درجة الحرارة اليوم لها عامل مهم في تمدد الاجسام ايضا مهمة لمعرفة الطقس في كل البلدان. على سبيل المثال يكون السؤال دائما عن قيمتها اليوم او غدا في القاهرة او بغداد او الرياض وغيرها من المدن والعواصم يوميا. تحتاج في هذه الحالة الى معرفة هذه الدرجة ولكن الصفحة هذه تخص دراسة الحرارة وكيف تؤثر في تمدد الاجسام او تقلصها. كل ذلك سيتم شرحه من الناحية الفيزيائية وبأسلوب بسيط جدا.
أثر زيادة أو نقصان درجة الحرارة في الأجسام
- اجعل السطح المعدني يلامس السطح البلاستيكي أو أي سطح عازل .
- إمسك بأصابع يدي اليسرى على السطح المعدني وأصابع يدي اليمنى على السطح البلاستيكي، هل تشعر بفرق الحرارة بين السطحين؟
- أضع مكعبي الثلج على كلا السطحين المتلامسين في الوقت نفسه.
- بعد مرور ثلاث دقائق من الزمن الاحظ ، أي من مكعبي الثلج ينصهر أسرع ، ولماذا ؟
- استعمل ما اكتشفته من هذا النشاط للتنبؤ , هل ان الشاي الساخن يبقى ساخنة في الكأس البلاستيكي أو الكأس المعدني ولماذا ؟
ما الحرارة ؟وما الأتزان الحراري ؟
ماذا يحدث عندما تضع قطعة حديد ساخنة في ماء بارد ؟ إننا سنجد ان الحديد يبرد بعد مدة من الزمن ، بينما يسخن الماء في الوقت نفسه، وتستمر هذه العملية حتى تصل كلتا المادتين إلى درجة الحرارة نفسها ، والذي حصل هو أن قطعة الحديد فقدت حرارة والماء اكتسب حرارة حتى وصلا إلى حالة الاتزان الحراري.
والاتزان الحراري هو الحالة التي تتساوى فيها حرارة جسمين عندما يكونان في تماس مع بعضهما . يتضح لك إنه يمكن تعريف الحرارة بانها الطاقة الحرارية التي تنتقل دائما من الجسم الساخن إلى الجسم البارد المتماسين بسبب الفرق بين درجة حرارتيهما لذلك تستطيع القول أن :
- الجسم ترتفع درجة حرارته عندما يكتسب طاقة حرارية.
- الجسم تنخفض درجة حرارته عندما يفقد طاقة حرارية.
سؤال: ما الاتزان الحراري ؟
الفكرة الرئيسة:
درجة الحرارة صورة من صور الطاقة تنتقل من الجسم الأعلى درجة حرارة إلى الجسم الأقل .
نتاجات التعلم: في نهاية هذا الدرس سأكون قادرا على أن :
- أميز بين الحرارة ودرجة الحرارة.
- أوضح أن الحرارة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأقل سخونة.
- أفسر الاتزان الحراري.
- اوضح العلاقة بين الحرارة والطاقة الحركية للجسم.
- أتعرف على مقاييس درجة الحرارة.
المفردات التي تخص درجة الحرارة :
- الاتزان الحراري Thermal equilibrium
- الحرارة Heat
- درجة الحرارة Temperature
- المحرار Thermometer
ما درجة الحرارة ؟
جميع المواد مكونة من جسيمات (ذرات وجزيئات) تتحرك حركة عشوائية وبسرع مختلفة، ولكون هذه الجسيمات في حالة حركة لذلك لها طاقة حركية، وكلما كانت سرعة هذه الجسيمات اكبر كانت طاقتها الحركية أكبر. لعلك تسأل ، ما الذي يحصل عندما يزود جسم ما بكمية من الحرارة ؟ إنه يكتسب طاقة حرارية فتزداد الطاقة الحركية للجسيمات عندها تتحرك هذه الجسيمات بسرعة أكبر وبالتالي تزداد درجة حرارته . وعندما يبرد الجسم يفقد جزءا من طاقته الحرارية فتقل الطاقة الحركية لجسيماته مما يبطيء من حركة جسيماته فتنخفض درجة حرارته، وهي تعد مقياس لمعدل الطاقة الحركية لجسيمات ذلك الجسم، لذا تختلف درجة الحرارة عن الطاقة الحرارية، فالطاقة الحرارية هي مجموع الطاقات للجسيمات، في حين أن درجة الحرارة هي مقياس المعدل الطاقات .
عند ملاحظتك للشكل تستطيع القول أن درجة حرارة الكاكاو المثلج أقل من الكاكاو الساخن ، كما يمكنك القول أن معدل الطاقة الحركية الجسيمات الكاكاو المثلج أقل من معدل الطاقة الحركية لجسيمات مشروب الكاكاو الساخن ، كما يمكنك القول ان الكاكاو الساخن يمتلك كمية عالية من الطاقة الحرارية .
سؤال: ما العلاقة بين الطاقة الحركية الجزيئات المادة ودرجة الحرارة؟
ما المحرار؟ وما أنواعه ؟
كيف تقيس درجة حرارة كأس من الشاي الساخن ؟ هل ترتشف قسما منه أم تستعمل إصبعك للقياس بملامسته في الكأس ؟ لعلك لا تفعل ذلك ، عليك أن تستعمل المحرار .
المحرار هو أنبوب زجاجي دقيق يوجد بداخله كمية من السائل ، وغالبا مايستخدم الزئبق أو الكحول في المحرار، لانهما يبقيان سائلين ضمن مدى واسع من درجات الحرارة. وتستعمل المحارير لقياس درجة حرارة الاجسام يفضل خاصية التمدد الحراري للمواد السائلة المستعملة في هذه المحارير، وهو زيادة حجم المادة نتيجة لارتفاع درجة حرارتها .
وتستخدم ثلاث انواع من مقاييس الحرارة هي :
- المقياس السيليزي: وتقاس فيه درجات الحرارة بالدرجات السيليزية C°.
- المقياس الفهرنهايتي: تقاس فيه درجات الحرارة بالدرجات الفهرنهايتية F°.
- مقياس كلفن: تقاس فيه درجات الحرارة بمقياس كلفن K.
ولكل مقياس من هذه المقاييس ميزات معينة . المقياس السيليزي يستند تدريجه على اختيار الماء النقي كمادة أساسية حيث تؤخذ نقطتا انجماد الماء وغليانه تحت الضغط الجوي الاعتيادي له كدرجتين مرجعيتين ، فنقطة انجماد الماء تقابل (0°C) ونقطة غليان الماء تقابل (100°C). ثم تقسم المسافة بينهما إلى أجزاء متساوية بحيث يشير كل جزء إلى درجة واحدة .
مقياس كلفن : ان انجماد الماء على هذا المقياس = 273K تحت الضغط الجوي الاعتيادي، وهناك علاقة رياضية تربط بين مقياس التدريج السيليزي وتدريج كلفن وهي K=273+°C ويوضح الشكل انواع مختلفة من التداريج لقياس درجات الحرارة المختلفة.
توجد المحارير بأنواع عدة واستعمالات شتى في المنازل والطب والمختبرات والصناعة ومن أنواعها :
- محارير رقمية يعتمد عملها على تحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى اشارة كهربائية.
- محاریر زئبقية وكحولية يعتمد عملها على تمدد السائل بالتسخين .
وهناك المحرار الطبي الذي يستعمل في بعض أنواعه الزئبق وتكون تدريجاته محصورة ما بين (35°C42° – C) ويسمى هذا النوع من المحارير بالمحارير السائلة. والنوع الاخر من المحارير الطبية هو المحرار الرقمي .
سؤال: ما تدريجات المحرار الطبي ؟
اسئلة عن درجة الحرارة وتأثيرها في الأجسام
- ما الفرق بين مفهوم الحرارة ودرجة الحرارة؟
- كيف تنتقل الطاقة الحرارية بين الأجسام المتلامسة؟
- بماذا تقاس درجات الحرارة ؟
- ما نقطة انجماد الماء النقي عند مستوى سطح البحر في المقياس السيليزي ومقياس كلفن؟
- فسر كيف يحدث الاتزان الحراري بين جسمين أحدهما ساخن والآخر بارد؟
- ما انواع المحارير؟ و كيف تحول 40°C إلى K؟
- وجد أن كمية من الماء تغلي عند 102°C تحت الضغط الاعتيادي، ماذا تتوقع، هل هذا الماء نقي؟ وهل يتجمد عند o°C؟ وضح ذلك .
- ماذا يحدث عندما يتلامس جسمان لهما درجتا حرارة مختلفتان ؟