ورقاتشرح درس درجة الحرارة ثاني متوسط الفصل الثاني
درجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة، أما الطاقة الحرارية فهي مجموع طاقة جسيماتها، وتتمدد المواد بالتسخين وتنكمش بالتبريد، وللماء حرارة نوعية عالية.
أهداف الدرس
- يفسّر درجة الحرارة بأنها متوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة.
- يفرّق بين درجة الحرارة والطاقة الحرارية.
- يحوّل بين مقاييس سلسيوس وفهرنهايت وكلفن بحل مسائل.
- يفسّر التمدد الحراري ويذكر تطبيقاته ومخاطره.
- يربط الحرارة النوعية العالية للماء باعتدال مناخ المناطق الساحلية.
المفهوم الأساسي
درجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة، أما الطاقة الحرارية فهي مجموع طاقة جسيماتها، وتتمدد المواد بالتسخين وتنكمش بالتبريد، وللماء حرارة نوعية عالية.
شرح الدرس
وضعت كوبي ماء، أحدهما صغير والآخر كبير، في غرفة واحدة حتى صارت درجة حرارتهما واحدة. هل في الكوبين الكمية نفسها من الطاقة الحرارية؟ لا، وفي هذا الدرس نفهم لماذا.
درجة الحرارة والطاقة الحرارية
جسيمات المادة من ذرات وجزيئات تتحرك دائمًا، ولكل جسيم طاقة حركية. ودرجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة، فكلما تحركت الجسيمات أسرع ارتفعت درجة الحرارة.
أما الطاقة الحرارية فهي مجموع الطاقة الحركية والكامنة لجميع جسيمات الجسم، وتعتمد على درجة الحرارة وعلى كمية المادة معًا. ولذلك يمتلك الكوب الكبير في المثال طاقة حرارية أكبر من الكوب الصغير وإن تساوت درجتا حرارتهما.
«درجة الحرارة متوسط الطاقة الحركية، والطاقة الحرارية مجموعها.»
والحرارة هي الطاقة الحرارية المنتقلة من جسم أعلى درجة إلى جسم أقل درجة.
مقاييس درجة الحرارة
- المقياس السلسيوسي: درجة تجمد الماء ٠ °س وغليانه ١٠٠ °س، ويستخدم في معظم الدول.
- المقياس الفهرنهايتي: تجمد الماء ٣٢ °ف وغليانه ٢١٢ °ف، ويستخدم في بعض الدول.
- المقياس الكلفني: وحدته الكلفن K، ويعد الأساس العلمي لأن صفر كلفن هو أدنى درجة نظرية تتوقف عندها حركة الجسيمات تقريبًا.
وللتحويل بينها:
- من سلسيوس إلى فهرنهايت: ف = ١٫٨ × س + ٣٢
- من سلسيوس إلى كلفن: ك = س + ٢٧٣
مثال ١: حوّل ٢٥ °س إلى فهرنهايت وكلفن. الحل: ف = ١٫٨ × ٢٥ + ٣٢ = ٤٥ + ٣٢ = ٧٧ °ف. ك = ٢٥ + ٢٧٣ = ٢٩٨ كلفن.
مثال ٢: حوّل ٥٠ °ف إلى سلسيوس. الحل: من العلاقة ف = ١٫٨ × س + ٣٢ نجد س = ف − ٣٢ ثم نقسم على ١٫٨ أي ٥٠ − ٣٢ = ١٨ ← ١٨ ÷ ١٫٨ = ١٠ °س.
لا يوجد في مقياس كلفن رمز الدرجة، ولا تكون قيمته سالبة.
التمدد الحراري
عند التسخين تتحرك الجسيمات بسرعة أكبر وتبتعد عن بعضها، فيزداد حجم المادة، وهذا هو التمدد الحراري. وعند التبريد ينكمش الجسم. ولا تتمدد المواد بالقدر نفسه، فالغازات أكثر تمددًا من السوائل، والسوائل أكثر من الصلبة.
- فواصل التمدد في الجسور والسكك والطرق: فراغات صغيرة تتيح للمعدن أو الخرسانة أن تتمدد في الحر دون أن تتشقق.
- أسلاك الكهرباء: تترك مرتخية قليلًا بين الأعمدة لأنها تنكمش في البرد فتقصر، فلو شدت كثيرًا لانقطعت.
- ميزان الحرارة السائل: يتمدد السائل داخل الأنبوب عند التسخين فيرتفع.
الحرارة النوعية
الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة ١ كجم من المادة بمقدار ١ °س. وللماء حرارة نوعية عالية بين المواد، فيحتاج إلى طاقة كبيرة ليسخن، ويفقد طاقة كبيرة ليبرد، أي يسخن ببطء ويبرد ببطء.
ولهذا تكون المدن الساحلية على البحر الأحمر أكثر اعتدالًا في درجات الحرارة بين الليل والنهار من المدن الداخلية، فرمال الصحراء ذات الحرارة النوعية المنخفضة تسخن سريعًا بالنهار وتبرد سريعًا بالليل.
لهذا السبب يستعمل الماء مبردًا في محركات السيارات.
نشاط تعليمي
النشاط الأول
ضع مقياس حرارة في كوب ماء فاتر ثم في ماء بارد، وسجل القراءتين.
تتغير القراءة بحسب الماء، فالماء الفاتر أعلى لأن جسيماته أسرع.
أن يربط الطالب درجة الحرارة بحركة الجسيمات.
التطبيق الثاني
حوّل ٣٧ °س إلى فهرنهايت وكلفن.
ف = ١٫٨ × ٣٧ + ٣٢ = ٦٦٫٦ + ٣٢ = ٩٨٫٦ °ف، وك = ٣٧ + ٢٧٣ = ٣١٠ كلفن.
أن يحل الطالب مسألة تحويل.
الموقف الثالث
لماذا تترك فواصل بين بلاطات جسر معدني؟
لتتمدد البلاطات في الحر دون أن تتشقق.
أن يفسر الطالب التمدد الحراري.
ملاحظات مهمة
- 1درجة الحرارة متوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
- 2الطاقة الحرارية مجموع الطاقة وتعتمد على كمية المادة.
- 3ف = ١٫٨ × س + ٣٢ وك = س + ٢٧٣
- 4للماء حرارة نوعية عالية.
أخطاء شائعة
- ✗ خطأالظن أن درجة الحرارة هي نفسها الطاقة الحرارية.✓ الصواب: الأولى متوسط والثانية مجموع، فكوب وبحر بدرجة واحدة طاقتهما الحرارية مختلفة.
- ✗ خطأالقول إن الأجسام الباردة لا تحتوي حرارة.✓ الصواب: تحتوي طاقة حرارية أقل لأن جسيماتها أبطأ، ولا تخلو منها.
ملخص الدرس
- درجة الحرارة تعبر عن متوسط الطاقة الحركية.
- مقاييسها: سلسيوس وفهرنهايت وكلفن.
- التمدد الحراري زيادة حجم المادة بالتسخين.
- الماء يسخن ببطء لأن حرارته النوعية عالية.
هل أتقنت الدرس؟اختبر نفسك من خلال اختبار قصير من عدة أسئلة.
