ورقاتشرح درس الحرارة وتحولات المادة ثاني متوسط الفصل الأول
تتحول المادة من حالة إلى أخرى بامتصاص الطاقة الحرارية أو فقدانها، وتبقى درجة حرارتها ثابتة أثناء التحول لأن الطاقة تُستخدم في تغيير ترتيب الجسيمات لا في رفع حركتها.
أهداف الدرس
- يفرق بين الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة.
- يصف تحولات المادة: الانصهار والتجمد والتبخر والغليان والتكثف والتسامي والترسب.
- يميز بين التبخر والغليان.
- يفسر منحنى التسخين ويوضح ثبات درجة الحرارة أثناء التحول.
- يربط التحولات بأمثلة من الحياة كالندى وتجفيف الملابس والثلج الجاف.
المفهوم الأساسي
تتحول المادة من حالة إلى أخرى بامتصاص الطاقة الحرارية أو فقدانها، وتبقى درجة حرارتها ثابتة أثناء التحول لأن الطاقة تُستخدم في تغيير ترتيب الجسيمات لا في رفع حركتها.
شرح الدرس
تضع قطعة ثلج في كوب على طاولة دافئة فتذوب، وتضع كوب ماء ساخن فيتصاعد منه بخار ثم تتكون قطرات على غطائه. هذه التغيرات كلها نتيجة انتقال الطاقة الحرارية من وإلى المادة.
الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة
- درجة الحرارة: مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة، أي سرعة حركتها، وتقاس بالمحرار.
- الطاقة الحرارية: مجموع الطاقة الحركية والكامنة لكل جسيمات المادة، وتعتمد على كتلتها ودرجة حرارتها ونوعها.
فحوض ماء دافئ يحوي طاقة حرارية أكبر من كوب ماء ساخن، رغم أن الكوب أعلى درجة حرارة، لأن كتلة ماء الحوض أكبر بكثير.
تحولات الحالة
عند اكتساب المادة طاقة حرارية تتحرك جسيماتها بسرعة وتتباعد، وعند فقدانها تتقارب ويقل اهتزازها:
- الانصهار: تحول الصلب إلى سائل بامتصاص طاقة، ودرجة انصهار الجليد ٠ درجة سلسيوس.
- التجمد: تحول السائل إلى صلب بفقدان طاقة، ودرجة تجمد الماء ٠ درجة سلسيوس أيضًا.
- التبخر والغليان: تحول السائل إلى غاز بامتصاص طاقة.
- التكثف: تحول الغاز إلى سائل بفقدان طاقة، كالندى على أوراق الشجر فجرًا.
- التسامي: تحول الصلب إلى غاز مباشرة دون المرور بالحالة السائلة، كالثلج الجاف CO₂ الصلب والنفتالين.
- الترسب: تحول الغاز إلى صلب مباشرة، كتكون الصقيع على الزجاج في ليالي الشتاء الباردة.
«الانصهار والتبخر والتسامي تمتص طاقة، والتجمد والتكثف والترسب تطلق طاقة.»
الفرق بين التبخر والغليان
- التبخر: يحدث عند سطح السائل فقط، وعند أي درجة حرارة، ببطء، كجفاف الملابس المبللة في الظل.
- الغليان: يحدث في كل أجزاء السائل بتكوّن فقاعات بخار، وعند درجة حرارة محددة تسمى درجة الغليان، وهي ١٠٠ درجة سلسيوس للماء عند سطح البحر.
وتتسارع الملابس في الجفاف في الجو الحار والرياح والمساحة الكبيرة لأن ذلك يزيد التبخر.
منحنى التسخين
لو سخنا قطعة جليد مدة طويلة وسجلنا درجة حرارتها كل دقيقة، لحصلنا على منحنى يمر بمراحل:
- مرحلة ١: ارتفاع درجة حرارة الجليد من تحت الصفر حتى ٠ درجة سلسيوس.
- مرحلة ٢: ثبات درجة الحرارة عند ٠ درجة سلسيوس أثناء الانصهار، فالطاقة المكتسبة تفكك ترتيب الجسيمات في البلورة ولا ترفع حرارتها.
- مرحلة ٣: ارتفاع درجة حرارة الماء السائل من ٠ إلى ١٠٠ درجة سلسيوس.
- مرحلة ٤: ثبات درجة الحرارة عند ١٠٠ درجة سلسيوس أثناء الغليان.
- مرحلة ٥: ارتفاع درجة حرارة البخار بعد تحول كل الماء إلى غاز.
فالجزء الأفقي من المنحنى يدل على تحول في الحالة، والجزء المائل يدل على ارتفاع الحرارة.
درجة الحرارة تبقى ثابتة أثناء التحول رغم استمرار التسخين.
عند التبريد تحدث المراحل نفسها بالعكس: تكثف عند ١٠٠ درجة سلسيوس وتجمد عند ٠ درجة سلسيوس.
درجة غليان الماء تقل في المرتفعات العالية كجبال السروات لانخفاض الضغط الجوي.
نشاط تعليمي
النشاط الأول
سميّ التحول في كل حالة: ذوبان الشمع بالقرب من اللهب، تكون قطرات الماء على كوب بارد، اختفاء كرات النفتالين، جفاف الغسيل.
انصهار، تكثف، تسامي، تبخر.
أن يسمي الطالب التحولات في أمثلة من الحياة.
التطبيق الثاني
في تجربة تسخين جليد سجلت الحرارة عند الدقائق من ٥ إلى ١٠ ثابتة عند ٠ درجة سلسيوس. ما تفسير ذلك؟
لأن الجليد ينصهر في هذه الدقائق، فالطاقة المكتسبة تُستهلك في تغيير الحالة ولا ترفع الحرارة.
أن يفسر الطالب ثبات الحرارة أثناء التحول.
الموقف الثالث
قارن بين ماء درجة حرارته ٩٠ درجة سلسيوس في كوب وماء يغلي في قدر كبير عند ١٠٠ درجة سلسيوس. أيهما درجة حرارته أعلى وأيهما طاقته الحرارية أكبر؟
الماء في القدر أعلى درجة حرارة وطاقته أكبر أيضًا لأن كتلته أكبر وحرارته أعلى.
أن يميز الطالب بين الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة.
ملاحظات مهمة
- 1درجة الحرارة تقيس متوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
- 2الانصهار والتبخر والتسامي تمتص طاقة.
- 3التجمد والتكثف والترسب تطلق طاقة.
- 4الغليان في كل السائل، والتبخر عند السطح.
- 5ثبات الحرارة أثناء التحول يظهر أفقيًا في منحنى التسخين.
أخطاء شائعة
- ✗ خطأالاعتقاد أن الحرارة ترتفع دائمًا أثناء التسخين.✓ الصواب: تثبت درجة الحرارة أثناء الانصهار والغليان.
- ✗ خطأالقول إن الندى مطر صغير.✓ الصواب: الندى بخار ماء الهواء الذي تكثف على سطح بارد.
+عرض جميع الأخطاء (3) ←إخفاء الأخطاء الإضافية
- ✗ خطأعدّ التبخر والغليان الشيء نفسه.✓ الصواب: التبخر على السطح عند أي حرارة، والغليان في كل السائل عند درجة غليان محددة.
ملخص الدرس
- الطاقة الحرارية تختلف عن درجة الحرارة.
- لكل تحول حالة اسم: انصهار، تجمد، تبخر، تكثف، تسامي، ترسب.
- التبخر عند السطح والغليان في كل السائل.
- الحرارة ثابتة أثناء التحول في منحنى التسخين.
هل أتقنت الدرس؟اختبر نفسك من خلال اختبار قصير من عدة أسئلة.
