ورقاتشرح درس انتقال الحرارة ثاني متوسط الفصل الثاني
تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم الأسخن إلى الأبرد بثلاث طرق هي التوصيل والحمل والإشعاع، وتستخدم العوازل لتقليل انتقالها والموصلات لتسهيله.
أهداف الدرس
- يذكر طرق انتقال الحرارة الثلاث التوصيل والحمل والإشعاع ويعطي مثالًا لكل منها.
- يميّز بين الموصلات والعوازل الحرارية ويعلل استخدام كل منها.
- يفسّر تيارات الحمل في الهواء والماء.
- يحدد اتجاه انتقال الحرارة من الجسم الساخن إلى البارد.
- يوظف مبادئ العزل الحراري في تصميم البيوت والأدوات اليومية.
المفهوم الأساسي
تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم الأسخن إلى الأبرد بثلاث طرق هي التوصيل والحمل والإشعاع، وتستخدم العوازل لتقليل انتقالها والموصلات لتسهيله.
شرح الدرس
تمسك ملعقة معدنية في كوب شاي ساخن فتسخن يدك بعد قليل، وتجلس قرب مدفأة في الشتاء فتشعر بالدفء دون أن تلمسها، وترى الهواء الساخن يرتفع من أعلى السيارة. كل ذلك أمثلة على انتقال الحرارة.
اتجاه انتقال الحرارة
تنتقل الحرارة تلقائيًا من الجسم الأعلى درجة حرارة إلى الجسم الأقل درجة حتى تتساوى درجتا حرارتهما. فالثلج لا يبرد يدك بإعطائها البرودة، بل تنتقل الحرارة من يدك إلى الثلج.
«تنتقل الحرارة من الساخن إلى البارد حتى تتساوى الدرجتان.»
التوصيل
التوصيل انتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة بتصادم الجسيمات، فتنقل الجسيمات الأسرع جزءًا من طاقتها إلى المجاورة لها الأبطأ دون أن تنتقل المادة نفسها. ومثاله تسخين طرف ملعقة معدنية في كوب شاي، أو ملمس الأرض الباردة تحت قدميك.
- الموصلات الحرارية: مواد تنقل الحرارة بسرعة، وأغلبها الفلزات كالنحاس والألمنيوم والحديد، ولذلك تصنع منها أوعية الطبخ.
- العوازل الحرارية: مواد تنقل الحرارة ببطء، كالخشب والبلاستيك والصوف والهواء المحبوس والستايروفوم، ولذلك تصنع منها مقابض الأواني.
الحمل
الحمل انتقال الحرارة بحركة جزيئات المائع (السائل أو الغاز) نفسه. فعند تسخين جزء من المائع يتمدد وتقل كثافته فيرتفع، ويحل محله المائع البارد الأكثف فيهبط، فتتكون تيارات الحمل.
- في الماء: عند تسخين ماء في قدر يرتفع الساخن من القاع ويهبط البارد من الأعلى، فيسخن الماء كله.
- في الهواء: يرتفع الهواء الساخن فوق الأسطح الحارة، وتتكون منه الرياح في أثناء النهار: نسيم البحر من البحر إلى اليابسة نهارًا، ونسيم البر ليلًا.
- تنتقل الحرارة بالحمل في السوائل والغازات فقط، لأن الجزيئات فيها حرة الحركة.
يرتفع المائع الساخن لأن كثافته أقل، ويهبط البارد لأن كثافته أكبر.
الإشعاع
الإشعاع انتقال الحرارة بالموجات الكهرومغناطيسية، ولا يحتاج إلى وسط مادي. ولذلك تصلنا حرارة الشمس عبر الفضاء الفارغ. ومثاله الدفء قرب نار المخيم، وسخونة السيارة المركونة في الشمس.
والأسطح الداكنة الخشنة تمتص الإشعاع بصورة أكبر، أما الأسطح الفاتحة اللامعة فتعكسه، ولذلك تطلى بيوت كثيرة في المملكة بالألوان الفاتحة، وتلبس ثياب بيضاء صيفًا.
العزل الحراري في حياتنا
يقلل العزل انتقال الحرارة بين الداخل والخارج، فيوفر الطاقة اللازمة للتكييف:
- الطوب الحراري: فيه فراغات هوائية تعزل حرارة الخارج.
- الزجاج المزدوج: بين طبقتيه طبقة هواء أو غاز عازل تقلل التوصيل.
- طلاء الأسطح بالدهان العاكس والجدران بالألوان الفاتحة: يعكس الإشعاع.
- الدلة والترمس: الترمس زجاجة مزدوجة الجدار بينها فراغ يمنع التوصيل والحمل، وسطحها الفضي اللامع يعكس الإشعاع، فيبقى الشاي ساخنًا.
الهواء محبوسًا في طبقات الصوف أو الستايروفوم عازل جيد لأنه غاز رديء التوصيل.
نشاط تعليمي
النشاط الأول
ضع ملعقة معدنية وأخرى خشبية في كوبين من الماء الدافئ بإشراف المعلم، وبعد دقيقتين المس طرفيهما الخارجيين.
يسخن طرف المعدن أكثر من الخشب.
أن يلاحظ الطالب الفرق بين الموصل والعازل.
التطبيق الثاني
حدد طريقة انتقال الحرارة في كل مما يأتي: ملعقة تسخن في الشاي، دفء الشمس، ارتفاع الهواء فوق موقد.
توصيل ثم إشعاع ثم حمل.
أن يطبق الطالب أنواع الانتقال.
الموقف الثالث
لماذا يوضع مكيف الغرفة في أعلى الجدار ومدفأة الغرفة قرب الأرض؟
الهواء البارد يهبط من المكيف، والهواء الساخن يرتفع من المدفأة فتتكون تيارات حمل تعم الغرفة.
أن يفسر الطالب تيارات الحمل.
ملاحظات مهمة
- 1تنتقل الحرارة من الساخن إلى البارد.
- 2التوصيل بالتلامس، والحمل في الموائع، والإشعاع بالموجات.
- 3الفلزات موصلات جيدة، والخشب والهواء عازلان.
- 4العزل الحراري يوفر الطاقة.
أخطاء شائعة
- ✗ خطأالظن أن البرودة تنتقل إلى الجسم.✓ الصواب: الحرارة هي التي تنتقل من الجسم الدافئ إلى البارد.
- ✗ خطأالاعتقاد أن الإشعاع يحتاج إلى مادة.✓ الصواب: ينتقل في الفراغ كإشعاع الشمس.
ملخص الدرس
- انتقال الحرارة: توصيل وحمل وإشعاع.
- الموصلات تنقل الحرارة بسرعة والعوازل ببطء.
- الحمل تيارات في الموائع بسبب اختلاف الكثافة.
- العزل يقلل الاحتياج للتكييف.
هل أتقنت الدرس؟اختبر نفسك من خلال اختبار قصير من عدة أسئلة.
