الحرارة النوعية - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الإشعاع الحراري والحرارة النوعية

المفاهيم الأساسية

الإشعاع الحراري: طريقة انتقال الطاقة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية، لا تعتمد على وجود وسط مادي (مثال: تسخين الشمس للأرض عبر الفضاء).

الحرارة النوعية (C): كمية الطاقة (بالجول) التي يجب أن تكتسبها كتلة مقدارها 1 كجم من المادة لترتفع درجة حرارتها درجة سيلسيوس واحدة (1 °C أو 1 K).

خريطة المفاهيم

```markmap

6-2 الاتزان والقياس الحراري

الاتزان الحراري

تعريف

#### حالة تساوي معدل تدفق الطاقة بين جسمين

#### حالة تساوي درجة الحرارة بين الجسمين

توضيح (الشكل 3-6)

#### قبل الاتزان

##### الجسم الساخن: جزيئات أسرع (KE أكبر)

##### الجسم البارد: جزيئات أبطأ (KE أقل)

#### بعد الاتزان

##### جزيئات الجسمين لها متوسط سرعات متساوية

##### KE_A = KE_B

قياس درجة الحرارة

مبدأ العمل

#### يعتمد على تغير خاصية فيزيائية (مثل الحجم) بتغير درجة الحرارة

أنواع مقاييس الحرارة

#### مقاييس منزلية (سائلية)

##### تحتوي على كحول ملون

##### يسخن ويرتفع في أنبوب ضيق

##### كلما زادت الحرارة، تمدد وزاد ارتفاعه

#### مقاييس سائل - بلوري

##### يتغير لون البلورة بتغير درجة الحرارة

##### تشير إلى درجة الحرارة عبر اللون

#### مقاييس طبية وإلكترونية

##### تستخدم دوائر إلكترونية حساسة للحرارة

##### تقيس درجات الحرارة بسرعة

توضيح (الشكل 4-6)

#### مقياس حرارة بلوري

##### يظهر تغير اللون مع تغير درجة الحرارة

##### من 32-35°م (أحمر/برتقالي غامق) إلى 13-16°م (أزرق/أخضر فاتح)

مقاييس درجة الحرارة

مقياس سلسيوس (°س)

#### ابتكره أندرييه سلسيوس (1741)

#### يعتمد على خصائص الماء

##### نقطة تجمد الماء النقي: 0°س

##### نقطة غليان الماء النقي عند مستوى سطح البحر: 100°س

مقياس كلفن (K)

#### الصفر المطلق

##### -273.15 °C

##### لا يمكن الوصول إلى درجة أقل منها

##### حجم الغاز يصبح مساويًا لحجم الذرات

##### تفقد الذرات طاقتها الحرارية كاملة

#### العلاقة مع السلسيوس

##### الدرجة الواحدة في كلفن تساوي 1 °C

##### العلاقة الرياضية: T_K = 273 + T_C

##### نقطة تجمد الماء: 273 K تقريبًا

##### نقطة غليان الماء: 373 K تقريبًا

#### الميزة العلمية

##### يبدأ من الصفر المطلق (لا توجد درجات سالبة)

##### مناسب للمسائل العلمية والهندسية

مدى درجات الحرارة في الكون (الشكل 5-6)

مدى واسع جدًا

أمثلة على المقياس اللوغاريتمي (كلفن)

#### 10^-8 K: أقل درجة حرارة في المختبر

#### 10^-2 K: يتحول الهيليوم إلى سائل

#### 100 K: توجد الحياة

#### 10^4 K: اللهب

#### 10^7 K: مركز الشمس

#### 10^10 K: انفجارات السوبرنوفا

الوصول إلى درجات حرارة منخفضة

جعل الغازات سائلة (مثال: الهيليوم عند 4.2 K)

استخدام خصائص المواد الصلبة ونظائر الهيليوم والذرات والليزر

الحرارة وتدفق الطاقة الحرارية

الحرارة (Q)

#### تعريف

##### الطاقة التي تنتقل بين جسمين عند تلامسهما

#### اتجاه التدفق

##### من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد فقط

#### رمز ووحدة القياس

##### الرمز: Q

##### الوحدة: الجول (J)

#### إشارة Q

##### Q موجبة: الجسم يمتص الحرارة

##### Q سالبة: الجسم يبعث الحرارة

طرق انتقال الحرارة

#### التوصيل الحراري

##### انتقال الحرارة عبر التلامس المباشر بين الجزيئات

##### مثال: تسخين قضيب معدني

#### الحمل الحراري

##### انتقال الحرارة بسبب حركة المائع (سائل/غاز) الناتجة عن اختلاف درجة الحرارة

##### مثال: غليان الماء، الاضطرابات الجوية

#### الإشعاع الحراري

##### انتقال الطاقة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية

##### لا يعتمد على وجود وسط مادي

##### مثال: تسخين الشمس للأرض عبر الفضاء

تطبيق الفيزياء: التدفئة بالبخار

#### مبدأ العمل

##### يتحول الماء إلى بخار في المرجل

##### ينتقل البخار عبر أنابيب معزولة إلى المشعاع

##### يتكثف البخار داخل المشعاع محررًا الحرارة

##### يعود الماء إلى المرجل لإعادة التبخير

#### العيوب

##### تكلفة مرتفعة للمراحل والأنابيب

##### الحاجة لأنابيب تتحمل البخار المضغوط

الحرارة النوعية

تعريف

#### كمية الطاقة (J) اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة بمقدار 1 °C أو 1 K

#### الرمز: C

تفسير ظاهرة يومية

#### تعرض الرمل وماء البحر لنفس الطاقة الشمسية

#### الرمس يسخن أكثر من الماء لأن حرارته النوعية أقل

قيم الحرارة النوعية (الجدول 6-1)

#### الألومنيوم: 897 J/(kg.K)

#### الماء: 4180 J/(kg.K)

#### الحديد: 2450 J/(kg.K)

#### النحاس: 385 J/(kg.K)

```

نقاط مهمة

• تختلف المواد في قدرتها على اكتساب الحرارة بسبب اختلاف حرارتها النوعية.
• الحرارة النوعية للماء (4180 J/(kg.K)) عالية جداً مقارنة بالرمل، لذلك يسخن الرمل أسرع في يوم مشمس.
• مقدار الزيادة في درجة حرارة جسم عند اكتسابه حرارة يعتمد على كتلته ونوع مادته (حرارته النوعية).

الإشعاع الحراري. وهو لا يشبه طريقتين السابقتين؛ إذ إنه يعتمد على وجود مادة، تعمل الشمس على تسخين الأرض من بعد 150 مليون كيلومتر عن طريق الإشعاع الحراري، والذي يمثل انتقال الطاقة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. حيث تعمل الموجات على نقل الطاقة من الشمس الحارة خلال الفضاء الفضائي إلى الأرض الأكثر برودة.

Specific Heat

تختلف الأجسام في اكتسابها للحرارة، فبعضها يكتسب الحرارة أسهل من غيرها. ففي يوم صيفي مشمس تعمل الشمس على تسخين ماء البحر والرمل عند الشاطئ. وعلى الرغم من تعرضها للطاقة الحرارية من المصدر نفسه (الشمس) وخلال الفترة الزمنية نفسها، إلا أن الرمل يصبح أكثر سخونة من ماء البحر. وعندما تنتقل الحرارة إلى داخل جسم ما، فإن كلاً من طاقته الحرارية ودرجة حرارته تزداد. ويعتمد مقدار الزيادة على درجة الحرارة على كتلة الجسم، ونوع مادته.

الحرارة النوعية للمواد الشائعة

إن الحرارة النوعية للمادة هي كمية الطاقة التي يجب أن تكتسبها المادة لترتفع درجة حرارة كتلة من هذه المادة درجة سيلسيوس واحدة. ويرمز للحرارة النوعية بالرمز C. وبين الجدول 6-1 قيم الحرارة النوعية لبعض المواد المعروفة، فعلى سبيل المثال، يجب نقل طاقة مقدارها 897 J إلى كتلة مقدارها 1K من الألومنيوم لرفع درجة حرارتها 1؛ لذا تكون الحرارة النوعية للألمنيوم 897 J/K.K.

الرابط مع الأرصاد الجوية

الإشعاع الحراري. وهو لا يشبه طريقتين السابقتين؛ إذ إنه يعتمد على وجود مادة، تعمل الشمس على تسخين الأرض من بعد 150 مليون كيلومتر عن طريق الإشعاع الحراري، والذي يمثل انتقال الطاقة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. حيث تعمل الموجات على نقل الطاقة من الشمس الحارة خلال الفضاء الفضائي إلى الأرض الأكثر برودة. --- SECTION: الحرارة النوعية --- Specific Heat تختلف الأجسام في اكتسابها للحرارة، فبعضها يكتسب الحرارة أسهل من غيرها. ففي يوم صيفي مشمس تعمل الشمس على تسخين ماء البحر والرمل عند الشاطئ. وعلى الرغم من تعرضها للطاقة الحرارية من المصدر نفسه (الشمس) وخلال الفترة الزمنية نفسها، إلا أن الرمل يصبح أكثر سخونة من ماء البحر. وعندما تنتقل الحرارة إلى داخل جسم ما، فإن كلاً من طاقته الحرارية ودرجة حرارته تزداد. ويعتمد مقدار الزيادة على درجة الحرارة على كتلة الجسم، ونوع مادته. --- SECTION: الجدول 6-1 --- الحرارة النوعية للمواد الشائعة إن الحرارة النوعية للمادة هي كمية الطاقة التي يجب أن تكتسبها المادة لترتفع درجة حرارة كتلة من هذه المادة درجة سيلسيوس واحدة. ويرمز للحرارة النوعية بالرمز C. وبين الجدول 6-1 قيم الحرارة النوعية لبعض المواد المعروفة، فعلى سبيل المثال، يجب نقل طاقة مقدارها 897 J إلى كتلة مقدارها 1K من الألومنيوم لرفع درجة حرارتها 1؛ لذا تكون الحرارة النوعية للألمنيوم 897 J/K.K. الرابط مع الأرصاد الجوية --- VISUAL CONTEXT --- **TABLE**: Untitled Description: No description Table Structure: Headers: المادة | الحرارة النوعية (J / (kg . K)) | المادة | الحرارة النوعية (J / (kg . K)) | المادة | الحرارة النوعية (J / (kg . K)) Rows: Row 1: الألومنيوم | 897 | الرصاص | 130 | الماس | Row 2: النحاس الأصفر | 376 | الحديد | 2450 | الزجاج | 840 Row 3: الكربون | 710 | بخار الماء | 235 | الماء | 4180 Row 4: النحاس | 385 | الماء | 2020 | الخارصين | 388 Row 5: الحديد | | الخارصين | | | Empty cells: cell at row 4, column 1 (Material), cell at row 5, column 1 (Material), cell at row 2, column 5 (Material), cell at row 3, column 5 (Material), cell at row 4, column 5 (Material), cell at row 5, column 5 (Material), cell at row 1, column 6 (Specific Heat), cell at row 2, column 6 (Specific Heat), cell at row 3, column 6 (Specific Heat), cell at row 4, column 6 (Specific Heat), cell at row 5, column 6 (Specific Heat) Calculation needed: Comparison of specific heat capacities for various common materials. Context: Provides specific heat values for common substances, used to understand how different materials absorb heat.