صفحة 182 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 19: 19. ما مقدار كمية الحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها $1.00 \times 10^2 \text{ g}$ ودرجة حرارتها $-20.0^\circ\text{C}$ إلى ماء درجة حرارته $0.0^\circ\text{C}$؟

الإجابة: س19: $Q = mc_{ice}\Delta T + mL_f = 100(2.09)(20) + 100(334) = 3.76 \times 10^4 \text{ J}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة الجليد: $m = 1.00 \times 10^2 \text{ g} = 100 \text{ g}$ - درجة حرارة الجليد الأولية: $T_i = -20.0^\circ\text{C}$ - درجة حرارة الماء النهائية: $T_f = 0.0^\circ\text{C}$ - الحرارة النوعية للجليد: $c_{ice} = 2.09 \text{ J/g·°C}$ - حرارة الانصهار للماء: $L_f = 334 \text{ J/g}$
2. **الخطوة 2 (الفكرة):** هذه العملية تتكون من مرحلتين: 1. تسخين الجليد من $-20.0^\circ\text{C}$ إلى $0.0^\circ\text{C}$ (تغير في درجة الحرارة). 2. تحويل الجليد عند $0.0^\circ\text{C}$ إلى ماء عند $0.0^\circ\text{C}$ (تغير في الطور). لذلك، كمية الحرارة الكلية هي مجموع حرارة التسخين وحرارة الانصهار.
3. **الخطوة 3 (القوانين):** نستخدم قانونين: 1. لحساب حرارة التسخين: $Q_1 = m \times c_{ice} \times \Delta T$ حيث $\Delta T = T_f - T_i = 0.0 - (-20.0) = 20.0^\circ\text{C}$ 2. لحساب حرارة الانصهار: $Q_2 = m \times L_f$
4. **الخطوة 4 (الحل):** بالتعويض: حساب $Q_1$: $$Q_1 = 100 \times 2.09 \times 20.0 = 4180 \text{ J}$$ حساب $Q_2$: $$Q_2 = 100 \times 334 = 33400 \text{ J}$$ الحرارة الكلية: $$Q = Q_1 + Q_2 = 4180 + 33400 = 37580 \text{ J}$$ نكتب النتيجة بالصيغة العلمية: $$Q = 3.758 \times 10^4 \text{ J} \approx 3.76 \times 10^4 \text{ J}$$
5. **الخطوة 5 (النتيجة):** إذن، كمية الحرارة اللازمة = **$3.76 \times 10^4 \text{ J}$**

سؤال 20: 20. إذا سخنت عينة ماء كتلتها $2.00 \times 10^2 \text{ g}$ ودرجة حرارتها $60.0^\circ\text{C}$ فأصبحت بخارًا درجة حرارته $140.0^\circ\text{C}$ ، فما مقدار كمية الحرارة الممتصة؟

الإجابة: س20: $Q = mc_w(40) + mL_v + mc_{steam}(40) = 200(4.18)(40) +$ $200(2260) + 200(2.01)(40) = 5.02 \times 10^5 \text{ J}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة الماء: $m = 2.00 \times 10^2 \text{ g} = 200 \text{ g}$ - درجة حرارة الماء الأولية: $T_i = 60.0^\circ\text{C}$ - درجة حرارة البخار النهائية: $T_f = 140.0^\circ\text{C}$ - الحرارة النوعية للماء: $c_w = 4.18 \text{ J/g·°C}$ - حرارة التبخير للماء: $L_v = 2260 \text{ J/g}$ - الحرارة النوعية للبخار: $c_{steam} = 2.01 \text{ J/g·°C}$
2. **الخطوة 2 (الفكرة):** هذه العملية تتكون من ثلاث مراحل: 1. تسخين الماء من $60.0^\circ\text{C}$ إلى $100.0^\circ\text{C}$ (نقطة الغليان). 2. تحويل الماء عند $100.0^\circ\text{C}$ إلى بخار عند $100.0^\circ\text{C}$ (تغير في الطور). 3. تسخين البخار من $100.0^\circ\text{C}$ إلى $140.0^\circ\text{C}$. لذلك، كمية الحرارة الكلية هي مجموع حرارة التسخين للماء، وحرارة التبخير، وحرارة التسخين للبخار.
3. **الخطوة 3 (القوانين):** نستخدم ثلاثة قوانين: 1. لتسخين الماء: $Q_1 = m \times c_w \times \Delta T_1$ حيث $\Delta T_1 = 100.0 - 60.0 = 40.0^\circ\text{C}$ 2. للتبخير: $Q_2 = m \times L_v$ 3. لتسخين البخار: $Q_3 = m \times c_{steam} \times \Delta T_2$ حيث $\Delta T_2 = 140.0 - 100.0 = 40.0^\circ\text{C}$
4. **الخطوة 4 (الحل):** بالتعويض: حساب $Q_1$: $$Q_1 = 200 \times 4.18 \times 40.0 = 33440 \text{ J}$$ حساب $Q_2$: $$Q_2 = 200 \times 2260 = 452000 \text{ J}$$ حساب $Q_3$: $$Q_3 = 200 \times 2.01 \times 40.0 = 16080 \text{ J}$$ الحرارة الكلية: $$Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 33440 + 452000 + 16080 = 501520 \text{ J}$$ نكتب النتيجة بالصيغة العلمية: $$Q = 5.0152 \times 10^5 \text{ J} \approx 5.02 \times 10^5 \text{ J}$$
5. **الخطوة 5 (النتيجة):** إذن، كمية الحرارة الممتصة = **$5.02 \times 10^5 \text{ J}$**

سؤال 21: 21. احسب كمية الحرارة اللازمة لتحويل $3.00 \times 10^2 \text{ g}$ من جليد درجة حرارته $-30.0^\circ\text{C}$ إلى بخار ماء درجة حرارته $130.0^\circ\text{C}$؟

الإجابة: س21: $Q = mc_{ice}(30) + mL_f + mc_w(100) + mL_v + mc_{steam}(30)$ $= 300(2.09)(30) + 300(334) + 300(4.18)(100) + 300(2260) + 300(2.01)(30) = 9.41 \times 10^5 \text{ J}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - الكتلة: $m = 3.00 \times 10^2 \text{ g} = 300 \text{ g}$ - درجة حرارة الجليد الأولية: $T_i = -30.0^\circ\text{C}$ - درجة حرارة البخار النهائية: $T_f = 130.0^\circ\text{C}$ - الحرارة النوعية للجليد: $c_{ice} = 2.09 \text{ J/g·°C}$ - حرارة الانصهار: $L_f = 334 \text{ J/g}$ - الحرارة النوعية للماء: $c_w = 4.18 \text{ J/g·°C}$ - حرارة التبخير: $L_v = 2260 \text{ J/g}$ - الحرارة النوعية للبخار: $c_{steam} = 2.01 \text{ J/g·°C}$
2. **الخطوة 2 (الفكرة):** هذه العملية تتكون من خمس مراحل: 1. تسخين الجليد من $-30.0^\circ\text{C}$ إلى $0.0^\circ\text{C}$. 2. انصهار الجليد عند $0.0^\circ\text{C}$ إلى ماء عند $0.0^\circ\text{C}$. 3. تسخين الماء من $0.0^\circ\text{C}$ إلى $100.0^\circ\text{C}$. 4. تبخير الماء عند $100.0^\circ\text{C}$ إلى بخار عند $100.0^\circ\text{C}$. 5. تسخين البخار من $100.0^\circ\text{C}$ إلى $130.0^\circ\text{C}$. لذلك، كمية الحرارة الكلية هي مجموع حرارة التسخين للجليد، وحرارة الانصهار، وحرارة التسخين للماء، وحرارة التبخير، وحرارة التسخين للبخار.
3. **الخطوة 3 (القوانين):** نستخدم خمسة قوانين: 1. لتسخين الجليد: $Q_1 = m \times c_{ice} \times \Delta T_1$ حيث $\Delta T_1 = 0.0 - (-30.0) = 30.0^\circ\text{C}$ 2. للانصهار: $Q_2 = m \times L_f$ 3. لتسخين الماء: $Q_3 = m \times c_w \times \Delta T_2$ حيث $\Delta T_2 = 100.0 - 0.0 = 100.0^\circ\text{C}$ 4. للتبخير: $Q_4 = m \times L_v$ 5. لتسخين البخار: $Q_5 = m \times c_{steam} \times \Delta T_3$ حيث $\Delta T_3 = 130.0 - 100.0 = 30.0^\circ\text{C}$
4. **الخطوة 4 (الحل):** بالتعويض: حساب $Q_1$: $$Q_1 = 300 \times 2.09 \times 30.0 = 18810 \text{ J}$$ حساب $Q_2$: $$Q_2 = 300 \times 334 = 100200 \text{ J}$$ حساب $Q_3$: $$Q_3 = 300 \times 4.18 \times 100.0 = 125400 \text{ J}$$ حساب $Q_4$: $$Q_4 = 300 \times 2260 = 678000 \text{ J}$$ حساب $Q_5$: $$Q_5 = 300 \times 2.01 \times 30.0 = 18090 \text{ J}$$ الحرارة الكلية: $$Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5 = 18810 + 100200 + 125400 + 678000 + 18090 = 940500 \text{ J}$$ نكتب النتيجة بالصيغة العلمية: $$Q = 9.405 \times 10^5 \text{ J} \approx 9.41 \times 10^5 \text{ J}$$
5. **الخطوة 5 (النتيجة):** إذن، كمية الحرارة اللازمة = **$9.41 \times 10^5 \text{ J}$**

ما هو نص القانون الأول في الديناميكا الحرارية؟

• أ) كمية الحرارة المضافة إلى الجسم تساوي الشغل المبذول عليه.
• ب) التغير في الطاقة الحرارية لجسم ما يساوي كمية الحرارة المضافة إلى الجسم مطروحًا منها الشغل الذي يبذله الجسم.
• ج) الشغل المبذول بواسطة الجسم يساوي التغير في طاقته الحرارية.
• د) الطاقة الحرارية لا يمكن تغييرها في نظام مغلق.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: التغير في الطاقة الحرارية لجسم ما يساوي كمية الحرارة المضافة إلى الجسم مطروحًا منها الشغل الذي يبذله الجسم.

الشرح: ينص القانون الأول في الديناميكا الحرارية على أن التغير في الطاقة الحرارية (ΔU) لجسم ما هو نتيجة لكمية الحرارة (Q) المضافة إليه مخصوماً منها الشغل (W) الذي يبذله الجسم. هذا القانون هو صياغة لمبدأ حفظ الطاقة.

تلميح: تذكر علاقة الطاقة الحرارية بالحرارة والشغل.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

ما هي الصيغة الرياضية للقانون الأول في الديناميكا الحرارية؟

• أ) ΔU = Q + W
• ب) ΔU = W - Q
• ج) ΔU = Q / W
• د) ΔU = Q - W

الإجابة الصحيحة: d

الإجابة: ΔU = Q - W

الشرح: الصيغة الرياضية للقانون الأول في الديناميكا الحرارية هي ΔU = Q - W. حيث ΔU يمثل التغير في الطاقة الحرارية الداخلية للجسم، Q هي كمية الحرارة التي تضاف إلى الجسم، و W هو الشغل الذي يبذله الجسم على محيطه.

تلميح: تذكر رموز التغير في الطاقة الحرارية، الحرارة المضافة، والشغل المبذول.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما نص القانون الأول في الديناميكا الحرارية؟

• أ) كمية الحرارة المضافة إلى الجسم تساوي التغير في طاقته الحرارية مضافًا إليه الشغل الذي يبذله.
• ب) التغير في الطاقة الحرارية لجسم ما يساوي مقدار كمية الحرارة المضافة إلى الجسم مطروحًا منه الشغل الذي يبذله الجسم.
• ج) الشغل المبذول على جسم ما يساوي التغير في طاقته الحرارية مضافًا إليه الحرارة المفقودة.
• د) كمية الحرارة المفقودة من الجسم تساوي الشغل المبذول عليه مطروحًا منه التغير في طاقته الحرارية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: التغير في الطاقة الحرارية لجسم ما يساوي مقدار كمية الحرارة المضافة إلى الجسم مطروحًا منه الشغل الذي يبذله الجسم.

الشرح: 1. ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، بل تتحول من شكل إلى آخر. 2. الصيغة الرياضية للقانون هي: ΔU = Q - W. 3. حيث ΔU هو التغير في الطاقة الحرارية الداخلية، Q هي الحرارة المضافة للنظام، وW هو الشغل الذي يبذله النظام. 4. هذا القانون هو صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة.

تلميح: يتعلق القانون بالعلاقة بين التغير في الطاقة الحرارية والحرارة والشغل.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما الصيغة الرياضية للقانون الأول في الديناميكا الحرارية؟

• أ) Q = ΔU + W
• ب) W = Q - ΔU
• ج) ΔU = Q - W
• د) ΔU = W - Q

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ΔU = Q - W

الشرح: 1. يمثل القانون الأول للديناميكا الحرارية العلاقة الأساسية بين الحرارة والشغل والطاقة الداخلية. 2. الرمز ΔU يمثل التغير في الطاقة الحرارية الداخلية للنظام. 3. الرمز Q يمثل صافي الحرارة المضافة إلى النظام (موجبة إذا أضيفت، سالبة إذا فقدت). 4. الرمز W يمثل الشغل الذي يبذله النظام على الوسط المحيط (موجب إذا بذل النظام شغلاً). 5. الصيغة ΔU = Q - W تعبر عن أن زيادة الطاقة الداخلية تأتي من الحرارة المضافة ناقصاً الشغل المبذول.

تلميح: الصيغة تربط ثلاثة رموز: التغير في الطاقة، الحرارة، والشغل.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

وفقًا للقانون الأول في الديناميكا الحرارية، ماذا يحدث للطاقة الحرارية الداخلية (ΔU) إذا أضيفت حرارة (Q موجبة) ولم يبذل النظام شغلاً (W=0)؟

• أ) تقل الطاقة الحرارية الداخلية للنظام.
• ب) تزداد الطاقة الحرارية الداخلية للنظام بمقدار الحرارة المضافة.
• ج) تبقى الطاقة الحرارية الداخلية للنظام كما هي دون تغيير.
• د) تعتمد النتيجة على نوع المادة وليس على القانون.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تزداد الطاقة الحرارية الداخلية للنظام بمقدار الحرارة المضافة.

الشرح: 1. الصيغة الأساسية هي ΔU = Q - W. 2. إذا كانت Q موجبة (أضيفت حرارة) و W = 0 (لا شغل مبذول)، تصبح المعادلة: ΔU = Q - 0. 3. لذلك، ΔU = Q. 4. بما أن Q موجبة، فإن ΔU ستكون موجبة أيضًا. 5. الاستنتاج: الطاقة الحرارية الداخلية للنظام تزداد بمقدار الحرارة المضافة.

تلميح: تذكر الصيغة ΔU = Q - W. عوّض بقيمة W.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

كيف يرتبط القانون الأول في الديناميكا الحرارية بقانون حفظ الطاقة؟

• أ) يصف القانون الأول كيفية تحول الطاقة الحرارية إلى كتلة.
• ب) ينص القانون الأول على أن الطاقة يمكن أن تُفنى في بعض الظروف.
• ج) يُعد القانون الأول صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة، الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث وإنما تتغير من شكل إلى آخر.
• د) القانون الأول يحدد أن الطاقة الحرارية هي الشكل الوحيد للطاقة القابل للحفظ.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يُعد القانون الأول صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة، الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث وإنما تتغير من شكل إلى آخر.

الشرح: القانون الأول في الديناميكا الحرارية هو تعبير عن مبدأ حفظ الطاقة. ينص هذا المبدأ على أن الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث من العدم، بل تتحول من شكل إلى آخر (على سبيل المثال، من حرارة إلى شغل أو العكس) ضمن النظام.

تلميح: فكر في المبدأ الأساسي وراء استمرارية الطاقة وتحولاتها.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما مقدار كمية الحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها $1.00 \times 10^2 \text{ g}$ ودرجة حرارتها $-20.0^\circ\text{C}$ إلى ماء درجة حرارته $0.0^\circ\text{C}$، مع العلم أن الحرارة النوعية للجليد $c_{\text{ice}} = 2.09 \text{ J/g·°C}$ وحرارة الانصهار للماء $L_f = 334 \text{ J/g}$؟

• أ) $4.18 \times 10^3 \text{ J}$
• ب) $3.34 \times 10^4 \text{ J}$
• ج) $3.76 \times 10^4 \text{ J}$
• د) $7.00 \times 10^4 \text{ J}$

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: $3.76 \times 10^4 \text{ J}$

الشرح: 1. تسخين الجليد من $-20.0^\circ\text{C}$ إلى $0.0^\circ\text{C}$: $Q_1 = m c_{\text{ice}} \Delta T = 100 \times 2.09 \times (0 - (-20)) = 100 \times 2.09 \times 20 = 4180 \text{ J}$. 2. انصهار الجليد عند $0.0^\circ\text{C}$: $Q_2 = m L_f = 100 \times 334 = 33400 \text{ J}$. 3. الحرارة الكلية: $Q = Q_1 + Q_2 = 4180 + 33400 = 37580 \text{ J}$. 4. بالصيغة العلمية، تقريبًا: $3.76 \times 10^4 \text{ J}$.

تلميح: تتضمن العملية مرحلتين: تسخين الجليد ثم انصهاره. احسب كمية الحرارة لكل مرحلة ثم اجمع.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

احسب كمية الحرارة اللازمة لتحويل $3.00 \times 10^2 \text{ g}$ من جليد درجة حرارته $-30.0^\circ\text{C}$ إلى بخار ماء درجة حرارته $130.0^\circ\text{C}$، باستخدام القيم القياسية التالية: $c_{\text{ice}} = 2.09 \text{ J/g·°C}$, $L_f = 334 \text{ J/g}$, $c_w = 4.18 \text{ J/g·°C}$, $L_v = 2260 \text{ J/g}$, $c_{\text{steam}} = 2.01 \text{ J/g·°C}$.

• أ) $7.85 \times 10^5 \text{ J}$
• ب) $9.41 \times 10^5 \text{ J}$
• ج) $8.23 \times 10^5 \text{ J}$
• د) $6.78 \times 10^5 \text{ J}$

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: $9.41 \times 10^5 \text{ J}$

الشرح: 1. تسخين الجليد ($-30^\circ\text{C}$ إلى $0^\circ\text{C}$): $Q_1 = 300 \times 2.09 \times 30 = 18810 \text{ J}$. 2. انصهار الجليد ($0^\circ\text{C}$): $Q_2 = 300 \times 334 = 100200 \text{ J}$. 3. تسخين الماء ($0^\circ\text{C}$ إلى $100^\circ\text{C}$): $Q_3 = 300 \times 4.18 \times 100 = 125400 \text{ J}$. 4. تبخير الماء ($100^\circ\text{C}$): $Q_4 = 300 \times 2260 = 678000 \text{ J}$. 5. تسخين البخار ($100^\circ\text{C}$ إلى $130^\circ\text{C}$): $Q_5 = 300 \times 2.01 \times 30 = 18090 \text{ J}$. 6. الحرارة الكلية: $Q_{\text{total}} = 18810 + 100200 + 125400 + 678000 + 18090 = 940500 \text{ J}$. 7. بالصيغة العلمية، تقريبًا: $9.41 \times 10^5 \text{ J}$.

تلميح: تتكون العملية من 5 مراحل: تسخين الجليد، انصهار الجليد، تسخين الماء، تبخير الماء، وتسخين البخار. احسب Q لكل مرحلة ثم اجمعها.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: صعب

أي مما يلي يمثل مثالاً على تحول الطاقة إلى طاقة حرارية، كما ورد في شرح القانون الأول؟

• أ) تحول الطاقة الحرارية للشمس إلى ضوء يصل للأرض.
• ب) تحول الطاقة الكهربائية في المحمصة إلى حرارة لتحميص الخبز.
• ج) تحول الطاقة الميكانيكية في مكبس مضخة الدراجة إلى طاقة حرارية للهواء والمضخة.
• د) تحول الطاقة الصوتية من الراديو إلى طاقة كهربائية.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تحول الطاقة الميكانيكية في مكبس مضخة الدراجة إلى طاقة حرارية للهواء والمضخة.

الشرح: 1. ينص القانون الأول على أن الطاقة تتحول من شكل إلى آخر ولا تفنى. 2. يذكر النص مثال المضخة اليدوية للدراجة الهوائية. 3. عند ضغط المضخة، يبذل الشخص شغلاً (طاقة ميكانيكية) على المكبس. 4. هذا الشغل يتحول إلى طاقة حرارية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الهواء والمضخة. 5. هذا مثال تطبيقي على تحول الشغل (W) إلى حرارة تؤثر على الطاقة الداخلية (ΔU).

تلميح: ابحث عن مثال عملي ذُكر في النص يتضمن بذل شغل ينتج عنه حرارة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

وفقاً للقانون الأول في الديناميكا الحرارية، ما الصيغة الرياضية التي تربط بين التغير في الطاقة الحرارية (ΔU)، والحرارة (Q)، والشغل (W)؟

• أ) ΔU = Q + W
• ب) ΔU = Q - W
• ج) ΔU = W - Q
• د) ΔU = Q / W

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: ΔU = Q - W

الشرح: ١. ينص القانون الأول في الديناميكا الحرارية على أن التغير في الطاقة الحرارية للجسم (ΔU) يساوي كمية الحرارة المضافة (Q) مطروحاً منها الشغل (W) الذي يبذله الجسم. ٢. يعبر هذا القانون عن مبدأ حفظ الطاقة في الأنظمة الحرارية. ٣. الصيغة الصحيحة هي: ΔU = Q - W.

تلميح: تذكر أن هذا القانون هو صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة، حيث يُطرح الشغل الذي يبذله الجسم من الحرارة المضافة إليه.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط