صفحة 195 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 53: 53. وضعت كتلة من التنجستن مقدارها 1.00 × 10² g، ودرجة حرارتها 100.0 °C في 2.00 × 10² g من الماء عند درجة 20.0 °C. فوصل الخليط إلى الاتزان الحراري عند درجة 21.6 °C. احسب الحرارة النوعية للتنجستن.

الإجابة: c = 71 J/(g · °C)

سؤال 54: 54. خلطت عينة كتلتها 6.0 × 10² g من الماء عند درجة 90.0 °C بعينة ماء كتلتها 4.0 × 10² g عند 22.0 °C. فإذا افترضت عدم فقدان أي حرارة للمحيط، فما درجة الحرارة النهائية للخليط؟

الإجابة: T_f = 62.8 °C

سؤال 55: 55. وضعت قطعة خارصين في وعاء ماء كما في الشكل 20-6. فإذا كانت كتلة القطعة 10.0 kg، ودرجة حرارتها 71.0 °C، وكتلة الماء 20.0 kg، ودرجة حرارته قبل إضافة القطعة 10.0 °C، فما درجة الحرارة النهائية للماء والخارصين؟

الإجابة: T_f = 12.7 °C

سؤال 56: 56. إن الطاقة الحركية لسيارة صغيرة تتحرك بسرعة 100 km/h هي 2.9 × 10⁵ J. لتكون انطباعًا جيدًا عن مفهوم الطاقة، احسب حجم الماء (باللتر) الذي ترتفع حرارته من درجة حرارة الغرفة (20.0 °C) إلى درجة الغليان (100.0 °C) إذا اكتسب طاقة مقدارها 2.9 × 10⁵ J.

الإجابة: V = 0.87 L

سؤال 57: 57. سخان الماء يستخدم سخان ماء قدرته 3.0 × 10⁵ W لتسخين قدح ماء كما في الشكل 21-6. ما مقدار الزمن اللازم لجعل الماء يغلي، إذا كان القدح مصنوعًا من الزجاج وكتلته 3.0 × 10² g ويحتوي 250 g من الماء عند 15 °C؟ افترض أن درجة حرارة القدح مساوية لدرجة حرارة الماء، وأنه لن يفقد الحرارة إلى الهواء.

الإجابة: t = 1.0 × 10² s

سؤال 58: 58. محرك السيارة يحتوي محرك سيارة حديد كتلته 2.50 × 10² kg كما يحتوي على ماء للتبريد. افترض أن درجة حرارة المحرك لحظة توقفه عن العمل 35.0 °C، ودرجة حرارة الهواء 10.0 °C. فما مقدار كتلة الماء المستخدمة لتبريد المحرك، إذا كانت كمية الحرارة الناتجة عن المحرك والماء داخله عندما يبردان ليصلا إلى درجة حرارة الهواء هي 4.40 × 10⁶ J؟

الإجابة: m_water = 15.2 kg

سؤال 59: 59. كانت إحدى طرائق التبريد قديمًا تقتضي استخدام قالب من الجليد كتلته 20.0 kg يوميًا في صندوق الجليد المنزلي. وكانت درجة حرارة الجليد 0.0 °C عند استلامه. فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها القالب في أثناء انصهاره؟

الإجابة: Q = 6.68 × 10⁴ J

سؤال 60: 60. كُثفت عينة من الكلوروفورم كتلتها 40.0 g من بخار عند درجة 61.6 °C إلى سائل عند درجة 61.6 °C، فانبعثت كمية من الحرارة مقدارها 9870 J. ما الحرارة الكامنة لتبخر الكلوروفورم؟

الإجابة: L_v = 2.47 × 10² J/g

سؤال 61: 61. تحركت سيارة كتلتها 750 kg بسرعة 23 m/s ثم توقفت بالضغط على المكابح. فإذا احتوت المكابح على 15 kg من الحديد الذي يمتص الحرارة. فما مقدار الزيادة في درجة حرارة المكابح؟

الإجابة: ΔT = 29.5 °C

سؤال 62: 62. ما مقدار كمية الحرارة المضافة إلى كتلة 10.0 g من الجليد عند درجة -20.0 °C لتحويلها إلى بخار ماء عند درجة 120.0 °C؟

الإجابة: Q = 3.09 × 10⁴ J

وضعت كتلة من التنجستن مقدارها 1.00 × 10² g، ودرجة حرارتها 100.0 °C في 2.00 × 10² g من الماء عند درجة 20.0 °C. فوصل الخليط إلى الاتزان الحراري عند درجة 21.6 °C. احسب الحرارة النوعية للتنجستن.

• أ) 0.171 J/(g·°C)
• ب) 0.071 J/(g·°C)
• ج) 1.71 J/(g·°C)
• د) 0.85 J/(g·°C)

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: 0.171 J/(g·°C)

الشرح: ١. حساب التغير في درجة الحرارة للتنجستن (ΔT_W): 100.0 °C - 21.6 °C = 78.4 °C. ٢. حساب التغير في درجة الحرارة للماء (ΔT_water): 21.6 °C - 20.0 °C = 1.6 °C. ٣. حساب الحرارة المكتسبة بواسطة الماء: Q_water = m_water * c_water * ΔT_water = (200 g) * (4.186 J/(g·°C)) * (1.6 °C) = 1339.52 J. ٤. عند الاتزان الحراري، الحرارة المفقودة من التنجستن تساوي الحرارة المكتسبة من الماء، لذا Q_W = 1339.52 J. ٥. حساب الحرارة النوعية للتنجستن: c_W = Q_W / (m_W * ΔT_W) = 1339.52 J / (100 g * 78.4 °C) = 0.170857 J/(g·°C). ٦. بالتقريب إلى ثلاث أرقام معنوية: 0.171 J/(g·°C).

تلميح: تذكر أن الحرارة المفقودة من الجسم الساخن تساوي الحرارة المكتسبة من الجسم البارد، Q = mcΔT. استخدم الحرارة النوعية للماء 4.186 J/(g·°C).

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

كانت إحدى طرائق التبريد قديمًا تقتضي استخدام قالب من الجليد كتلته 20.0 kg يوميًا في صندوق الجليد المنزلي. وكانت درجة حرارة الجليد 0.0 °C عند استلامه. فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها القالب في أثناء انصهاره؟

• أ) 6.68 × 10⁴ J
• ب) 6.68 × 10⁵ J
• ج) 6.68 × 10⁶ J
• د) 6.68 × 10³ J

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: 6.68 × 10⁶ J

الشرح: ١. تحديد كتلة الجليد: m = 20.0 kg. ٢. الحرارة الكامنة للانصهار للجليد (L_f) هي 334,000 J/kg. ٣. استخدام قانون كمية الحرارة الممتصة أثناء الانصهار: Q = m * L_f. ٤. حساب كمية الحرارة: Q = (20.0 kg) * (334,000 J/kg) = 6,680,000 J. ٥. التعبير عن الناتج بالصيغة العلمية: Q = 6.68 × 10⁶ J.

تلميح: لتحويل الجليد إلى ماء عند نفس درجة الحرارة (الانصهار)، يتم امتصاص الحرارة الكامنة للانصهار. استخدم قانون Q = m * L_f، حيث L_f للجليد = 334,000 J/kg.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: سهل

ما مقدار كمية الحرارة المضافة إلى كتلة 10.0 g من الجليد عند درجة -20.0 °C لتحويلها إلى بخار ماء عند درجة 120.0 °C؟ (الحرارة النوعية للجليد 2.09 J/(g·°C)، الماء 4.186 J/(g·°C)، البخار 2.01 J/(g·°C). الحرارة الكامنة للانصهار 334 J/g، والتبخر 2260 J/g)

• أ) 3.09 × 10⁴ J
• ب) 2.26 × 10⁴ J
• ج) 3.34 × 10³ J
• د) 4.19 × 10³ J

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: 3.09 × 10⁴ J

الشرح: ١. تسخين الجليد (-20°C إلى 0°C): Q1 = m * c_ice * ΔT = 10.0 * 2.09 * 20.0 = 418 J. ٢. انصهار الجليد (0°C): Q2 = m * L_f = 10.0 * 334 = 3340 J. ٣. تسخين الماء (0°C إلى 100°C): Q3 = m * c_water * ΔT = 10.0 * 4.186 * 100.0 = 4186 J. ٤. تبخر الماء (100°C): Q4 = m * L_v = 10.0 * 2260 = 22600 J. ٥. تسخين البخار (100°C إلى 120°C): Q5 = m * c_steam * ΔT = 10.0 * 2.01 * 20.0 = 402 J. ٦. مجموع الحرارة الكلية: Q_total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 418 + 3340 + 4186 + 22600 + 402 = 30946 J. ٧. بالتقريب إلى ثلاثة أرقام معنوية (30900 J) وكتابتها بالصيغة العلمية: 3.09 × 10⁴ J.

تلميح: قسّم العملية إلى خمس مراحل: تسخين الجليد، انصهار الجليد، تسخين الماء، تبخر الماء، تسخين البخار. استخدم معادلات الحرارة النوعية والحرارة الكامنة لكل مرحلة.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: صعب

ما مقدار كمية الحرارة المضافة إلى كتلة 10.0 g من الجليد عند درجة -20.0 °C لتحويلها إلى بخار ماء عند درجة 120.0 °C؟

• أ) 2.26 × 10⁴ J
• ب) 3.09 × 10⁴ J
• ج) 4.18 × 10⁴ J
• د) 1.50 × 10⁴ J

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: 3.09 × 10⁴ J

الشرح: ١. تسخين الجليد من -20°C إلى 0°C: Q1 = m*c_ice*ΔT = 10.0*2.09*20.0 = 418 J. ٢. انصهار الجليد عند 0°C: Q2 = m*L_f = 10.0*334 = 3340 J. ٣. تسخين الماء من 0°C إلى 100°C: Q3 = m*c_water*ΔT = 10.0*4.18*100 = 4180 J. ٤. تبخير الماء عند 100°C: Q4 = m*L_v = 10.0*2260 = 22600 J. ٥. تسخين البخار من 100°C إلى 120°C: Q5 = m*c_steam*ΔT = 10.0*2.01*20 = 402 J. ٦. المجموع: Q_total = 418 + 3340 + 4180 + 22600 + 402 = 30940 J = 3.094 × 10⁴ J ≈ 3.09 × 10⁴ J.

تلميح: تتضمن العملية خمس مراحل: تسخين الجليد، انصهاره، تسخين الماء، تبخره، ثم تسخين البخار. استخدم الحرارة النوعية والحرارة الكامنة المناسبة لكل مرحلة.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: صعب

كُثفت عينة من الكلوروفورم كتلتها 40.0 g من بخار عند درجة 61.6 °C إلى سائل عند درجة 61.6 °C، فانبعثت كمية من الحرارة مقدارها 9870 J. ما مقدار الحرارة الكامنة لتبخر الكلوروفورم؟

• أ) 2.47 × 10² J/g
• ب) 3.95 × 10⁵ J/g
• ج) 4.05 × 10⁻³ J/g
• د) 2.47 × 10¹ J/g

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: 2.47 × 10² J/g

الشرح: ١. نحدد المعطيات: الكتلة (m) = 40.0 g، وكمية الحرارة المنبعثة (Q) = 9870 J. ٢. نطبق قانون الحرارة الكامنة لتبخر المادة: Q = m L_v. ٣. نعيد ترتيب المعادلة لإيجاد الحرارة الكامنة (L_v): L_v = Q / m. ٤. نعوض بالقيم: L_v = 9870 / 40.0. ٥. الناتج: 246.75 J/g، وبالتقريب لثلاثة أرقام معنوية يصبح 2.47 × 10² J/g.

تلميح: استخدم قانون الحرارة الكامنة للتغير في الحالة (Q = m L_v) وعوض بالقيم المعطاة لإيجاد المجهول.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

كُثفت عينة من الكلوروفورم كتلتها 40.0 g من بخار عند درجة 61.6 °C إلى سائل عند درجة 61.6 °C، فانبعثت كمية من الحرارة مقدارها 9870 J. ما الحرارة الكامنة لتبخر الكلوروفورم؟

• أ) 2.47 × 10² J/g
• ب) 3.95 × 10⁵ J/g
• ج) 4.05 × 10⁻³ J/g
• د) 9.87 × 10² J/g

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: 2.47 × 10² J/g

الشرح: ١. نحدد المعطيات: الكتلة (m) = 40.0 g، وكمية الحرارة المنبعثة (Q) = 9870 J. ٢. نطبق قانون الحرارة الكامنة للتبخر: Q = m × Lv. ٣. لإيجاد Lv، نقسم كمية الحرارة على الكتلة: Lv = Q / m. ٤. نعوض بالقيم: Lv = 9870 / 40.0 = 246.75 J/g. ٥. بالتقريب للصيغة العلمية، الناتج هو: 2.47 × 10² J/g.

تلميح: استخدم قانون كمية الحرارة الناتجة عن التغير في الحالة: Q = m × Lv، حيث Lv هي الحرارة الكامنة للتبخر.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط