صفحة 199 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 8: 8. ما مقدار كمية الحرارة اللازمة لصهر 81 g من الجليد عند درجة حرارة 0.0°C في دورق ويسخن إلى 10°C؟ 0.34 kJ A 27 kJ B 30 kJ C 190 kJ D

الإجابة: س8: $30\text{ kJ} \approx$ (الإجابة الصحيحة: (C))

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة الجليد: m = 81 g = 0.081 kg (لأننا سنستخدم وحدات النظام الدولي SI) - درجة حرارة الجليد: 0.0°C - درجة الحرارة النهائية: 10°C - حرارة الانصهار للجليد: L_f = 334 kJ/kg (قيمة ثابتة معروفة) - السعة الحرارية النوعية للماء: c = 4.18 kJ/(kg·°C) (قيمة ثابتة معروفة)
2. **الخطوة 2 (الفكرة والقوانين):** هذه العملية تتكون من مرحلتين: 1. **صهر الجليد** عند 0°C إلى ماء عند 0°C. الحرارة اللازمة: Q1 = m × L_f 2. **تسخين الماء** الناتج من 0°C إلى 10°C. الحرارة اللازمة: Q2 = m × c × ΔT إذن كمية الحرارة الكلية Q_total = Q1 + Q2
3. **الخطوة 3 (الحل):** أولاً: حساب حرارة الصهر Q1 $$Q_1 = m \times L_f = 0.081 \text{ kg} \times 334 \text{ kJ/kg}$$ $$Q_1 = 27.054 \text{ kJ}$$ ثانياً: حساب حرارة التسخين Q2 $$Q_2 = m \times c \times \Delta T = 0.081 \text{ kg} \times 4.18 \text{ kJ/(kg·°C)} \times (10 - 0)°C$$ $$Q_2 = 0.081 \times 4.18 \times 10 = 3.3858 \text{ kJ}$$ ثالثاً: الحرارة الكلية $$Q_{\text{total}} = Q_1 + Q_2 = 27.054 + 3.3858 = 30.4398 \text{ kJ}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار كمية الحرارة اللازمة ≈ **30 kJ**

سؤال 9: 9. إذا بذلت 0.050 J من الشغل على القهوة في الفنجان في كل مرة تحركها، فما مقدار الزيادة في الإنتروبي في 125 ml من القهوة عند درجة حرارة 65°C عندما تحركها 85 مرة؟ 0.013 J/K A 0.050 J B 0.095 J/K C 4.2 J D

الإجابة: $\Delta S = \frac{0.050 \times 85}{65 + 273} \approx 0.013\text{ J/K} :9\text{س}$ (الإجابة الصحيحة: (A))

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - الشغل المبذول في كل مرة: W_per_move = 0.050 J - عدد المرات: n = 85 مرة - درجة حرارة القهوة: T = 65°C = (65 + 273) K = 338 K (لتحويل إلى كلفن) - حجم القهوة: 125 ml (هذه المعلومة غير ضرورية للحساب هنا)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون التغير في الإنتروبي عندما تتحول الطاقة (شغل) إلى حرارة عند درجة حرارة ثابتة: $$\Delta S = \frac{Q}{T}$$ حيث Q هي الحرارة المضافة، وهي تساوي إجمالي الشغل المبذول (لأن الشغل يتحول إلى حرارة في السائل). إذن: Q = إجمالي الشغل = (الشغل في كل مرة) × (عدد المرات)
3. **الخطوة 3 (الحل):** أولاً: حساب إجمالي الشغل/الحرارة $$Q = W_{\text{per move}} \times n = 0.050 \text{ J} \times 85 = 4.25 \text{ J}$$ ثانياً: حساب التغير في الإنتروبي $$\Delta S = \frac{Q}{T} = \frac{4.25 \text{ J}}{338 \text{ K}}$$ $$\Delta S \approx 0.01257 \text{ J/K}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن مقدار الزيادة في الإنتروبي ≈ **0.013 J/K**

سؤال 10: 10. ما الفرق بين كمية الحرارة اللازمة لصهر g 454 من الجليد عند 0.0°C، وكمية الحرارة اللازمة لتحويل g 454 من الماء عند 100°C إلى بخار؟ وهل مقدار الفرق أكبر أم أقل من كمية الطاقة اللازمة لتسخين g 454 من الماء عند 0.00°C إلى 100.0°C؟

الإجابة: س10: $Q_{\text{الصهر}} \approx 152\text{ kJ} ، Q_{\text{التبخر}} \approx 1026\text{ kJ}$ الفرق $\approx 874\text{ kJ} = 1026 - 152$ وهذا الفرق أكبر من طاقة تسخين $454\text{ g}$ ماء من $0.00^\circ\text{C}$ إلى $100.0^\circ\text{C}$ (حوالي $190\text{ kJ}$).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والمفاهيم):** لنحدد ما لدينا: - الكتلة: m = 454 g = 0.454 kg - حرارة الانصهار للجليد: L_f = 334 kJ/kg - حرارة التبخير للماء: L_v = 2260 kJ/kg - السعة الحرارية النوعية للماء: c = 4.18 kJ/(kg·°C) نتذكر أن: - حرارة الصهر: Q_melt = m × L_f - حرارة التبخير: Q_vaporize = m × L_v - حرارة التسخين: Q_heat = m × c × ΔT
2. **الخطوة 2 (حساب كميات الحرارة):** أولاً: حرارة صهر 454 g جليد عند 0°C $$Q_{\text{melt}} = 0.454 \times 334 = 151.636 \text{ kJ} \approx 152 \text{ kJ}$$ ثانياً: حرارة تحويل 454 g ماء عند 100°C إلى بخار $$Q_{\text{vaporize}} = 0.454 \times 2260 = 1026.04 \text{ kJ} \approx 1026 \text{ kJ}$$ ثالثاً: الفرق بينهما $$\text{الفرق} = Q_{\text{vaporize}} - Q_{\text{melt}} = 1026 - 152 = 874 \text{ kJ}$$
3. **الخطوة 3 (المقارنة مع طاقة التسخين):** لنحسب طاقة تسخين 454 g ماء من 0.00°C إلى 100.0°C: $$Q_{\text{heat}} = m \times c \times \Delta T = 0.454 \times 4.18 \times 100$$ $$Q_{\text{heat}} = 189.772 \text{ kJ} \approx 190 \text{ kJ}$$ الآن نقارن: - الفرق بين حرارة التبخير والصهر = 874 kJ - طاقة التسخين من 0°C إلى 100°C = 190 kJ
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن: 1. الفرق بين كمية الحرارة اللازمة للتبخير وتلك اللازمة للصهر هو **874 kJ** 2. هذا الفرق (874 kJ) **أكبر** من كمية الطاقة اللازمة لتسخين نفس الكتلة من الماء من 0.00°C إلى 100.0°C (190 kJ)

ما الفرق بين كمية الحرارة اللازمة لصهر 454 g من الجليد عند 0.0°C، وكمية الحرارة اللازمة لتحويل 454 g من الماء عند 100°C إلى بخار؟ وهل مقدار الفرق أكبر أم أقل من كمية الطاقة اللازمة لتسخين 454 g من الماء عند 0.00°C إلى 100.0°C؟

• أ) الفرق هو 152 kJ، وهو أقل من طاقة التسخين.
• ب) الفرق هو 874 kJ، وهو أكبر من طاقة التسخين.
• ج) الفرق هو 1026 kJ، وهو أكبر من طاقة التسخين.
• د) الفرق هو 190 kJ، وهو يساوي طاقة التسخين.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الفرق هو 874 kJ، وهو أكبر من طاقة التسخين.

الشرح: ١. حرارة الصهر: Q_melt = 0.454 kg × 334 kJ/kg ≈ 152 kJ. ٢. حرارة التبخير: Q_vaporize = 0.454 kg × 2260 kJ/kg ≈ 1026 kJ. ٣. الفرق: 1026 kJ - 152 kJ = 874 kJ. ٤. حرارة التسخين: Q_heat = 0.454 kg × 4.18 kJ/(kg·°C) × 100°C ≈ 190 kJ. ٥. المقارنة: 874 kJ > 190 kJ، إذن الفرق أكبر.

تلميح: احسب حرارة الصهر باستخدام L_f، وحرارة التبخير باستخدام L_v، ثم قارن الفرق بينهما بحرارة التسخين باستخدام c و ΔT.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: صعب

ما مقدار كمية الحرارة اللازمة لصهر 81 g من الجليد عند درجة حرارة 0.0°C في دورق ويسخن إلى 10°C؟

• أ) 0.34 kJ
• ب) 27 kJ
• ج) 30 kJ
• د) 190 kJ

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: 30 kJ

الشرح: ١. حرارة صهر الجليد: Q₁ = m × L_f = 0.081 kg × 334 kJ/kg = 27.054 kJ ٢. حرارة تسخين الماء من 0°C إلى 10°C: Q₂ = m × c × ΔT = 0.081 kg × 4.18 kJ/(kg·°C) × 10°C = 3.3858 kJ ٣. الحرارة الكلية: Q_total = Q₁ + Q₂ = 27.054 kJ + 3.3858 kJ = 30.4398 kJ ≈ 30 kJ

تلميح: تتكون العملية من مرحلتين: صهر الجليد ثم تسخين الماء الناتج. استخدم قانوني حرارة الانصهار والسعة الحرارية النوعية.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط