الدرس: 1-4 الحرارة

• الحرارة: هي أحد أشكال الطاقة الشائعة في حياتنا اليومية ونرمز للحرارة بالحرف (q)، والحرارة هي انتقال الطاقة الحرارية بين جسمين، درجة حرارتهما مختلفة.
• درجة الحرارة: هي مقياس للطاقة الحرارية.
• التغير في درجات الحرارة (ΔT): فالتغير في درجة الحرارة يكون كما يلي: $\mathrm{\Delta T}={\mathrm{T}}_{\mathrm{f}}-{\mathrm{T}}_{\mathrm{i}}$

حيث:

• T_f: درجة الحرارة النهائية
• T_i: درجة الحرارة الابتدائية

تتناسب الحرارة المفقودة أو المكتسبة لجسم ما طردياً مع التغير في درجات الحرارة.

التناسب بين الحرارة (q) والتغير في درجة الحرارة يمكن كتابته على الصورة الآتية:

$\mathbf{q}\propto \mathrm{\Delta T}$

ويحول التناسب الى مساواة بضرب ΔT بثابت تناسب يدعى السعة الحرارية:

$\mathbf{q}=\mathrm{C}\cdot \mathrm{\Delta }\mathbf{T}$

• السعة الحرارية: كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة m مقدرة بالغرام (g) من أي مادة درجة سيليزية واحدة ووحدتها هي (J/ C̊) وترتبط السعة الحرارية مع الحرارة النوعية (ς)(وتا) بالعلاقة الآتية: C = ς × m
• الحرارة النوعية: فتعرف على أنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة غرام واحد (1g) من أي مادة درجة سيليزية واحدة، وحدة الحرارة النوعية هي (J/g. C̊)

من العلاقات أعلاه نحصل على: $\mathbf{q}\left(\mathrm{J}\right)=\mathit{S}\left(\mathrm{J}/\mathrm{g}{\cdot }^{\circ }\mathrm{C}\right)\times \mathbf{m}\left(\mathrm{g}\right)\times \mathrm{\Delta T}\left({}^{\circ }\mathrm{C}\right)$

ما مقدار الحرارة الناتجة من تسخين قطعة من الحديد كتلتها 870g من 5C̊ إلى 95C̊؟ علماً أن الحرارة النوعية للحديد 0.45J/g.C̊.

نجد التغير في درجة الحرارة:

ΔT = (T_f - T_i) ̊C = (95-5) ̊C = 90 ̊C

باستخدام العلاقة التالية نحسب كمية الحرارة q:

$\begin{array}{r}\mathbf{q}\left(\mathrm{J}\right)=\mathit{S}\left(\mathrm{J}/\mathrm{g}{\cdot }^{\circ }\mathrm{C}\right)\times \mathbf{m}\left(\mathrm{g}\right)\times \mathrm{\Delta T}\left({}^{\circ }\mathrm{C}\right)\\ q\left(\mathrm{J}\right)=\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{45}\left(\mathrm{J}/\mathrm{g}{\cdot }^{\circ }C\right)\times 870\left(g\right)\times 90\left({}^{\circ }C\right)=35235\mathrm{J}\end{array}$

والحرارة المستهلكة من تسخين قطعة الحديد بوحدة kJ كالآتي:

$\begin{array}{r}q\left(\mathrm{kJ}\right)=\mathbf{q}\left(\mathrm{J}\right)\times \frac{1\left(\mathrm{kJ}\right)}{1000\left(\mathrm{J}\right)}\\ q\left(\mathrm{kJ}\right)=35235\left(J^{\mathrm{\prime }}\right)\times \frac{1\left(\mathrm{kJ}\right)}{1000\left(J^{\mathrm{\prime }}\right)}=35.2\mathrm{kJ}\end{array}$

تغيرت درجة حرارة قطعة من المغنيسيوم كتلتها 10g من 25C̊ إلى 45C̊ مع اكتساب حرارة مقدارها 205J، احسب الحرارة النوعية لقطعة المغنيسيوم.

$\mathrm{\Delta }T=T_f-T_i=45C^o-25C^o=20C^o$

$q=S\times m\times \mathrm{\Delta }T\Rightarrow 205J=S\times 10g\times 20C^o\Rightarrow S=1.025\mathrm{J}/\mathrm{g}.{\mathrm{C}}^o$

ما هو الفرق بين السعة الحرارة والحرارة النوعية؟