الثلاجات - كتاب العلوم - الصف 8 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

📚 الثلاجات

المفاهيم الأساسية

الهندسة الميكانيكية: مجال يهتم بتصميم المحركات والآلات، ويدرس بعض المهندسين فيه طرق زيادة كفاءة تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.

الثلاجة: آلة ناقلة للطاقة الحرارية تمتص الحرارة من داخلها وتنقلها إلى الوسط المحيط.

سائل التبريد: مادة تحمل الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى خارجها.

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.

الثلاجات

#### الربط مع المهن

• الهندسة الميكانيكية: تصميم المحركات والآلات، ودراسة طرق زيادة كفاءة تحويل الطاقة.

#### مبدأ عمل الثلاجة

• آلة تنقل الطاقة الحرارية من داخلها (الأبرد) إلى الوسط المحيط (الأدفأ).
• تستخدم سائل تبريد لنقل الحرارة.

#### دورة عمل الثلاجة

##### ١. امتصاص الطاقة الحرارية (داخل الثلاجة)

• يمر سائل التبريد عبر صمام تمدد.
• ينخفض ضغطه ويتحول إلى غاز.
• تنخفض درجة حرارته بشدة.
• يمتص الغاز البارد الحرارة من داخل الثلاجة فيسخن.

##### ٢. فقد الطاقة الحرارية (خارج الثلاجة)

• يمر الغاز عبر مضخة ضاغطة.
• يضغط الغاز فيسخن وتصبح درجة حرارته أعلى من درجة حرارة الغرفة.
• يتدفق الغاز الساخن عبر المكثف.
• يفقد حرارته إلى الهواء المحيط ويتحول إلى سائل.
• يعاد ضخ السائل إلى صمام التمدد لتبدأ الدورة من جديد.

#### دور المضخة الضاغطة

• توفر الطاقة اللازمة لعملية نقل الحرارة.

```

نقاط مهمة

• تعمل الثلاجة عكس القاعدة الطبيعية لانتقال الحرارة (من الجسم البارد إلى الساخن)، وهذا يتطلب طاقة (توفرها المضخة الضاغطة).
• دورة التبريد تعتمد على تغير حالة سائل التبريد (سائل ↔ غاز) وتغير ضغطه ودرجة حرارته.
• يمتص سائل التبريد الحرارة وهو في حالة غازية منخفضة الضغط داخل الثلاجة.
• يفقد سائل التبريد الحرارة وهو في حالة غازية عالية الضغط خارج الثلاجة.

إذا كان انتقال الطاقة الحرارية من الأجسام الساخنة إلى الأجسام الباردة فقط فكيف للثلاجة أن تعمل على تبريد ما بداخلها، إلى ما هو أقل من درجة حرارة الهواء الخارجي؟

تُعد الثلاجة آلة ناقلة للطاقة الحرارية؛ فهي تمتص الطاقة الحرارية من الأطعمة التي بداخلها، ثم تنقل هذه الطاقة إلى خارجها، ليتم فقدها إلى الوسط المحيط. وتحتوي الثلاجة سائل تبريد يضخ عبر أنابيب خاصة داخل الثلاجة وخارجها. سائل التبريد هو المادة التي تحمل الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى خارجها.

تمتص الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى خارجها.

يبين الشكل ١١ كيف تعمل الثلاجة. يُجبر سائل التبريد على الحركة خلال أنبوب نحو حجرة التجميد (الفريزر)، ويمر في أثناء ذلك من صمام تمدد خاص، حيث ينخفض ضغطه، ويتحول من سائل إلى غاز، وتُنخفض درجة حرارته كثيراً. ويمرر الغاز البارد بعد ذلك في أنابيب داخل الثلاجة. ولأن الغاز البارد جداً فإنه يمتص الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة فيصبح أدفا.

على الرغم من امتصاص الغاز البارد حرارة من داخل الثلاجة، فلا يمكنه نقل الطاقة الحرارية إلى الخارج إلا أن الغاز يبقى أبرد من الهواء الخارجي، فلا يمكنه نقل الطاقة الحرارية التي امتصها إلى الهواء. ويمر غاز التبريد خلال المضخة الضاغطة التي تضغطه، وتصبح درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة. ثم يتدفق الغاز خلال شبكة أنابيب تسمى المكثف، فيفقد طاقته الحرارية إلى الهواء المحيط، ويتحول إلى سائل. ثم يتم ضخه مرة أخرى إلى صمام التمدد، لتعاد الدورة من جديد.

الهندسة الميكانيكية المهندسون الميكانيكيون هم الذين يصممون المحركات والآلات، ويدرس بعض المهندسين أفضل الطرائق لزيادة كفاءة المحركات في تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.

ارسم مخططاً يبين تغير درجة حرارة غاز التبريد في الثلاجة أثناء دورة كاملة.

الشكل ١١ تعمل الثلاجة على نقل الطاقة الحرارية من داخلها إلى خارجها باستخدام غاز التبريد، وتوفر المضخة الضاغطة اللازمة لعمل ذلك.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

١٦٤

--- SECTION: الثلاجات --- إذا كان انتقال الطاقة الحرارية من الأجسام الساخنة إلى الأجسام الباردة فقط فكيف للثلاجة أن تعمل على تبريد ما بداخلها، إلى ما هو أقل من درجة حرارة الهواء الخارجي؟ تُعد الثلاجة آلة ناقلة للطاقة الحرارية؛ فهي تمتص الطاقة الحرارية من الأطعمة التي بداخلها، ثم تنقل هذه الطاقة إلى خارجها، ليتم فقدها إلى الوسط المحيط. وتحتوي الثلاجة سائل تبريد يضخ عبر أنابيب خاصة داخل الثلاجة وخارجها. سائل التبريد هو المادة التي تحمل الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى خارجها. تمتص الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة إلى خارجها. --- SECTION: امتصاص الطاقة الحرارية --- يبين الشكل ١١ كيف تعمل الثلاجة. يُجبر سائل التبريد على الحركة خلال أنبوب نحو حجرة التجميد (الفريزر)، ويمر في أثناء ذلك من صمام تمدد خاص، حيث ينخفض ضغطه، ويتحول من سائل إلى غاز، وتُنخفض درجة حرارته كثيراً. ويمرر الغاز البارد بعد ذلك في أنابيب داخل الثلاجة. ولأن الغاز البارد جداً فإنه يمتص الطاقة الحرارية من داخل الثلاجة فيصبح أدفا. --- SECTION: فقد الطاقة الحرارية --- على الرغم من امتصاص الغاز البارد حرارة من داخل الثلاجة، فلا يمكنه نقل الطاقة الحرارية إلى الخارج إلا أن الغاز يبقى أبرد من الهواء الخارجي، فلا يمكنه نقل الطاقة الحرارية التي امتصها إلى الهواء. ويمر غاز التبريد خلال المضخة الضاغطة التي تضغطه، وتصبح درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة. ثم يتدفق الغاز خلال شبكة أنابيب تسمى المكثف، فيفقد طاقته الحرارية إلى الهواء المحيط، ويتحول إلى سائل. ثم يتم ضخه مرة أخرى إلى صمام التمدد، لتعاد الدورة من جديد. --- SECTION: الربط بالمهن --- الهندسة الميكانيكية المهندسون الميكانيكيون هم الذين يصممون المحركات والآلات، ويدرس بعض المهندسين أفضل الطرائق لزيادة كفاءة المحركات في تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. ارسم مخططاً يبين تغير درجة حرارة غاز التبريد في الثلاجة أثناء دورة كاملة. الشكل ١١ تعمل الثلاجة على نقل الطاقة الحرارية من داخلها إلى خارجها باستخدام غاز التبريد، وتوفر المضخة الضاغطة اللازمة لعمل ذلك. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 ١٦٤ --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل ١١ Description: A diagram illustrating the refrigeration cycle within a refrigerator. It shows the path of the refrigerant and heat transfer. Data: Illustrates the process of heat transfer and phase changes of the refrigerant in a refrigerator. Context: Explains the working principle of a refrigerator, showing how heat is moved from inside to outside.