مسائل تدريبية في التمدد الحراري - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

الدرس: مسائل تدريبية على التمدد الحراري للمواد

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: تمارين وأسئلة

مستوى الصعوبة: متوسط

📝 ملخص الصفحة

تتضمن هذه الصفحة مجموعة من المسائل التدريبية التي تركز على تطبيقات التمدد الحراري للمواد الصلبة والسوائل. تشمل المسائل حسابات التغير في الطول والحجم نتيجة التغيرات في درجة الحرارة، باستخدام معاملات التمدد الطولي والحجمي.

تغطي المسائل مواقف عملية متنوعة، مثل تمدد قطع الألومنيوم والفولاذ، وتغير حجم الماء والبنزين مع التغير الحراري، وتأثير الحرارة على الثقوب والأدوات الدقيقة مثل المساطر. تهدف هذه التمارين إلى تعزيز فهم الطلاب لمفاهيم التمدد الحراري وتطبيقاتها في الحياة الواقعية.

تختتم الصفحة بمسألة تحفيز تتطلب تصميم قضيب مركب من الفولاذ والألومنيوم بحيث يتمدد بطريقة مشابهة لقضيب نحاسي، مما يتطلب حساب الأطوال المناسبة لكل جزء. يتضمن ذلك استخدام رسم توضيحي لشرح التركيب الهندسي للقضيب المركب.

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: مسائل تدريبية --- مسائل تدريبية--- SECTION: 39 --- 39. قطعة من الألومنيوم طولها 3.66m عند درجة حرارة 28°C-. كم يزداد طول القطعة عندما تصبح درجة حرارتها 39°C؟--- SECTION: 40 --- 40. قطعة من الفولاذ طولها 11.5cm عند 22°C، فإذا سُخّنت حتى أصبحت درجة حرارة 1221°C، وهي قريبة من درجة حرارة انصهارها، فكم يبلغ طولها بعد التسخين؟ (معامل التمدد الطولي للفولاذ 12 × 10⁻⁶ °C⁻¹)--- SECTION: 41 --- 41. ملئ وعاء زجاجي سعته 400ml عند درجة حرارة الغرفة بماء بارد درجة حرارته 4.4°C. ما مقدار الماء المسكوب من الوعاء عندما يسخن الماء إلى 30.0°C؟--- SECTION: 42 --- 42. ملئ خزان شاحنة لنقل البنزين سعته 45,725L بالبنزين لينقله من مدينة الدمام نهارًا حيث كانت درجة الحرارة 38.0°C، إلى مدينة تبوك ليلاً حيث درجة الحرارة 2.0°C-. a. كم لترًا من البنزين سيكون في خزان الشاحنة في تبوك؟ b. ماذا حدث للبنزين؟--- SECTION: 43 --- 43. حُفر ثقب قطره 0.85cm في صفيحة من الفولاذ عند 30.0°C فكان الثقب يتسع بالضبط لقضيب من الألومنيوم له القطر نفسه. ما مقدار الفراغ بين الصفيحة والقضيب عندما يبردان لدرجة حرارة 0.0°C؟--- SECTION: 44 --- 44. دُرّجت مسطرة من الفولاذ بوحدة المليمترات، بحيث تكون دقيقة بصورة مطلقة عند 30.0°C. فما النسبة المئوية التي تمثل عدم دقة المسطرة عند 30.0°C-؟--- SECTION: مسألة تحفيز --- مسألة تحفيز تحتاج إلى صنع قضيب طوله 1.00m يتمدد بازدياد الحرارة بالطريقة نفسها التي يتمدد بها قضيب من النحاس طوله 1.00m. يُشترط في القضيب المطلوب أن يكون مصنوعًا من جزأين، أحدهما من الفولاذ والآخر من الألومنيوم موصولين معًا، كما يبين الشكل. فكم يجب أن يكون طول كل منهما؟--- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: شكل توضيحي لمسألة تحفيز Description: رسم توضيحي لقضيب مركب من جزأين، أحدهما من الفولاذ (حديد) والآخر من الألومنيوم، موصولين معًا. يظهر الطول الكلي للقضيب بالحرف L. Table Structure: Headers: N/A Data: يُظهر الشكل قضيبين متصلين، الأول مكتوب عليه 'حديد' والثاني 'ألومنيوم'. يشير السهم العلوي إلى الطول الكلي 'L'. Key Values: حديد, ألومنيوم, L Context: يوضح التركيب الهندسي للقضيب المركب المطلوب تصميمه في مسألة التحفيز، والذي يتكون من جزأين مختلفين من المعدن.

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 6 بطاقة لهذه الصفحة

ما هي الصيغة الأساسية لحساب التغير في الطول (ΔL) بسبب التمدد الحراري الطولي؟

الإجابة: ΔL = α × L₀ × ΔT، حيث α هو معامل التمدد الطولي، L₀ هو الطول الابتدائي، و ΔT هو التغير في درجة الحرارة.

الشرح: هذه الصيغة تعبر عن قانون التمدد الحراري الطولي، حيث يتناسب التغير في الطول طردياً مع معامل تمدد المادة وطولها الأصلي والتغير في درجة حرارتها.

تلميح: فكر في العلاقة بين التغير في الطول وثلاثة عوامل رئيسية: خاصية المادة، الطول الأصلي، والتغير في الحرارة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما الخطوات الأساسية لحل مسألة تمدد حراري طولي (مثل المسألة 39 أو 40)؟

الإجابة: 1. تحديد الطول الابتدائي (L₀). 2. تحديد درجتي الحرارة الابتدائية والنهائية وحساب ΔT. 3. تحديد معامل التمدد الطولي للمادة (α). 4. تطبيق الصيغة ΔL = α × L₀ × ΔT لحساب التغير في الطول. 5. لحساب الطول النهائي: L = L₀ + ΔL.

الشرح: هذه الخطوات المنهجية تضمن حل أي مسألة تتعلق بالتمدد الطولي بشكل صحيح، من خلال التعرف على المعطيات وتطبيق القانون الأساسي.

تلميح: ركز على ترتيب العمليات: ابدأ بالبيانات المعطاة، ثم احسب الفرق في الحرارة، ثم طبق القانون.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

في مسألة تمدد الحجم للسوائل (المسألة 41)، ماذا يحدث إذا كان معامل تمدد الوعاء (الزجاج) مختلفاً عن معامل تمدد السائل (الماء)؟

الإجابة: يحدث تمدد لكل من الوعاء والسائل، ولكن بمقادير مختلفة. كمية السائل المسكوب (أو الفائض) تساوي الفرق بين زيادة حجم السائل وزيادة حجم الوعاء الداخلي.

الشرح: هذا المفهوم جوهري لفهم ظواهر مثل انسكاب السوائل عند التسخين، حيث يجب مراعاة تمدد الوعاء الحاوي بالإضافة إلى تمدد السائل نفسه.

تلميح: فكر في أن الوعاء يتمدد أيضًا، وليس السائل فقط. الإجابة مرتبطة بحساب فرق بين قيمتين.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

في مسألة نقل البنزين (المسألة 42)، لماذا يتغير حجم البنزين في الخزان عند الانتقال من مدينة دافئة إلى مدينة باردة؟

الإجابة: بسبب التمدد والانكماش الحراري. ينكمش حجم البنزين عند انخفاض درجة الحرارة لأن حجم معظم السوائل يقل بانخفاض الحرارة (معامل التمدد الحجمي موجب).

الشرح: هذا التطبيق العملي يوضح أهمية مراعاة التغيرات الحرارية في الصناعة والنقل، حيث يمكن أن تؤدي إلى فرق مقاس في كمية المواد المنقولة.

تلميح: تذكر العلاقة بين درجة الحرارة وحجم المادة (السائلة أو الصلبة).

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما الفرق بين معامل التمدد الطولي (α) ومعامل التمدد الحجمي (β) للمواد الصلبة؟

الإجابة: معامل التمدد الطولي (α) يقيس التغير في بُعد واحد (الطول) لكل درجة حرارة. معامل التمدد الحجمي (β) يقيس التغير في الأبعاد الثلاثة (الحجم) لكل درجة حرارة. بالنسبة للمواد الصلبة المتجانسة، تكون العلاقة التقريبية: β ≈ 3α.

الشرح: هذا التمييز مهم لتطبيق الصيغة الصحيحة حسب طبيعة المسألة، هل تتعلق بتغير طول قضيب أم بتغير حجم كرة أو مكعب.

تلميح: فكر في الوحدات وكيفية ارتباط البعد الواحد بالأبعاد الثلاثة.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: صعب

في مسألة الثقب والقضيب (المسألة 43)، كيف يؤثر التبريد على القطر الداخلي للثقب في الصفيحة الفولاذية وقطر قضيب الألومنيوم؟

الإجابة: عند التبريد، ينكمش كل من الثقب في الصفيحة الفولاذية وقضيب الألومنيوم. سيظهر فراغ بينهما إذا كان معامل التمدد الطولي للألومنيوم أكبر من معامل تمدد الفولاذ، حيث سينكمش الألومنيوم بدرجة أكبر.

الشرح: هذا المبدأ يوضح أن التمدد أو الانكماش يعتمد على نوع المادة وليس على كونها 'ثقبًا' أو 'قضيبًا'، فالثقب يتمدد وينكمش كما لو كان قرصًا من نفس المادة.

تلميح: قارن بين معاملات التمدد الطولي للمادتين. أي منهما تتوقع أن تتأثر أكثر بالتبريد؟

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب