شوط الاشتعال - كتاب العلوم - الصف 8 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 دورة المحرك الرباعية الأشواط

المفاهيم الأساسية

محرك الاحتراق الداخلي: آلة تحول الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود داخل حجراتها إلى طاقة ميكانيكية.

الأسطوانات: حجرات الاحتراق في آلة الاحتراق الداخلي.

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

#### تعريف

• ارتفاع درجة حرارة الماء الناتج عن إضافة ماء حار إليه.

#### الأسباب

• طرح الماء الحار من المصانع ومحطات توليد الطاقة في المسطحات المائية.
• سقوط مياه الأمطار على الطرق الحارة ثم انسيابها إلى النهر أو البحيرة.

#### الآثار

• يجبر الكائنات المائية على استهلاك أكسجين أكثر.
• الماء الدافئ يحتوي على أكسجين مذاب أقل من الماء البارد، مما قد يؤدي لموت بعض الكائنات.
• يزيد حساسية الكائنات المائية للملوثات الكيميائية والطفيليات والأمراض.

#### الحلول

• تبريد الماء الحار قبل إلقائه في المسطحات المائية.
• استخدام أبراج تبريد خاصة (كما في الشكل ٨).

الدرس الثالث: المحركات الحرارية

الأهداف

• تصف عمل المحرك الحراري.
• تصف كيف تعمل آلة الاحتراق الداخلي.
• توضح كيف تعمل الثلاجة على نقل الطاقة الحرارية.

الأهمية

• تمكننا المحركات الحرارية من السفر مسافات بعيدة.

المفردات

#### مراجعة

• الشغل

#### جديدة

• المحرك الحراري
• آلة الاحتراق الداخلي

المحرك الحراري

• تعريف: آلة تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
• الطاقة الميكانيكية: مجموع طاقتي الحركة والوضع.
• مثال: محرك السيارة يحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، مما يزيد سرعة السيارة وطاقتها الحركية.

آلة الاحتراق الداخلي

• تعريف: محرك حراري يحوي داخله حجرة احتراق خاصة يحترق فيها الوقود.
• الاستخدامات: السيارات، الشاحنات، القوارب، الطائرات، مجز العشب.

#### مكوناتها وطريقة عملها

• تتكون من أسطوانات (حجرات احتراق) أسطوانية الشكل.
• كل أسطوانة تحتوي على مكبس يتحرك لأعلى ولأسفل.
• آلية العمل:

1. يحقن خليط من الوقود والهواء في الأسطوانة.

2. يُشعل الخليط بشمعة الاحتراق، فيشتعل انفجارياً.

3. الانفجار يدفع المكبس إلى أسفل.

4. تتحول الحركة الترددية للمكابس إلى حركة دورانية.

5. الحركة الدورانية تدير المحور الرئيسي الذي يدير العجلات.

• أنواعها:

- محرك الديزل: يضغط الهواء لدرجة عالية فيشتعل الوقود دون شمعة احتراق.

- محرك مجز العشب: يعمل بالبنزين، ويدمج الأشواط الأربعة في شوطين.

#### دورة المحرك الرباعية الأشواط

##### شوط الحقن

• حركة المكبس: إلى أسفل.
• العملية: يدخل الهواء عبر صمام الحقن، ويحقن الوقود على شكل رذاذ في الأسطوانة.

##### شوط الضغط

• حركة المكبس: إلى أعلى.
• العملية: يضغط مخلوط الوقود والهواء.

##### شوط الاشتعال

• حركة المكبس: يدفع إلى أسفل.
• العملية: تعطي شمعة الاشتعال شرارة عند قمة شوط الضغط، فيشتعل المزيج، وتتمدد الغازات الحارة ضاغطة المكبس إلى أسفل، فيدور المحور الرئيس.

##### شوط العادم

• حركة المكبس: إلى أعلى.
• العملية: يفتح صمام العادم، بينما يتحرك المكبس إلى أعلى دافعاً الغازات الناتجة عن الاحتراق إلى خارج الأسطوانة.

```

نقاط مهمة

• معظم السيارات الحديثة مزودة بمحرك احتراق داخلي رباعي الأشواط.
• الأشواط الأربعة هي: الحقن، الضغط، الاشتعال، العادم.
• في شوط الاشتعال، تنتج الطاقة الحرارية من الاحتراق طاقة ميكانيكية لتدوير المحور الرئيس.

الشكل ١٠ معظم السيارات الحديثة مزودة بمحرك احتراق داخلي رباعي الأشواط. يحول المحرك (آلة الاحتراق الداخلي) الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية عندما يحترق البنزين داخل حجرات الاحتراق. تبين الأشكال التالية الآلة الداخلية للاحتراق بالأسطوانات.

في شوط الاشتعال تعطي شمعة الاشتعال شرارة عند قمة شوط الضغط، وتتمدة الغازات الحارة الناتجة عن الاشتعال ضاغطة على المكبس إلى أسفل، فيدور المحور الرئيسي.

في شوط العادم يفتح صمام العادم، بينما يتحرك المكبس إلى أعلى دافعاً الغازات الناتجة عن الاحتراق إلى خارج الأسطوانة.

في شوط الحقن يتحرك المكبس إلى أسفل داخل الأسطوانة، فيدخل الهواء عبر صمام الحقن، ويُحقن رذاذ في الأسطوانة.

في شوط الضغط يتحرك المكبس إلى أعلى، فيضغط خليط الوقود والهواء.

في شوط الحقن يتحرك المكبس إلى أسفل داخل الأسطوانة، فيدخل الهواء عبر صمام الحقن، ويُحقن رذاذ في الأسطوانة.

في شوط الضغط يتحرك المكبس إلى أعلى، فيضغط خليط الوقود والهواء.

في شوط الاشتعال تعطي شمعة الاشتعال شرارة عند قمة شوط الضغط، وتتمدة الغازات الحارة الناتجة عن الاشتعال ضاغطة على المكبس إلى أسفل، فيدور المحور الرئيسي.

في شوط العادم يفتح صمام العادم، بينما يتحرك المكبس إلى أعلى دافعاً الغازات الناتجة عن الاحتراق إلى خارج الأسطوانة.

الشكل ١٠ معظم السيارات الحديثة مزودة بمحرك احتراق داخلي رباعي الأشواط. يحول المحرك (آلة الاحتراق الداخلي) الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية عندما يحترق البنزين داخل حجرات الاحتراق. تبين الأشكال التالية الآلة الداخلية للاحتراق بالأسطوانات. --- SECTION: شوط الاشتعال --- في شوط الاشتعال تعطي شمعة الاشتعال شرارة عند قمة شوط الضغط، وتتمدة الغازات الحارة الناتجة عن الاشتعال ضاغطة على المكبس إلى أسفل، فيدور المحور الرئيسي. --- SECTION: شوط العادم --- في شوط العادم يفتح صمام العادم، بينما يتحرك المكبس إلى أعلى دافعاً الغازات الناتجة عن الاحتراق إلى خارج الأسطوانة. --- SECTION: شوط الحقن --- في شوط الحقن يتحرك المكبس إلى أسفل داخل الأسطوانة، فيدخل الهواء عبر صمام الحقن، ويُحقن رذاذ في الأسطوانة. --- SECTION: شوط الضغط --- في شوط الضغط يتحرك المكبس إلى أعلى، فيضغط خليط الوقود والهواء. --- SECTION: أ --- في شوط الحقن يتحرك المكبس إلى أسفل داخل الأسطوانة، فيدخل الهواء عبر صمام الحقن، ويُحقن رذاذ في الأسطوانة. --- SECTION: ب --- في شوط الضغط يتحرك المكبس إلى أعلى، فيضغط خليط الوقود والهواء. --- SECTION: ج --- في شوط الاشتعال تعطي شمعة الاشتعال شرارة عند قمة شوط الضغط، وتتمدة الغازات الحارة الناتجة عن الاشتعال ضاغطة على المكبس إلى أسفل، فيدور المحور الرئيسي. --- SECTION: د --- في شوط العادم يفتح صمام العادم، بينما يتحرك المكبس إلى أعلى دافعاً الغازات الناتجة عن الاحتراق إلى خارج الأسطوانة. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: شوط الاشتعال Description: Diagram showing the ignition stroke of a four-stroke engine. Spark plug ignites fuel-air mixture, pushing piston down. Context: Illustrates the power stroke where combustion drives the piston. **DIAGRAM**: شوط الحقن Description: Diagram showing the intake stroke. Piston moves down, drawing fuel and air into the cylinder. Context: Illustrates the intake stroke where the fuel-air mixture enters the cylinder. **DIAGRAM**: شوط العادم Description: Diagram showing the exhaust stroke. Piston moves up, pushing burnt gases out of the cylinder. Context: Illustrates the exhaust stroke where burnt gases are expelled. **DIAGRAM**: شوط الضغط Description: Diagram showing the compression stroke. Piston moves up, compressing the fuel-air mixture. Context: Illustrates the compression stroke where the fuel-air mixture is compressed.