلِّ مسائلَ عدديةٍ بسيطةٍ. 8- تصمم تجاربَ تحسبُ بواسطتها الحرارةَ النوعيةَ لموادِّ مختلفةٍ ودرجةَ انصهارها ودرجةَ غليانها.


1. الحرارةُ
1.1 الحرارةُ ودرجةُ الحرارةِ
الحرارةُ كلمةٌ مألوفةٌ لنا جميعاً، لارتباطِها الوثيقِ بحياتنا اليوميةِ، والحرارةُ ضروريةٌ للحياةِ، فنحنُ على سبيلِ المثالِ بحاجةٍ إليها لتدفئةِ أنفسنا في ليالي الشتاء الباردةِ، ولطهوِ طعامنا.ويعدُّ اكتشافُ النارِ حدثاُ جللاً في تاريخِ الحضارةِ البشريةِ، يقولُ سبحانهُ في القرآنِ الكريم "أَفَرَءَيْتُمُ النَّارَ الَّتِي تُورُونَ (71) ءَأَنْتُمْ شَجَرَتَهِا~ أَمْ نَحْنُ الْمُنْشِئُونَ (72)". (سورة الواقعة، الآيتان 71، 72). إنَّ الحرارةَ شكلٌ من أشكالِ الطاقةِ، وهي صفةٌ من صفاتِ المادةِ تسببُ لنا الإحساسَ بالسخونةِ بينما نقصُها يسببُ لنا الإحساسَ بالبرودةِ، فنحنُ نقولُ: إنَّ الجوَّ حارٌّ أو باردٌ لما نحسُّ بهِ من سخونةِ الجوِّ أو برودتهِ. ويعبّر عن درجةِ سخونةِ الأجسامِ أو برودتها بلفظةِ درجةِ الحرارةِ، فدرجةُ الحرارةِ إذاً، هي صفةٌ من صفاتِ المادةِ، بمعنى أنَّ لكلِّ جسمٍ درجةُ حرارةٍ تعبرُ عن درجةِ سخونتهِ، وعندما نقولُ إنَّ درجةَ حرارةِ الماءِ عندَ الغليانِ أعلى من درجةِ حرارةِ ماءِ الشربِ فإنَّ ذلكَ يعني أنَّ درجةَ سخونةِ الماءِ عندَ الغليانِ أعلى من سخونةِ ماءِ الشربِ. إنَّ درجةَ السّخونةِ، تحدّدُ لنا كيفَ تنتقلُ الحرارةُ بينَ جسمينِ عندما يتلامسانِ، فعندما تضعُ يدَكَ في ماءٍ ساخنٍ فإنّكَ تحسُّ بالسخونةِ؛ والسببُ في ذلكَ يعودُ إلى انتقالِ الحرارةِ منَ الماءِ الساخنِ إلى يدكَ، والعكسُ صحيحٌ، فعندما تضعُ يدَكَ في ماءٍ باردٍ فإنَّكَ تحسُّ بانَّ يدكَ قد بردت، ذلكَ لأنَّ الحرارةَ انتقلت من يدِكَ إلى الماءِ أي أنًَّ الإحساسَ بالسخونةِ يعني انتقالَ الحرارةِ إلى جسمكَ منَ الأجسامِ الأخرى، والإحساسُ بالبرودةِ يعني فقدانَكَ للحرارةِ، أي انتقالُها من جسمِكَ إلى الأجسامِ الأخرى، وعليهِ
يمكنُ تعريفُ درجةِ الحرارةِ بأنَّها صفةٌ في المادةِ تحدِدُ اتجاهَ انتقالِ الحرارةِ بينَ الأجسامِ عندَ تلامسها أو وصلها معاً.
والسؤالُ الآنَ: كيفَ نغيِّرُ درجةَ حرارةِ جسمٍ ما؟ للإجابةِ عن ذلكَ تأمل ما يحدثُ لدرجةِ الحرارةِ في الحالتينِ الآتيتينِ: تمثِّلُ الحالةُ الأولى جسماً تؤثِّرُ فيه قوةٌ، فتُحركهُ بسرعةٍ ثابتةٍ في خطٍ مستقيمٍ، على سطحٍ أفقيٍّ خشنٍ، انظر الشكل (1). أما الحالةُ الثانيةُ فتمثِّلُ جسماً معرضاً بشكلٍ مباشرٍ لمصدرٍ حراريٍّ كما في الشكلِ (2).
الحالةُ الأولى: درستَ في الوحدةِ السابقةِ انَّهُ إذا بُذلَ شغلٌ على جسمٍ ما، فإنَّ طاقتهُ تزدادُ بمقدارٍ يساوي الشغلَ؟ الذي بُذلَ عليهِ، والعكسُ كذلكَ صحيحٌ: إذا بَذلَ الجسمُ شغلاً فإنَّ طاقتهُ تنقصُ بمقدارٍ يساوي الشغلَ الذي بذلهُ. في ضوءِ ذلكَ، هل تستطيعُ تفسيرَ ازديادِ درجةِ حرارةِ الجسمِ في الحالةِ الأولى؟ إنَّ الزيادةَ في طاقةِ الجسمِ، نتيجةَ بذلِ الشغلِ عليهِ، تظهرُ على صورةِ زيادةٍ في الطاقةِ الحركيةِ لجزيئاتِهِ، الأمرُ الذي يؤدي إلى زيادةِ معدَّلِ الطاقةِ الحركيةِ للجزيءِ الواحدِ، وبالتّالي ازديادِ درجةِ حرارةِ الجسمِ. أما في الحالةِ الثانيةِ فإنَّ ارتفاعَ درجةِ حرارةِ الجسمِ ناتجٌ عن تزويدهِ بالحرارةِ مباشرةً منَ المصدرِ الحراريِّ. إنَّ الطاقةَ الحراريةَ مباشرةً منَ المصدرِ الحراريِّ. إنَّ الطاقةَ الحراريةَ التي يزودُ المصدرُ الجسمَ بها يستغلُّ جزءٌ منها لزيادةِ الطاقةِ الحركيةِ للجزيئاتِ، وبالتّالي زيادةِ درجةِ حرارةِ الجسمِ، ويستغلُّ الجزءُ المتبقي منها في بذلِ الجسمِ شغلاً على الوسطِ المحيطِ به (كأن يتمددَ الجسمُ بفعلِ الحرارةِ). في ضوءِ ما سبقَ، يمكننا أن نقولَ إنَّهُ:
يمكنُ رفعُ درجةِ حرارةِ جسمٍ ما، إما ببذلِ شغلٍ عليهِ، أو بتزويدهِ بكميةٍ من الحرارةِ.
بالاعتمادِ على النتيجةِ السابقةِ، بيّن كيفَ يمكنُ خفضُ درجةِ حرارةِ جسمٍ ما.
1.2 كميةُ الحرارةِ ودرجةُ الحرارةِ
لقد تبينَ لكَ انَّهُ يمكنُ رفعُ درجةِ حرارةِ جسمٍ ما عن طريقِ تزويده بكميةٍ من الحرارةِ (أي تسخينه)، كما يمكنُ خفضُ درجةِ حرارتِهِ عن طريقِ أخذِ كميةٍ من الحرارةِ منه (أي تبريده)، فما المقصودِ بكميةِ الحرارةِ؟ للإجابةِ عن ذلكَ قم بالنشاطِ الآتي: النشاطُ (1):
كميةُ الحرارةِ
تحتاجُ في هذا النشاطِ إلى كأسينِ زجاجيتينِ متماثلتينِ (سعة 1000 مل ومصدرٍ حراريٍّ (موقد بنسن) ومنصبٍ ثلاثيٍّ وشبكةٍ فلزيةٍ، وماء، وميزانِ حرارةٍ. - ضع في الكأسِ الأولى حوالي 300 مل ماء، وفي الثانيةِ حوالي 500 مل. - ضعِ الكأسينِ معاً فوقَ الشبكةِ الفلزيةِ على المنصبِ الثلاثيِّ. - قس درجةَ حرارةِ الماءِ في كلٍّ منَ الكأسينِ، وسجّل القرائتينِ. - اشعلِ اللهبَ، وانتظر فترةً من الزمنِ (10 دقائق مثلاً). - قسْ درجةَ حرارةِ الماءِ في كلٍّ من الكأسينِ، وسجِّل القرائتينِ. ماذا تلاحظُ؟ هل درجةُ حرارةِ الماءِ في كلٍّ من الكأسينِ واحدةٌ؟ أيهما أعلى درجةَ حرارةٍ؟ ماذا تستنتجُ من ذلكَ في ما يتعلقُ بكمية الحرارةِ وعلاقتِها بدرجةِ الحرارةِ؟ لعلَّكَ لاحظتَ في النَّشاطِ السابقِ أنَّ درجةَ حرارةِ الماءِ في الوعاءِ الأولِ كانتْ أعلى منها في الوعاءِ الثّاني، بالرغمِ من أنَّ كلاً منهما قد زودَ بالكميةِ نفسِها من الحرارةِ، وحتى ترتفعَ درجةُ حرارةِ الماءِ نفسِها في الوعاءِ الثاني إلى درجةِ الحرارةِ نفسها في الوعاءِ الأولِ، فإننا نحتاجُ إلى تسخينها مدةً أطولَ، أي تزويدها بكميةِ حرارةٍ أكثرَ. من ذلكَ نستنتجُ أنَّ كميةَ الحرارةِ شيءٌ يختلفُ عن درجةِ الحرارةِ، بالرغمِ من أننا نقيسُ كميةَ الحرارةِ التي تُزوّدُ بها الأجسامُ أو تُؤخذُ منها بدلالةِ ارتفاعِ درجةِ الحرارةِ، إذ كلَّما كانَ التغيرُ في درجةِ حرارةِ جسمٍ ما أكبرَ كانت كميةُ الحرارةِ اللازمةِ لإحداثِ هذا التغيرِ أكبرَ. والآنَ هل يمكنكَ أن تتوصلَ إلى النتيجةِ نفسِها لو قمتَ بتسخينِ كتلتينِ متساويتينِ من مادتينِ مختلفتينِ؟ صمم نشاطاً يمكِّنكَ من الإجابةِ عن هذا السؤالِ. من هذا النشاطِ السابقِ وأنشطةٍ أخرى مناسبةٍ يمكننا أن نستنتجَ أنَّ كميةَ الحرارةِ اللازمةِ لرفعِ درجةِ حرارةِ كتلةٍ ما إلى درجةِ حرارةٍ معينة تعتمدُ على: 1- كتلةِ الجسمِ، إذ كلما كانت كتلةُ الجسمِ أكبرَ كانت كميةُ الحرارةِ اللازمةِ أكبرَ. 2- الارتفاعِ في درجةِ الحرارةِ، فكلَّما كانَ الارتفاعُ في درجةِ الحرارةِ أكبرَ كانت كميةُ الحرارةِ اللازمةِ لذلكَ أكبرَ. 3- نوعُ مادةِ الجسمِ. ولأنَّ كميةَ الحرارةِ طاقةٌ، فإنَّ وحدةَ قياسها هي وحدةُ قياسِِ الطاقةِ نفسِها، أي جول. وتعرفُ كميةُ الحرارةِ اللازمةِ لرفعِ درجةِ حرارةِ وحدةِ الكتلِ ( كغم) من المادةِ درجةَ سيلسيوس واحدةً باسمِ الحرارةِ النوعيةِ للمادةِ. ووحدةُ قياسِ الحرارةِ النوعيةِ هي جول/ كغ. °س، وتقراُ (جول لكلِّ كيلو غرام. درجةِ سيلسيوس). ويبينُ الجدولُ رقم (1) الحرارةَ النوعيةَ لبعضِ الموادِّ. أما كميةُ الحرارةِ اللازمةُ لرفعِ درجةِ حرارةِ الجسمِ كلِّهِ درجةَ سيلسيوس واحدةً، فتعرفُ باسمِ السعة الحراريةِ للجسمِ. ووحدتها هي الجول/°س (أو السعر/°س). من ذلكَ نستنتجُ أنَّ:




السعةَ الحراريةَ لجسمٍ = كتلتُهُ × حرارتِهِ النوعية إذنْ، كميةَ الحرارةِ اللازمةِ لرفعِ درجةِ حرارةِ جسمٍ كتلتُهُ (ك) كغ من درجةِ حرارةٍ معينةٍ (د1) سيلسيوس إلى درجةِ حرارةِ (د2) سيلسيوس تُعطى بالعلاقةِ : كميةَ الحرارةُ = السعةَ الحراريةَ للجسمِ × (د2* – د1)
ح ن جول/كغ .°س
المادة
ح ن جول/كغ .°س
المادة
130 رصاص 900 الومنيوم
140 زئبق 380 نحاس أصفر
3900 ماء البحر 400 نحاس
4185 ماء نقي 170 زجاج عادي
380 خارصين 2100 جليد
460 حديد
= كتلةَ الجسمِ × ح ن لمادةِ الجسمِ × (د2- د1) = ك × ح ن × (د2 – د1) أي كميةُ الحرارةِ = ك × ح ن × (د2 – د1) ... (1)
1.3 أمثلةٌ محلولةٌ
مثال (1): احسب السعةَ الحراريةَ لكتلةٍ من النّحاسِ مقدارُها 5 كغ، وحرارتُها النوعيةُ 400 جول/ كغ.°س. الحلُّ: معطياتُ السؤالِ: ك = 5كغ، ح ن = 400 جول/ كغ°س. المطلوبُ: حسابُ السعةِ الحراريةِ للكتلةِ ك. من تعريفِ السعةِ الحراريةِ بأنَّها تساوي حاصلَ ضربِ كتلةِ الجسمِ في حرارتِهِ النوعيةِ، فإنَّ: السعةَ الحراريةَ لكتلةِ النّحاسِ = ك × ح ن = 5 × 400 = 2000 جول/ س°. مثال (2): ما كميةُ الحرارةِ اللازمةِ لرفعِ درجةِ حرارةِ 2 كغ ماء من °20س إلى °60س، علماً بأنَّ الحرارةَ النوعيةَ للماءِ تساوي 4185 جول/ كغ.°س؟ الحلُّ: معطياتُ السؤالِ: ك = 2كغ، ح ن = 4185جول/ كغ.°س، (د2 – د1) = °40س. المطلوبُ: حسابُ كميةِ الحرارةِ. بالتعويضِ في العلاقةِ (1) التي تربطُ بينَ كميةِ الحرارةِ وكتلةِ الجسمِ، وحرارتِهِ النوعيةِ والتغيِّرِ في درجةِ الحرارةِ، نجدُ أنَّ: كمية الحرارةِ = ك × ح ن × (د2 –د1). = 2 × 4185 × 40 = 334800 جول. = 334.800 كيلو جول. مثال (3): احسب كميةَ الحرارةِ التي تفقدُها قطعةٌ من الحديدِ كتلتُها 50غ، وحرارتُها النوعيةُ 460 جول/ كغ.°س، عندما تبردُ من °80س إلى °20س. الحلُّ: معطياتُ السؤالِ: ك = 50غ = 0.050كغ، ح ن = 460جول/ كغ.°س، التغيُّرُ في درجةِ الحرارةِ = 80- 20 = °60س. المطلوبُ: حسابُ كميةِ الحرارةِ التي تفقدها قطعةُ الحديدِ. بالتعويضِ في العلاقةِ رقم (1) نجدُ أنَّ: كميةَ الحرارةِ المفقودةِ = ك × ح ن × (د2 – د1). = 0.050 × 460 × 60 = 1380 جول. اختبر نفسكَ: 1- ميِّزْ بينّ درجةِ الحرارةِ وكميةِ الحرارة. 2- ماذا نعني بقولنا إنَّ جسماً ما أسخنَ من جسمٍ آخرَ؟ وما علاقةُ ذلكَ بكلٍّ من درجةِ الحرارةِ وكميةِ الحرارةِ؟ 3- ماذا يحدثُ لدرجةِ حرارةِ غازٍ محصورٍ إذا سمحَ لهُ بالتمددِ فجأةً. اذكر مثالاً من الحياةِ العمليةِ على مثلِ هذهِ الظاهرةِ. 4- قطعةٌ منَ الخارصينِ كتلتُها 100غ، وحرارتُها. النوعيةُ 380جولاً/ كغ.°س. احسبْ: أ- السعةَ الحراريةَ للقطعةِ.
ب- مقدارَ التغيرِ في درجةِ حرارتِها، إذا زودتْ بكميةٍ من الحرارةِ مقدارُها 760 جولاً.


hgpvhvm , ]v[m hgpvhvm , hghj.hk hgpvhvd >