المناهج

حل فيزياء 2 الفصل الخامس الطاقة الحرارية مقررات

فهرس المقاله

حول درجات الحرارة الآتية من مقياس كلفن إلى مقياس س لسيوس

115 K

172 K

125 K

402 K

425 K

212 k

الحل :

احسب درجات الحرارة بالكلفن والسلسيوس لكل مما يلي

درجة حرارة الغرفة

ثلاجة نموذجية

يوم صيفي حار في مدينة الرياض

إحدى ليالي الشتاء في مدينة تبوك

الحل :

إن درجة حرارة الغرفة نحو 72 0F ، أو 22 0C أو 295 K تقريبا

تبلغ درجة حرارة الثلاجة نحو 4 0C ، أو 277 k تقريبا

تبلع درجة الحرارة في يوم صيفي حار في مدينة الرياض نحو 118.4 0F ، 48 0C ، 321 K

تبلغ درجة الحرارة في ليلة شتاء عادية في مدينة تبوك نحو 8 0C أو 281 K

 

عندما تفتح صنبور الماء الساخن لغسل الأواني فإن أنابيب المياه تسخن . فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها أنبوب ماء نحاسي كتلته 2.3 kg عندما ترتفع درجة حرارته من 20.0 0C إلى 80.0 0C

الحل :

يحتوي نظام التبريد لسيارة على 20.0 Lمن الماء . علما بأن كتلة لتر واحد من الماء تساوي 1 kg

إذا اشتغل المحرك حتى حصل على 836.0 kJ من الحرارة ، فما مقدار التغير في درجة حرارة الماء

إذا كان الفصل شتاء ، ونظام التبريد في السيارة مملوء بالميثانول ذي الكثافة 0.80 g/cm 3 فما مقدار الزيادة في درجة حرارة الميثانول إذا امتص 836.0 kJ من الحرارة

أيهما يعد مبردا أفضل ، الماء أم الميثانول  فسر إجابتك

الحل :

 

الماء هو المبرد الأفضل عند درجات حرارة أعلى من   0C 0، لأنه يستطيع أن يمتص الحرارة دون أن تتغير درجة حرارته كثيرا على عكس الميثانول

تبيع شركات الكهرباء الطاقة الكهربائية بوحدة KWh، حيث إن 1KWh = 3.6×10J افترض أن ثمن كل 1KWh يساوي 0.15 ريال . فما تكلفة تسخين 75 kg من الماء من درجة حرارة 15 0C إلى 43 0C

الحل :

خلطت عينة ماء كتلتها 2.00 x 10 2 g ودرجة حرارتها 80.0 C مع عينة ماء كتلتها g 2.00 x 102 ودرجة حرارتها 10.0 C  افترض عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي ما درجة الحرارة النهائية للخليط

الحل :

خلطت عينة ميثانول كتلتهاg4.00 x 102 ودرجة حرارتها 16.0 0C مع عينة ماء كتلتها g 4.00 x 102 ودرجة حرارتها 85.0 0C . مفترضا عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي ، ما درجة الحرارة النهائية للخليط

الحل :

وضحت ثلاثة أوزان فلزية لصيد السمك في ماء كتلته1.00×102g ودرجة حرارته 35.0 C فإذا كانت كتلة كل قطعة فلزية 1.00×102 g ودرجة حرارتها 100.0 0C ، وكانت درجة حرارة الخليط النهائية 45.0 0C  فما الحرارة النوعية للفلز في الأوزان

الحل :

الحرارة المكتسبة بواسطة الماء:

صورة استعلام البحث المرئي

الحرارة النوعية للفلز في الأوزان :

وضع قالب فلزي في ماء كتلته1.00 x 102g ودرجة حرارته 10.0 C  فإذا كانت كتلة القالب 1.00 x 102 g ودرجة حرارته 100.0 C وكانت درجة الحرارة النهائية للخليط 25.0 C  فما الحرارة النوعية لمادة القالب

الحل :

الحرارة المكتسبة بواسطة الماء:

الحرارة النوعية لمادة القالب :

 درجات الحرارة حول درجات الحرارة الآتية لأنظمة القياس المشار إليها

0C إلى كلفن

34K إلى سلسيوس

212 0C إلى كلفن

316 K على سلسيوس

الحل :

Tk = Tc + 273 = 5+273 = 278 K

Tc = Tk – 273 = 34 – 273 = -239 0C

Tk = Tc + 273 = 212 +273 = 485 K

Tc = Tk – 273 = 316 – 273 = 43 0C

التحويلات حول درجات الحرارة الآتية إلى كلفن

  1.  28 0C
  2.  154 0C
  3.  568 0C
  4.  -55 0C
  5.  -184 0C

الحل :

Tk = Tc + 273 = 28 +273 = 301 K

Tk = Tc + 273 = 154 +273 = 427 K

Tk = Tc + 273 = 568 +273 = 841 K

Tk = Tc + 273 = -55 +273 = 218 K

Tk = Tc + 273 = -184 +273 = 89 K

 

الطاقة الحرارية هل يمكن أن تكون الطاقة الحرارية لكمية من الماء الساخن مساوية للطاقة الحرارية لكمية أخرى من الماء البارد  فسر إجابتك

الحل :

إذا كانت الكميتان متماثلتان فإن لكمية الماء الساخن طاقة حرارية أكبر

 

 

انتقال الحرارة لماذا تبقى البطاطا المشوية ساخنة مدة أطول من أي طعام آخر في الطبق نفسه

الحل :

إن للبطاطا حرارة نوعية كبيرة ولا توصل الحرارة بصورة جيدة ، لذا فإنها تفقد حرارتها ببطء

الحرارة يكون بلاط أرضية الحمام في الشتاء باردا عند لمسه بالقدم رغم أن باقي غرفة الحمام دافئة  فهل تكون الأرضية ابرد من سائر غرفة الحمام

الحل :

يوصل البلاط الحرارة بكفاءة عالية أكثر من معظم المواد

السعة الحرارية النوعية إذا تناولت ملعقة بلاستيكية من فنجان شاي حار ووضعتها في فمك  فلن تحرق لسانك  على الرغم من أنك قد تحرق لسانك بسهولة لو وضعت الشاي الحار في فمك مباشرة  فلماذا

الحل :

للملعقة البلاستيكية حرارة نوعية أقل ، لذا لا تنقل الكثير من الحرارة إلى لسانك عندما تبرد

الحرارة يستعمل كبار الطباخين في أغلب الأحيان مقالي طبخ مصنوعة من الألمنيوم السميك أفضل من الرقيق للطبخ

الحل :

يؤدي الألومنيوم السميك إلى إيصال الحرارة بصورة أفضل ولا تكون في بقع أسخن مما حولها .

الحرارة والطعام لماذا يتطلب شي حبة البطاطس كاملة مدة أطول من قليها على شكل شرائح صغيرة

الحل :

لا توصل البطاطس الحرارة جيدا ، كما يؤدي تقسيمها إلى أجزاء صغيرة إلى زيادة المساحة السطحية ، مما يزيد من تدفق الحرارة إليها . وبعد تدفق الحرارة من الزيت الحار إلى البطاطس (كما في القلي) أكثر كفاءة من تدفق الحرارة من الهواء الساخن إلى البطاطس (كما في الشي)

التفكير الناقد قد ينتج بعض الضباب فوق سطح الماء عندما يسخن ، قبل بدء الغليان مباشرة . فما الذي يحدث  وأين يكون الجزء الأبرد من الماء في القدر

الحل :

 تتدفق الحرارة من الموقد (الجزء الأسخن) إلى قمة سطح الماء (الأبرد )

ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها 1.00 x 102 g ودرجة حرارتها -20.0 0C إلى ماء درجة حرارته 0.0 0C

الحل :

 اذا سخنت عينة ماء كتلتها 2.00×102 g ودرجة حرارتها 60.0 0C فأصبحت بخارا درجة حرارته 140.0 0C  فما مقدار الحرارة الممتصة

الحل :

احسب كمية الحرارة اللازمة لتحويل3.00 x 10^2 gمن جليد درجة حرارته -30.0 0C إلى بخار ماء درجة حرارته 130.0 0C

الحل :

يمتص بالون غاز 75 J من الحرارة  فإذا تمدد هذا البالون وبقي عند درجة الحرارة نفسها فما مقدار الشغل الذي بذله البالون في اثناء تمدده

الحل :

بما أن درجة الحرارة لا تتغير فإن قيمة التغير U تساوي صفر

ومنه فإن مقدار الشغل الذي بذله البالون في اثناء تمدده يساوي 75 J

يثقب مثقب كهربائي فجوة صغيرة في قالب من الألمنيوم كتلته0.40 kgفيسخن الألمنيوم بمقدار 5.0 0C  ما مقدار الشغل الذي بذله المثقب

الحل :

كم مرة يتعين عليك إسقاط كيس من الرصاص كتلته0.05 kgمن ارتفاع 1.5 m ، لتسخين الرصاص بمقدار 1.0 0C

الحل :

في كل مرة يتم رفع الحقيبة فإن طاقة الوضع

ومنه فإن عدد المرات التي يجب إسقاط الكيس بها

 

عندما تحرك كوبا من الشاي ، تبذل شغلا مقداره0.05 Jفي كل مرة تحرك فيها الملعقة بصورة دائرية . كم مرة يجب ان تحرك الملعقة لترفع درجة حرارة كوب الشاي الذي كتلته 0.15 kg بمقدار 2.0 0C  (بإهمال زجاج الكوب)

الحل :

كيف يمكن استخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية لشرح كيفية تخفيض درجة حرارة جسم ما

الحل :

من الممكن أن تكون قيمة التغير في U سالبة ، لأن 

لذا يبرد الجسم إذا كانت Q = 0 ويبذل الجسم شغلا بفعل التمدد على سبيل المثال . او تكون W=0 و  سالبة فينقل الجسم الحرارة إلى المحيط . وستفي أي من هاتين الصيغتين بالغرض 

 

الحرارة الكامنة للتبخر يرسل النظام القديم للتدفئة بخارا داخل الأنابيب في كل غرفة من المنزل ، ويتكاثف هذا البخار في داخل المشعاع ليصبح ماء . حلل هذه العملية ، واشرح كيف تعمل على تدفئة الغرفة

الحل :

يحرر البخار المتكاثف حرارة التبخر إلى داخل الغرفة

الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل 50.0 gمن الماء عند درجة حرارة 80.0 Cإلى بخار عند درجة حرارة 110.0 C

الحل :

الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الطاقة اللازمة لتسخين 1.0 kgمن الزئبق عند درجة حرارة 10.0 Cإلى درجة الغليان وتبخره كاملا ؟ علما بأن الحرارة النوعية للزئبق هي 140 J/kg.C  والحرارة الكامنة لتبخره هي 3.06×105 J/kg  ودرجة غليان الزئبق هي 357 C

الحل :

الطاقة الميكانيكية و الطاقة الحرارية قاس جيمس جول الفرق في درجة حرارة الماء عند قمة شلال ماء وعند قاعه بدقة  فلماذا توقع وجود فرق

الحل :

للماء عند قمة الشلال طاقة وضع جاذبية ، وتتحول بعض هذه الطاقة إلى طاقة حرارية عندما يصطدم الماء بالأرض عند قاع الشلال

 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية يستخدم رجل مطرقة كتلتها 320kg تتحرك بسرعة 5.0 m/s لتحطيم قالب رصاص كتلته 3.0 kg موضوع على صخرة كتلتها 3.0 kg موضوع على صخرة كتلتها 450 kg  وعندما قاس درجة حرارة القالب وجد أنها زادت 5.0 C  فسر ذلك

الحل :

يمتص قالب الرصاص جزءا من طاقة المطرقة الحركية . إن مقدار طاقة المطرقة يساوي

والتغير في طاقة القالب الحرارية يساوي

أي أن نصف طاقة المطرقة انتقلت إلى قالب الرصاص

الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية تتدفق مياه شلال يرتفع 125.0 mكما في الشكل 17-5 احسب الفرق في درجة حرارة الماء بين قمة الشلال وقاعه إذا تحولت كل طاقة وضع الماء إلى طاقة حرارية

الحل :

الإنتروبي لماذا ينتج عن تدفئة المنزل بواسطة الغاز الطبيعي زيادة في كمية الفوضى أو العشوائية

الحل :

يحرر الغاز حرارة عند درجة حرارة الاحتراق . حيث تتحطم الروابط بين جزيئات الغاز ، ثم تتحد الجزيئات بالأكسجين . و تتوزع الحرارة بطرائق جديدة عديدة ، ولا تعيد جزيئات الغاز الطبيعي تجمعها بسهولة وسرعة

التفكير الناقد إذا كان لديك أربع مجموعات من بطاقات فهرسة ، لكل مجموعة لون محدد . تحتوي كل مجموعة من 20 ورقة مرقمة . فإذا خلطت بطاقات هذه المجموعات معا عدة مرات فهل من المحتمل أن تعود البطاقات إلى ترتيبها الأصلي  وضح ذلك  و ما القانون الفيزيائي الذي ينطبق عليه هذا المثال

الحل :

لا ، هذا مثال على القانون الثاني في الديناميكا الحرارية والذي تزيد فيه الفوضى

 أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات الآتية: الحرارة، الشغل، الطاقة الداخلية

الحل:

وضح الاختلافات بين الطاقة الميكانيكية لكرة ماوطاقتها الحرارية  ودرجة حرارتها

الحل:

إن الطاقة الميكانيكية هي مجموع طاقتي الوضع والحركة للكرة على اعتبار أنها كتلة واحدة . والطاقة الحرارية هي مجموع طاقتي الوضع والحركة للجسيمات المنفردة المكونة لكتلة الكرة . أما درجة الحرارة فهي قياس للطاقة الداخلية للكرة

هل يمكن وجود درجة حرارة للفراغ؟ وضح ذلك

الحل:

لا ، لا يوجد في الفراغ جسيمات ليكون لها طاقة

هل جميع الجزيئات أو الذرات في السائل لها السرعة نفسها

الحل:

لا ، يوجد توزيع لسرعات الذرات أو الجزيئات

هل يعد جسم الإنسان مقياسا جيدا لدرجة الحرارة تشعر في يوم شتاء بارد أن مقبض الباب المعدني أبرد من المقبض الخشبي فسر ذلك

الحل:

يقيس الجلد تدفق الحرارة منه  أو إليه ، ويمتص مقبض الباب المعدني الحرارة من الجلد أسرع من الباب الخشبي ، لذا يبدو أبرد

عند تدفق الحرارة من جسم ساخن ملامس لجسم بارد هل يحدث للجسمين التغير نفسه في درجات الحرارة

الحل:

ستتغير درجات الحرارة للجسمين اعتمادا على كتلتيهما وعلى حرارتيهما النوعية . وليس بالضرورة أن يكون تغير درجة الحرارة هو نفسه لكل منهما

هل تستطيع إضافة طاقة حرارية إلى جسم دون زيادة درجة حرارته  فسر ذلك

الحل:

عندما تصهر مادة صلبة أو عندما تغلي سائلا فإنك تضيف طاقة حرارية دون إحداث تغيير في درجة الحرارة .

عندما يتجمد الشمع، هل يمتص طاقة أم يبعث طاقة

الحل:

عندما يتجمد الشمع تنبعث منه طاقة

فسر لماذا يبقى الماء في القربة المحاطة بقماش رطب بارداً أكثر من حالة عدم وجود القماش

الحل:

عندما يتبخر الماء داخل الغطاء القماشي في الهواء الجاف فإنه يمتص كمية طاقة تتناسب مع حرارة انصهاره . لذا تبرد القربة

أي العمليات تحدث في ملفات مكيف الهواء الموجودة داخل المنزل التبخر أم التكاثف وضح ذلك

الحل:

يتبخر غاز التبريد داخل الملفات الموجودة داخل المنزل ، ليمتص الطاقة من الغلاف

الطبخ تطهو امرأة اللحم في قدر ماء يغلي فهل ينضج اللحم أسرع عند غلي الماء بشدة أو غليه بهدوء (على نار هادئة)

الحل:

ينبغي ألا يكون هناك اختلاف ، فالماء في كلتا الحالتين له درجة الحرارة نفسها

أي السائلين يبرده مكعب من الثلج أسرع الماء أم الميثانول وضح ذلك

الحل:

الميثانول ، لأن له حرارة نوعية أقل . يولد التغير في الزمن T أكبر لكتلة معينة وانتقال حرارة معينة ، حيث إن Q = mC(Tf-Ti)

سُخنت كتلتان متساويتان من الألومنيوم والرصاص بحيث أصبحتا عند درجة الحرارة نفسها، ثم وضعت القطعتان على لوحين متماثلين من الجليد. أيهما يصهر جليدا أكثروضح ذلك

الحل:

يصهر الألمنيوم جليدا أكبر ، لأن حرارته النوعية أكبر من الحرارة النوعية للرصاص

لماذا يشعر الشخص ببرودة السوائل السريعة التبخر على الجلد، ومنها الأسيتون والميثانول

الحل:

لأنهما يمتصان حرارة التبخر من الجلد عند تبخرهما

أُسقط قالبان من الرصاص لهما درجة الحرارة نفسها في كأسين متماثلين من الماء متساويتين في درجة الحرارة. فإذا كانت كتلة القالبAضعف كتلة القالب B  ، فهل يكون لكأسي الماء درجات الحرارة نفسها بعد الوصول إلى حالة الاتزان الحراري وضح ذلك

الحل:

ستكون الكأس ذات القالب A أسخن ، لأن القالب A يحتوي طاقة حرارية أكثر

 

ما مقدار الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة50.0 gمن الماء من درجة حرارة 4.5 C إلى درجة حرارة 83.0 C

الحل:

يمتص قالب من المعدن كتلته5.0×102 g كمية من الحرارة مقدارها 5016 J  عندما تتغير درجة حرارته من 20.0 C إلى 30.0 C . احسب الحرارة النوعية للمعدن

الحل:

وضعت كتلة من التنجستن مقدارها 1.00×10 2g، ودرجة حرارتها100.0 C في 2.00×10 2g من الماء عند درجة 20.0 C . احسب الحرارة النوعية للتنجستن

الحل:

خُلطت عينة كتلتها6.0×102g من الماء عند درجة 90.0 C بعينة ماء كتلتها 4.0×102 g عند 22.0 C . فإذا افترضت عدم فقدان أي حرارة للمحيط، فما درجة الحرارة النهائية للخليط

الحل:

وضعت قطعة خارصين في وعاء ماء كما فيالشكل5-18 . فإذا كانت كتلة القطعة 10.0 kg ، ودرجة حرارتها 71.0 C ،وكتلة الماء 20.0 kg، ودرجة حرارته قبل إضافة القطعة 10.0 C ، فما درجة الحرارة النهائية للماء والخارصين

الحل:

إن الطاقة الحركية لسيارة صغيرة تتحرك بسرعة100 km/hهي 2.9×105 J . لتكون انطباعا جيدا عن مفهوم الطاقة، احسب حجم الماء (باللتر) الذي ترتفع حرارته من درجة حرارة الغرفة (20.0 C) إلى درجة الغليان (100.0 C) إذا اكتسب طاقة مقدارها 2.9×105J

الحل:

سخان الماءيستخدم سخان ماء قدرته 3.0×102w لتسخين قدح ماء كما في الشكل 5-19 . ما مقدار الزمن اللازم لجعل الماء يغلي ، إذا كان القدح مصنوعا من الزجاج وكتلته 3.0×102g  ويحتوي 250g من الماء عند 15C ؟ افرض أن درجة حرارة القدح مساوية لدرجة حرارة الماء، وأنه لن يفقد الحرارة إلى الهواء

الحل:

محرك السيارةيحتوي محرك سيارة حديد كتلته 2.50×102 kg كما يحتوي على ماء للتبريد. افتراض أن درجة حرارة المحرك لحظة توقفه عن العمل 35.0 C ، ودرجة حرارة الهواء 10.0 C . فما مقدار كتلة الماء المستخدمة لتبريد المحرك ، إذا كانت الحرارة الناتجة عن المحرك والماء داخله عندما يبردان ليصلا إلى درجة حرارة الهواء هي 4.40×106 J

الحل:

كانت إحدى طرائق التبريد قديما تقتضي استخدام قالب من الجليد كتلته20.0 kg يوميا في صندوق الجليد المنزلي . وكانت درجة حرارة الجليد 0.0 C عند استلامه. فما مقدار الحرارة التي يمتصها القالب في أثناء انصهاره

الحل:

كُثفت عينة من الكلوروفورم كتلتها40.0 g من بخار عند درجة .6 C 61إلى سائل عند درجة 61.6 C ، فانبعثت حرارة مقدارها 9870 J . ما الحرارة الكامنة لتبخر الكلوروفورم

الحل:

تحركت سيارة كتلتها750kgبسرعة 23m/s ثم توقفت بالضغط على المكابح. فإذا احتوت المكابح على 15kg من الحديد الذي يمتص الحرارة. فما مقدار الزيادة في درجة حرارة المكابح

الحل:

ما مقدار الحرارة المضافة إلى كتلة10.0 gمن الجليد عند درجة 20.0 C – لتحويلها إلى بخار ماء عند درجة 120.0 C

الحل:

كمية الحرارة اللازمة لتسخين الجليد لدرجة حرارة 0.0 C :

كمية الحرارة اللازمة لإذابة الجليد

كمية الحرارة اللازمة لتسخين الماء لدرجة حرارة 100 C

كمية الحرارة اللازمة لغليان الماء

كمية الحرارة اللازمة لتسخين البخار لدرجة حرارة 120 C

كمية الحرارة الكلية

تتحرك قذيفة من الرصاص كتلتها4.2gبسرعة 275m/s  فتصطدم بصفيحة فولاذية وتتوقف ، فإذا تحولت طاقتها الحركية كلها إلى طاقة حرارية دون فقدان أي شيء منها ، فما مقدار التغير في درجة حرارتها

افترض أن الحرارة كلها بقيت في الرصاصة وأن مادتها هي الرصاص

الحل:

ينتج كل100 mLمن مشروب خفيف طاقة مقدارها 1.7kJ ، فإذا كانت العلبة منه تحتوي على 375 ml ، وشربت فتاة العلبة وأرادت أن تفقد مقدار ما شربته من الطاقة من خلال صعود درجات سلم، فما مقدار الارتفاع الذي ينبغي أن تصعد إليه الفتاة إذا كانت كتلتها 65.0 kg

الحل:

اكتسبت الفتاة طاقة تساوي

مقدار الارتفاع الذي ينبغي أن تصعد إليه الفتاة يساوي

ما كفاءة المحرك الذي ينتج2200J/sعندما يحرق من البنزين ما يكفي لإنتاج 5300J/s ؟ وما مقدار الحرارة الضائعة التي ينتجها المحرك كل ثانية

الحل:

مكبس أختامتبذل آلة أختام معدنية في مصنع 2100J من الشغل في كل مرة تختم فيها قطعة معدنية . ثم تغمس كل قطعة مختومة في حوض يحتوي 32.0 kg من الماء للتبريد . فما مقدار الزيادة في درجات حرارة الحوض في كل مرة تغمس فيها قطعة معدنية مختومة

الحل:

حركت سيارة كتلتها1500 kgبسرعة 25 m/s  ، ثم توقفت تماما عن الحركة بعد ضغط سائقها على المكابح. ما مقدار التغير في درجة حرارة المكابح إذا أودعت كامل طاقة السيارة في المكابح المصنوعة من الألومنيوم والتي كتلتها 45kg

الحل:

تغير الطاقة في السيارة

إذا تم نقل كل هذه الطاقة فإن

الشاي المثلج لتصنع الشاي المثلج تمزجه بالماء الساخن، ثم تضيف إليه الجليد. فإذا بدأت بمقدار 1.0 L من الشاي عند درجة 90C ، فما أقل كمية من الجليد يتطلبها تبريده إلى درجة 0.0C ؟ وهل الأفضل ترك الشاي يبرد درجة حرارة الغرفة قبل إضافة الجليد إليه

الحل:

الحرارة المفقودة

كمية الجليد المذاب

لذلك تحتاج إلى جليد أكثر قليلا من الشاي ولكن هذه النسبة ستقلل من تركيز الشاي لذلك اترك الشاي يبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل إضافة الجليد

وضع قالب من النحاس عند100.0Cملامسا قالبا من الألومنيوم عند 20.0C ، كما في الشكل 5-20 . ما الكتل النسبية للقالبين إذا كانت درجة الحرارة النهائية لهما 60.0C

الحل:

لقالب النحاس كتلة أكبر 2.3 مرة من كتلة قالب الألمنيوم

ينزلق قالب من النحاس كتلته0.53kgعلى سطح الأرض، ويصطدم بقالب مماثل يتحرك في الاتجاه المعاكس بمقدار السرعة نفسه. فإذا توقف القالبان بعد الاصطدام، وازدادت درجة حرارتهما بمقدار 0.20C نتيجة التصادم، فما مقدار سرعتيهما قبل الاصطدام

الحل:

التغير في الطاقة الداخلية للكتل هو

 

ينزلق قالب من الجليد كتلته2.2kgعلى سطح خشن . فإذا كانت سرعته الابتدائية 2.5m/s  وسرعته النهائية 0.5m/s ، فما مقدار ما ينصهر من قالب الجليد نتيجة للشغل المبذول بفعل الاحتكاك

الحل:

لذلك، يضاف 6.6 J إلى الجليد. يتم إعطاء كمية من ذاب الجليد

حلل ثم استنتج ينتزع محرك حراري معين50.0J من الطاقة الحرارية من مستودع حار عند درجة حرارة TH=545K ، ويبعث 40.0J من الحرارة إلى مستودع بارد عند درجة حرارة TL=325K . كما يعمل على نقل الإنتروبي من مستودع إلى آخر أيضا خلال العملية

a. كيف يعمل المحرك على تغير الإنتروبي الكلي للمستودعين

b. ماذا سيكون تغير الإنتروبي الكلي في المستودعين إذا كانتTL=205K

الحل:

   a)

b)

 

ازداد التغير الكلي في الانتروبي في المستودعات وفي الكون تقريبا بمعامل يساوي 3

حلل ثم استنتج تزداد عمليات الأيض للاعبي كرة القدم خلال اللعبة بمقدار 30.0W . ما مقدار العرق الذي يجب أن يتبخر من اللاعب كل ساعة ليبدد هذه الطاقة الحرارية الإضافية

الحل:

كمية الطاقة الحرارية التي تبدد في 1.00 h

كمية العرق الذي يجب أن يتبخر :

حلل ثم استنتج يستخدم الكيميائيون المسعر لقياس الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية. فعلى سبيل المثال، يذيب كيميائي 1.0×1022 جزيئا من مسحوق مادة في مسعر يحتوي 0.5 kg من الماء، فتتحطم الجزيئات وتتحرر طاقة ربطها ليمتصها الماء، فتزداد درجة حرارة الماء إلى 2.3 C . ما مقدار طاقة الربط لكل جزيء مع هذه المادة

الحل:

كمية الطاقة المضافة إلى الماء :

وبالتالي فإن الطاقة لكل جزيء :

تطبيق المفاهيم تعد الشمس مصدر جميع أشكال الطاقة على الأرض. حيث تكون درجة حرارة سطح الشمسk 104 تقريبا. ماذا يحدث للعالم لو كانت درجة حرارة سطح الشمسk  103

الحل:

سيتغير متوسط درجات الحرارة على الأرض وبالتالي أنماط الطقس وأصناف النباتات وأنواع الحيوانات المنقرضة

لقد تأثر فهمنا للعلاقة بين الحرارة والطاقة بأعمال بنجامين ثومسون، وكونت رمفورد ، وجيمس جول. حيث اعتمدوا على النتائج التجريبية لتطوير أفكارهم. تحقق من التجارب التي قاموا بها، وقدر هل من الإنصاف تسمية وحدة الطاقة بالجول بدلاٌ من ثومسون

الحل:

كان الاعتقاد في عام 1799م أن الحرارة سائل يتدفق من جسم إلى آخر . واعتقد كونت رمفود أن الحرارة تحدث بسبب حركة الجزيئات في المعدن . ولم تلاق أفكاره قبولا واسعا ، إذ لم يجر أي قياسات كمية . في حين أجرى جول في عام 1843 م قياسات دقيقة ، فقاس التغير في درجة الحرارة الذي يسببه إضافة حرارة أو بذل شغل على كمية من الماء . وأثبت أن الحرارة صفة مميزة للطاقة وأن الطاقة محفوظة . فاستحق جول أن ينسب له الفضل وتسمى الوحدة باسمه

للماء حرارة نوعية كبيرة غير عادية، كما أن كلا من الحرارة الكامنة لانصهاره وتبخره عالية. ويعتمد الطقس على الماء في حالاته الثلاث. ترى كيف يكون العالم إذا كانت خصائص الماء الحرارية مثل خصائص المواد الأخرى كالميثانول مثلا

الحل:

إن الحرارة النوعية الكبيرة وحرارتي الانصهار والتبخر الكبيرتين تعني أن الماء في حالاته الثلاث – الماء والجليد وبخار الماء – يمكنه أن يخزن كمية كبيرة من الطاقة الحرارية دون أن يحدث تغيير كبير في درجات حرارته . وآثار ذلك كثيرة . فالمحيطات والبحيرات الكبيرة تلطف من تغيرات درجة الحرارة في المناطق المجاورة على نحو يومي وموسمي . ويكون التغير في درجة الحرارة بين النهار والليل بالقرب من البحيرة أقل كثيرا من التغير في درجة الحرارة في الصحراء بين الليل والنهار . وحد حرارة الانصهار الكبيرة للماء من تغير المواسم في القطبين الشمالي والجنوبي ، إذ يمتص الماء الطاقة عندما يتجمد الماء في الخريف ويحرر الطاقة في الربيع مما يبطئ تغيرات درجة الحرارة في الغلاف الجوي ، كما يمتص الماء ويخزن الكثير من الطاقة عند تبخره ، وهذه الطاقة الحرارية هي التي تؤدي إلى تغيرات الطقس المتطرفة مثل العواصف الرعدية والأعاصير .

 

ترفع رافعة كتلة مقدارها180 kgإلى ارتفاع 1.95 m . ما مقدار الشغل الذي تبذله الرافعة لرفع الكتلة

الحل:

في عرض للقوة طلب إلى مجموعة من الجنود الأشداء دحرجة صخور كتلة كل منها215 kgإلى أعلى تل ارتفاعه 33 m ، فإذا كان بإمكان أحد المشاركين توليد قدرة متوسطها 0.2 kw ، فكم صخرة خلال 1 h يستطيع أن يدحرج إلى أعلى التل

الحل:

كمية الشغل اللازمة لاكمال لفة واحدة :

في ساعة واحدة كمية الشغل تساوي :

عدد الصخور التي يستطيع أحد المشاركين دحرجتها خلال ساعة واحدة :

عشر صخور في ساعة واحدة

 أي تحويلات درجات الحرارة التالية غير صحيح

a. -273 C = 0 k

b.  273 C = 546 k

c.298 k =571 C

d.88 k = -185 C

الحل :

الإجابة الصحيحة هي : C

ما وحدات الانتروبي

J/K

K/J

J

KJ

الحل :

الإجابة الصحيحة هي : A

أي العبارات الاتية المتعلقة بالاتزان الحراري غير صحيح

عندما يكون جسمان في حالة اتزان فإن الإشعاع الحراري بين الجسمين يستمر في الحدوث

يستخدم الاتزان الحراري في توليد الطاقة في المحرك الحراري

يستخدم مبدأ الاتزان الحراري في الحسابات المسعرية

عندما لا يكون جسمان في حالة اتزان فإن الحرارة ستتدفق من الجسم الساخن إلى الجسم الابرد منه

الحل :

الإجابة الصحيحة هي : B

ما كمية الحرارة اللازمة لتسخين 87gمن الميثانول المتجمد عند 14 kإلى بخار عند 340 k ؟ ( درجة انصهاره -97.6 C ، درجة غليانه 64.6 C ، افترض ان الحرارة النوعية للميثانول ثابتة في جميع حالاته )

17 KJ

69 KJ

1.4 x 102 KJ

1.5 x 102 KJ

الحل :

الإجابة الصحيحة : B

 

أي العبارات الاتية المتعلقة بالطاقة والإنتروبي وتغيرات الحالة صحيح

يزيد تجميد الماء من طاقته حيث يكتسب ترتيبا جزيئيا باعتباره تحول إلى مادة صلبة

كلما كانت السعة الحرارية النوعية للمادة أكبر زادت درجة حرارة انصهارها

حالات المادة ذات الطاقة الحركية الأكبر يكون لها إنتروبي اكبر

لا يمكن أن تزداد الطاقة والإنتروبي في الوقت نفسه

الحل :

الإجابة الصحيحة : C

ما مقدار الحرارة اللازمة لتدفئة 363 mlمن الماء في زجاجة أطفال من 24 Cإلى 38 C

21 KJ

36 KJ

121 KJ

820 KJ

الحل :

الإجابة الصحيحة : A

تكون هناك دائما كمية حرارة مفقودة في المحرك الحراري ، لأن

الحرارة لا تنتقل من الجسم البارد إلى الجسم الساخن

الاحتكاك يعمل على إبطاء المحرك

الإنتروبي يزداد في كل مرحلة

مضخة الحرارة تستخدم طاقة

الحل :

الإجابة الصحيحة هي C

ما مقدار الحرارة اللازمة لصهر 81 gمن الجليد عند درجة 0.0 Cفي دورق ويسخن إلى 10 C

0.34 kJ

27 KJ

30 KJ

190 KJ

الحل :

الإجابة الصحيحة : C

إذا بذلت 0.050 Jمن الشغل على القهوة في الفنجان في كل مرة تحركها ، فما مقدار الزيادة في الإنتروبي في 125 mlمن القهوة عند درجة 65 C عندما تحركها 85  مرة

الحل :

الإجابة الصحيحة هي : A

 

ما الفرق بين الحرارة اللازمة لصهر 454 gمن الجليد عند 0.0 C، والحرارة اللازمة لتحويل 454g من الماء عند 100 C  إلى بخار ؟ وهل مقدار الفرق اكبر أم اقل من كمية الطاقة اللازمة لتسخين 454 g من الماء عند 0.0C إلى 100.0 C

الحل :

للصهر : 152 KJ ، للتبخر : 1030 KJ ، يتطلب التحويل إلى بخار طاقة أكبر بمقدار 878 KJ ، للتسخين : 190 KJ ، إن الفرق في الطاقة بين الحالتين اكبر من الطاقة التي يتطلبها تسخين الماء في الحالة السائلة

 

 

 

السابق
بماذا تقاس درجة غليان الذهب
التالي
نظرية التطور الكوني