الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 حساب الحرارة النوعية للفلز (تجربة المسعر)

المفاهيم الأساسية

المسعر: جهاز معزول حرارياً يستخدم لقياس التغير في المحتوى الحراري (الطاقة الممتصة أو المنطلقة) في التفاعلات.

مبدأ حفظ الطاقة (في نظام معزول): الحرارة التي يكتسبها الماء تساوي الحرارة التي يفقدها الفلز.

خريطة المفاهيم

```markmap

الطاقة (طبيعة الطاقة)

قياس الحرارة

الوحدات

#### السعر (cal)

##### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1g ماء نقي 1°C

#### السعر الغذائي (Cal)

##### يساوي 1000 سعر (1 كيلوكالوري)

#### الجول (J)

##### وحدة الطاقة في النظام الدولي

##### 1 cal = 4.184 J

تحويل الوحدات

#### 1 Cal = 1000 cal

#### 1 cal = 4.184 J

الحرارة النوعية (Specific Heat)

تعريف

#### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من مادة درجة سيليزية واحدة (C°1)

أمثلة

#### الماء

##### C° /g. J 4.184

#### الأسمنت

##### C° /g. J 0.84

#### الحديد (من المثال)

##### C° /g. J 0.449

تفسير

#### لكل مادة حرارة نوعية مميزة لها بسبب تركيبها المختلف

#### الأسمنت تسخن أسرع من الماء لأن حرارتها النوعية أقل

حساب الحرارة (q)

المعادلة

#### q = c × m × ΔT

##### q: الطاقة الحرارية الممتصة أو المنطلقة (J أو kJ)

##### c: الحرارة النوعية للمادة (J/g.°C)

##### m: كتلة المادة (g)

##### ΔT: التغير في درجة الحرارة (°C) = T_f - T_i

إعادة ترتيب المعادلة لحساب الحرارة النوعية (c)

#### c = \frac{q}{m × ΔT}

مثال تطبيقي (الحديد)

#### المعطيات

##### كتلة العينة (m) = 10.0 g

##### درجة الحرارة الابتدائية (T_i) = 50.4 °C

##### درجة الحرارة النهائية (T_f) = 25.0 °C

##### الطاقة المنطلقة (q) = 114 J

#### الحل

##### 1. حساب ΔT: ΔT = T_i - T_f = 50.4 - 25.0 = 25.4 °C

##### 2. تطبيق المعادلة: c = \frac{114 J}{(10.0 g)(25.4 °C)}

##### 3. النتيجة: c = 0.449 J/g·°C

تقويم الإجابة

#### مقارنة النتيجة بالقيم المسجلة في الجداول المرجعية (مثل الجدول 1-2)

المسعرية (Calorimetry)

الهدف

#### قياس التغير في المحتوى الحراري (الطاقة الممتصة أو المنطلقة) في التفاعلات

مبدأ العمل

#### جهاز معزول حرارياً

#### يحتوي على كمية معلومة من الماء لامتصاص أو إمداد الطاقة

#### قياس التغير في درجة حرارة الماء لحساب كمية الحرارة

أنواع المسعرات

#### مسعر التفجير (القنبلة)

##### حجرة تفاعل محكمة الإغلاق تحتوي على المادة والأكسجين المضغوط

##### يستخدمه كيميائيو التغذية لقياس القيمة الحرارية للأطعمة

##### يبدأ التفاعل بشارة كهربائية

##### يجب أن يكون المحراك قليل الاحتكاك لتجنب توليد حرارة إضافية

#### مسعر الكأس المصنوعة من البوليسترين

##### أبسط، مفتوح على الجو (تفاعلات تحت ضغط ثابت)

##### يستخدم لتحديد الحرارة النوعية للمواد (مثل الفلزات)

##### مثال: وضع فلز ساخن في ماء المسعر وقياس التغير في درجة حرارة الماء حتى التساوي

خطوات تجربة تحديد الحرارة النوعية للفلز

#### 1. تسخين الفلز

#### 2. نقله إلى المسعر (كأس معزول) الذي يحتوي على كمية معلومة من الماء

#### 3. قياس درجة الحرارة النهائية المشتركة بعد التساوي

#### 4. تطبيق مبدأ حفظ الطاقة: q_{metal} = - q_{water}

#### 5. حساب الحرارة النوعية للفلز: c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}

#### 6. مقارنة النتيجة بالقيم المرجعية (مثل الجدول 2-2) لتحديد نوع الفلز

الطاقة الشمسية

الاستغلال

#### تسخين الماء (بسبب حرارته النوعية العالية) لتدفئة الأماكن

#### تقليل استعمال الوقود الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون

تحديات

#### سطوع الشمس لفترة محددة يوميًا

#### تراكم الغيوم يقلل من كمية الأشعة

#### الحاجة لطرق فعالة لتخزين الطاقة

الخلايا الكهروضوئية

#### تحول الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء

#### تكلفة إنتاج الكهرباء بها مرتفعة مقارنة بحرق الفحم أو البترول

#### تستخدم لتزويد رواد الفضاء بالطاقة

تطبيقات وطنية

رؤية 2030

#### زيادة مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة

مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (KACST)

#### الجهة الوطنية الرائدة في البحوث التطبيقية في مجال الطاقة

خلايا غراتزل

#### أنظمة ضوئية وكهروكيميائية لتحويل الطاقة الشمسية

#### طورها البروفيسور مايكل غراتزل (فائز بجائزة الملك فيصل للعلوم 1436هـ)

```

نقاط مهمة

• في نظام معزول (لا فقدان للحرارة)، الحرارة المكتسبة = الحرارة المفقودة.
• لحساب الحرارة النوعية لفلز مجهول:

1. احسب الحرارة التي اكتسبها الماء باستخدام q_{water} = c_{water} × m_{water} × ΔT_{water}.

2. طبق مبدأ حفظ الطاقة: q_{metal} = - q_{water}.

3. استخدم المعادلة c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}.

• قيمة الحرارة النوعية المحسوبة (مثل 0.453 J/(g·°C)) تُقارن مع القيم المرجعية لتحديد نوع المادة (مثل الحديد).

الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة.

يبين الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. لاحظ أن درجة الحرارة في المسعر ثبتت عند 29.30°م، وهي درجة الحرارة النهائية التي وصل إليها كل من الفلز والماء. فإذا افترضنا أنه لم تُفقد حرارة إلى المحيط، فإن الحرارة التي اكتسبها الماء تكون مساوية للحرارة التي فقدها الفلز. ويمكن حساب كمية الحرارة هذه بالمعادلة:

q = c × m × ΔT

ماذا قرأت؟

حدد المتغيرات الأربعة في المعادلة أعلاه.

احسب أولاً كمية الحرارة التي اكتسبها الماء. علمًا بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.184 J/(g·°C).

qwater = 4.184 J/(g·°C) × 125 g × (29.30°C – 25.60°C) qwater = 4.184 J/(g·°C) × 125 g × 3.70°C qwater = 1935.1 J

إن كمية الحرارة التي اكتسبها الماء 1935.1 J، لذلك يمكن كتابة المعادلة:

qmetal = qwater qmetal = –1935.1 J cmetal × m × ΔT = –1935.1 J

استخرج الآن قيمة الحرارة النوعية للفلز،

cmetal = –1935.1 J m × ΔT

التغير في درجة حرارة الفلز ΔT هو الفرق في درجة الحرارة النهائية والأولية للفلز (29.30°م – 115.0°م = –85.7°C). عوض بكل من m و ΔT في المعادلة.

cmetal = –1935.1 J (50.0 g)(–85.7°C) = 0.453 J/(g·°C)

بمقارنة الحرارة النوعية للفلز (0.453 J/(g·°C)) بالقيم الواردة في الجدول 2-2 يبين أن هذا الفلز هو الحديد.

20

--- SECTION: الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. --- الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. يبين الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. لاحظ أن درجة الحرارة في المسعر ثبتت عند 29.30°م، وهي درجة الحرارة النهائية التي وصل إليها كل من الفلز والماء. فإذا افترضنا أنه لم تُفقد حرارة إلى المحيط، فإن الحرارة التي اكتسبها الماء تكون مساوية للحرارة التي فقدها الفلز. ويمكن حساب كمية الحرارة هذه بالمعادلة: q = c × m × ΔT --- SECTION: ماذا قرأت؟ --- ماذا قرأت؟ حدد المتغيرات الأربعة في المعادلة أعلاه. احسب أولاً كمية الحرارة التي اكتسبها الماء. علمًا بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.184 J/(g·°C). --- SECTION: مثال --- qwater = 4.184 J/(g·°C) × 125 g × (29.30°C – 25.60°C) qwater = 4.184 J/(g·°C) × 125 g × 3.70°C qwater = 1935.1 J إن كمية الحرارة التي اكتسبها الماء 1935.1 J، لذلك يمكن كتابة المعادلة: qmetal = qwater qmetal = –1935.1 J cmetal × m × ΔT = –1935.1 J استخرج الآن قيمة الحرارة النوعية للفلز، cmetal = –1935.1 J m × ΔT التغير في درجة حرارة الفلز ΔT هو الفرق في درجة الحرارة النهائية والأولية للفلز (29.30°م – 115.0°م = –85.7°C). عوض بكل من m و ΔT في المعادلة. --- SECTION: مثال --- cmetal = –1935.1 J (50.0 g)(–85.7°C) = 0.453 J/(g·°C) بمقارنة الحرارة النوعية للفلز (0.453 J/(g·°C)) بالقيم الواردة في الجدول 2-2 يبين أن هذا الفلز هو الحديد. 20 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل 1-5 خطوات عمل التجربة. Description: Image a shows a thermometer measuring temperature around 25-26°C. Image b shows tongs holding a metal object over a flame. Image c shows a thermometer measuring temperature around 28-30°C with a metal object submerged in a liquid. Context: Illustrates the experimental setup for measuring heat transfer and specific heat capacity.