العوازل الحرارية - كتاب العلوم - الصف 8 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 العوازل الحرارية وامتصاص الحرارة

المفاهيم الأساسية

العازل الحراري: مادة لا تنتقل الطاقة الحرارية خلالها بسهولة.

الحرارة النوعية: مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة درجة سلسيوسية واحدة.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل ۱۱: الطاقة الحرارية

الدرس الأول: درجة الحرارة

مقاييس درجات الحرارة

#### المقياس السلسيوس (°س)

• درجة تجمد الماء: 0 °س
• درجة غليان الماء: 100 °س
• المسافة بينهما مقسمة إلى 100 جزء متساوٍ.

#### المقياس الفهرنهايتي (°ف)

• درجة تجمد الماء: 32 °ف
• درجة غليان الماء: 212 °ف
• المسافة بينهما مقسمة إلى 180 جزءًا متساويًا.

#### مقياس الكلفن (المطلق) (ك)

• الصفر المطلق: أقل درجة حرارة ممكنة.
• درجة تجمد الماء: 273 ك
• درجة غليان الماء: 373 ك
• المسافة بين التجمد والغليان مقسمة إلى 100 جزء متساوية.
• الدرجة الواحدة على مقياس كلفن = درجة سلسيوس واحدة.

تحويل درجات الحرارة

#### من فهرنهايت إلى سلسيوس

°س = (5/9) (°ف - 32)

#### من سلسيوس إلى فهرنهايت

°ف = (9/5) (°س) + 32

#### من سلسيوس إلى كلفن

ك = °س + ۲۷۳

الدرس الثاني: طرق انتقال الطاقة الحرارية

الأهداف

• تصف ثلاث طرائق تنتقل بها الطاقة الحرارية.
• تميز المواد الموصلة والمواد العازلة.

الأهمية

• السيطرة على انتقال الحرارة من المنزل وإليه للحفاظ على أجواء معتدلة.

المفردات

#### مراجعة

• الحرارة
• الموجة الكهرومغناطيسية

#### جديدة

• التوصيل
• الموصل
• الإشعاع
• الحرارة النوعية
• الحَمل الحراري
• التلوث الحراري

طرق انتقال الحرارة

#### القاعدة الأساسية

• تنتقل الحرارة من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد دائماً.
• لا يمكن أن تنتقل في الاتجاه المعاكس.

#### الطرق الثلاث

• التوصيل
• الإشعاع
• الحَمل

#### التوصيل

• تعريف: انتقال الحرارة بالتلامس المباشر.
• آلية: يحدث عندما تتصادم جزيئات مادة ما مع الجزيئات المجاورة لها.
• مثال: أكل فطيرة ساخنة أو وضع مكعب ثلج على اليد.
• خصائصه (من الصفحة 157):

- يحدث عادة في المواد الصلبة بسبب قرب جزيئاتها.

- تكون سرعة انتقال الحرارة به في المواد الصلبة أسرع من السوائل والغازات.

#### الإشعاع

• تعريف (من الصفحة 157): انتقال الطاقة الحرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية.
• خصائصه (من الصفحة 157):

- يمكن أن يحدث خلال الفراغ (مثل انتقال حرارة الشمس للأرض).

- يحدث أيضًا في المواد الصلبة والسائلة والغازات.

- كل الأجسام تصدر إشعاعًا، والأجسام الساخنة تصدر أكثر من الباردة.

- مثال: الدفء أمام المدفأة.

#### الحَمل الحراري

• تعريف (من الصفحة 157): انتقال الطاقة الحرارية داخل المادة (الموائع) عن طريق حركة الجزيئات نفسها حاملةً طاقتها.
• خصائصه (من الصفحة 157):

- يحدث في السوائل والغازات (الموائع) حيث تتحرك الجزيئات بحرية أكبر.

- مثال: تسخين الماء في إبريق.

• أنواعه (من الصفحة 158):

- الحمل الحراري الطبيعي

- آلية: صعود المائع الساخن قليل الكثافة لأعلى، ودفع المائع البارد عالي الكثافة للأسفل.

- مثال: تشكل نسمات الرياح عند شاطئ البحر في النهار.

- الحمل الحراري القسري

- تعريف: نقل الطاقة الحرارية بشكل قسري باستخدام قوة خارجية لتحريك المائع.

- مثال: استخدام مروحة في الحاسوب لدفع الهواء البارد نحو المكونات الإلكترونية الساخنة (كما في الشكل ٦).

الموصلات الحرارية

#### تعريف الموصل

• أي مادة تنقل الطاقة الحرارية بسهولة.

#### سبب التوصيل الجيد

• في بعض المواد (مثل الفلزات)، تكون الإلكترونات ضعيفة الارتباط بالنواة، مما يسمح لها بالحركة الحرة والمساعدة في نقل الطاقة الحرارية.

#### أمثلة على الموصلات الجيدة

• الفلزات مثل الألومنيوم والنحاس والذهب.
• استخداماتها: صناعة قدور الطبخ.

العوازل الحرارية

#### تعريف العازل الحراري

• مادة لا تنتقل الطاقة الحرارية خلالها بسهولة.

#### خصائص العوازل

• يكون العزل الحراري للسوائل والغازات أفضل منه للمواد الصلبة.
• الهواء عازل جيد.
• تحتوي معظم المواد العازلة على فقاعات هوائية تقلل انتقال الحرارة بالتوصيل.
• الموصلات الجيدة (مثل الفلزات) تكون عوازل رديئة، والعكس صحيح.

#### أمثلة على استخدامات العوازل

• مقابض أواني الطهي.
• طبقة عازلة في جدران المنازل (مثل الصوف الصخري).
• الزجاج المزدوج في النوافذ والثلاجات، حيث يحصر طبقة من الهواء أو غاز عازل.

امتصاص الحرارة

#### الحرارة النوعية

• تعريف: مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة درجة سلسيوسية واحدة.
• المواد ذات الحرارة النوعية العالية تحتاج إلى طاقة أكبر لرفع درجة حرارتها مقارنة بالمواد ذات الحرارة النوعية المنخفضة.

#### أمثلة تطبيقية

• الرمل له حرارة نوعية أقل من الماء، فيسخن أسرع في النهار ويبرد أسرع في الليل.
• الأسفلت يسخن أكثر من العشب في يوم حار.

التلوث الحراري

• ينتج عن طرح الماء الحار من المصانع ومحطات الطاقة في البحار أو البحيرات.

```

نقاط مهمة

• العوازل الجيدة موصلات رديئة، والعكس صحيح.
• الهواء عازل حراري جيد، لذا تستخدم فقاعاته في مواد العزل.
• الحرارة النوعية تفسر سبب اختلاف سخونة الأسفلت والعشب في نفس اليوم.
• التلوث الحراري أحد أنواع التلوث التي تستهدف رؤية 2030 الحد منها.

العوازل الحرارية

عند طهي الطعام، نرغب عادة في استخدام قدر يوصل الحرارة بسهولة من الموقد إلى الطعام، وفي الوقت نفسه نفضل ألا تسخن مقابض القدر. لذا نصنع مقابض أواني الطهي من مواد عازلة. والعازل الحراري مادة لا تنتقل الطاقة الحرارية خلالها بسهولة. ويكون العزل الحراري للسوائل والغازات عادة أفضل منه للمواد الصلبة؛ فال هواء عازل جيد، وتحتوي معظم المواد العازلة على فقاعات هوائية تعمل على تقليل انتقال الطاقة الحرارية خلال المادة بطريقة التوصيل. والموصلات الجيدة - ومنها الفلزات - تكون عوازل رديئة، كما أن العوازل الجيدة موصلات رديئة. وتبنى المنازل بحيث تحتوي جدرانها على طبقة من المواد العازلة لمنع انتقال الطاقة الحرارية عبر الجدران بين داخل المنزل وخارجه. ويبين الشكل ٧ استخدام الصوف الصخري للعزل المنزلي. وكذلك يوضع زجاج مزدوج لأبواب بعض النوافذ، بحيث يحصر لوحا الزجاج بينهما طبقة من الهواء أو غازاً عازلاً آخر، فتزداد فاعلية التكييف في المنزل أو فاعلية التبريد في الثلاجة.

امتصاص الحرارة

من السهل أن تسير حافية القدمين في يوم حار على العشب في حديقة عامة، ولكن هل جربت ذلك على أرضية الشارع المعبدة بالأسفلت؟ لماذا يكون الأسفلت أسخن من العشب؟ يعتمد مقدار تغير درجة حرارة جسم ما عند تسخينه على الحرارة المكتونة له. الحرارة النوعية Specific Heat لمادته؛ وهي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة ١ كجم من المادة درجة سيلسيوسية واحدة. وتحتاج المواد ذات الحرارة النوعية العالية إلى طاقة حرارية أكبر لرفع درجة حرارتها، مقارنة بالمواد ذات الحرارة النوعية المنخفضة. فمثلاً الشاطئ مثلاً لها حرارة نوعية أقل من الحرارة النوعية للماء، فسخن الرمل أسرع من الماء عندما تسخنهما أشعة الشمس في النهار. أما في الليل فيتحسس برودة الرمل ودفء الماء؛ لأن حرارة الرمل عندما تنتقل الطاقة الحرارية من كل منهما إلى الهواء البارد.

التلوث الحراري

الكثير من المصانع والمحطات توليد الطاقة الكهربائية تستخدم الماء في التبريد، ولذلك تطرح الماء الحار من مخلفات التصنيع. وإذا تم التخلص من هذا الماء الحار في البحر أو البحيرات، فإن ذلك يرفع درجة حرارة الماء، مما يؤثر في الكائنات البحرية.

--- SECTION: العوازل الحرارية --- العوازل الحرارية عند طهي الطعام، نرغب عادة في استخدام قدر يوصل الحرارة بسهولة من الموقد إلى الطعام، وفي الوقت نفسه نفضل ألا تسخن مقابض القدر. لذا نصنع مقابض أواني الطهي من مواد عازلة. والعازل الحراري مادة لا تنتقل الطاقة الحرارية خلالها بسهولة. ويكون العزل الحراري للسوائل والغازات عادة أفضل منه للمواد الصلبة؛ فال هواء عازل جيد، وتحتوي معظم المواد العازلة على فقاعات هوائية تعمل على تقليل انتقال الطاقة الحرارية خلال المادة بطريقة التوصيل. والموصلات الجيدة - ومنها الفلزات - تكون عوازل رديئة، كما أن العوازل الجيدة موصلات رديئة. وتبنى المنازل بحيث تحتوي جدرانها على طبقة من المواد العازلة لمنع انتقال الطاقة الحرارية عبر الجدران بين داخل المنزل وخارجه. ويبين الشكل ٧ استخدام الصوف الصخري للعزل المنزلي. وكذلك يوضع زجاج مزدوج لأبواب بعض النوافذ، بحيث يحصر لوحا الزجاج بينهما طبقة من الهواء أو غازاً عازلاً آخر، فتزداد فاعلية التكييف في المنزل أو فاعلية التبريد في الثلاجة. --- SECTION: امتصاص الحرارة --- امتصاص الحرارة من السهل أن تسير حافية القدمين في يوم حار على العشب في حديقة عامة، ولكن هل جربت ذلك على أرضية الشارع المعبدة بالأسفلت؟ لماذا يكون الأسفلت أسخن من العشب؟ يعتمد مقدار تغير درجة حرارة جسم ما عند تسخينه على الحرارة المكتونة له. الحرارة النوعية Specific Heat لمادته؛ وهي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة ١ كجم من المادة درجة سيلسيوسية واحدة. وتحتاج المواد ذات الحرارة النوعية العالية إلى طاقة حرارية أكبر لرفع درجة حرارتها، مقارنة بالمواد ذات الحرارة النوعية المنخفضة. فمثلاً الشاطئ مثلاً لها حرارة نوعية أقل من الحرارة النوعية للماء، فسخن الرمل أسرع من الماء عندما تسخنهما أشعة الشمس في النهار. أما في الليل فيتحسس برودة الرمل ودفء الماء؛ لأن حرارة الرمل عندما تنتقل الطاقة الحرارية من كل منهما إلى الهواء البارد. --- SECTION: التلوث الحراري --- التلوث الحراري الكثير من المصانع والمحطات توليد الطاقة الكهربائية تستخدم الماء في التبريد، ولذلك تطرح الماء الحار من مخلفات التصنيع. وإذا تم التخلص من هذا الماء الحار في البحر أو البحيرات، فإن ذلك يرفع درجة حرارة الماء، مما يؤثر في الكائنات البحرية. --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: الشكل ٧ العوازل الحرارية Description: Photograph showing insulation materials, including rolls of fiberglass insulation and possibly rigid foam boards, stacked inside a building structure, likely for thermal insulation purposes. Context: Illustrates thermal insulation materials used in homes and buildings to prevent heat transfer. **QR_CODE**: الرابط مع رؤية ٢٠٣٠ Description: A QR code and associated text 'الرابط مع رؤية ٢٠٣٠' and 'مجتمع حيوي' with the Saudi Vision 2030 logo. Context: Non-educational link to Saudi Vision 2030 initiative.