النتائج 1 إلى 3 من 3

الموضوع: درجة الحرارة ..
  • مشاركات: 2 :: المشاهدات: 12422


    1. #1

      افتراضي درجة الحرارة ..

      Bookmark and Share




      درجات الحرارة:
      تعرف درجة حرارة جسم ما على انها مقياس للطاقة الداخلية للمادة عند تلك الدرجة.

      تتراوح درجات الحرارة في هذا الكون الفسيح بين الاف الملايين كلفن إلى ما يقارب الصفر كلفن ، علماً بأن اقل درجة حرارة وصل الانسان اكثر قليلا من الصفر المطلق (كما في الشكل المقابل) ولاحدود لأعلى درجة سجلت حتى الان فتصل درجة حرارة الانشطار النووي للهيلوم إلى 100 مليون كلفن.

      الشكل المقابل نلاحظ درجات حرارة بمقياس كلفن لأجسام مختلفة مثل درجة حرارة باطن الشمس التي تصل إلى 107K ودرجة حرارة الهيليوم السائل التي تقدر بـ 4K.



      التمدد الحراري للمواد الصلبة والسائلة
      Thermal expansion of solids and Liquids

      مقدمة
      من المعلوم أن معظم الأجسام تتمدد expand عندما تزداد درجة حرارتها. هذه الظاهرة تلعب دوراً رئيسيا في العديد من التطبيقات الهندسية، فعلى سبيل المثال يتم ترك مسافات بين الوصلات الحديدية في المباني والجسور والسكك الحديدية والطرق السريعة لتعطي المجال للتمدد والإنكماش وإذا لم يتم فعل ذلك يمكن ان يتصدع المبنى أو تنهار الجسور وتلتوي السكك الحديدية بفعل التمدد الحراري للمواد المصنوعة منه.
      إن التمدد الحراري thermal expansion للاجسام هو نتيجة عن للتغير الذي يحدث للمسافات الفاصلة بين جزيئات وذرات المادة.
      * ولفهم أدق لما ذكرناه لننظر إلى الشكل الموضح أدناه حيث يعبر عن التركيب البلوري لمادة في الحالة الصلبة والتي تحتوي على مصفوفة مرتبة من الذرات المترابطة مع بعضها البعض بفعل القوى الكهربية (الزنبرك في الشكل يمثل القوى الكهربية).

      يمثل الشكل بلورة لمادة صلبة والزنبرك بين الذرات يمثل القوى الكهربية
      التي تربط الذرات بعضها ببعض.

      عند درجات الحرارة العادية تتذبذب الذرات حول موضع استقرارها في البلورة وتبلغ سعة الذبذبة ما يقارب 1x10-11m وبتردد يصل إلى 1013Hz. حيث تكون المسافة الفاصلة بين الذرات في البلورة 1x10-10m فإن هذه المسافة تزداد بزيادة درجة الحرارة نتيجة لازدياد سعة الذبذبة وبتجميع هذه الزيادات بين ذرات المادة ينتج عنه تمدد ملحوظ بزيادة درجة الحرارة.

      يحدث التمدد على كافة ابعاد الجسم كالطول والعرض والسمك وتكون نسبة الزيادة حسب الأبعاد الهندسية للمادة ومقدار الزيادة يتناسب طردياً مع الطول الأصلي لذا تكون الزيادة في الطول اكثر منها في العرض أو السمك.

      قبل التسخين

      بعد التسخين
      لنفترض أن أن الطول الأصلي لجسم هو L وبزيادة درجة الحرارة بمقدار DT يحدث زيادة في الطول مقدارها DL وقد اثبتت التجارب ان التغير في الطول يتناسب طرديا مع التغير في درجات الحرارة والطول الأصلي لذا يمكن كتابة معادلة التغير في الطول على النحو التالي:



      حيث ان ثابت التناسب a يسمى معامل التمدد الطولي للمادة coefficient of linear expansion ويعطى بالمعادلة التالية:
      وعليه يمكننا تعربف معامل التمدد الطولي a على أنه مقدار التغير في الطول DL/L لكل تغير في درجة الحرارة بمقدارة درجة مئوية. وتكون وحدة معامل التمدد الطولي هي deg-1، فمثلاً لو كانت a تساوي 11x10-6(Co)-1 تعني أن الزيادة في الطول لجسم ما تتغير بمقدار 11 جزء لكل مليون من طولها الأصلي عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة.

      ملاحظة التمدد للاجسام يشمل كافة أبعاد الجسم فعلى سبيل المثال لو اعتبرنا حلقة مفرغة كما في الشكل المقابل وتم تسخينها فإن القطر الداخلي للحلقة الصغرى وكذلك القطر الخارجي للحلقة الخارجية يتمددان كما هو موضح في الشكل.


      فسر سبب تقوس القطعتين في الشكل ادناه بالتسخين


      نعلم من السابق ان جميع المواد تتمدد بالحرارة ولكن كل مادة لها معامل تمدد مختلف وفي الجدول التالي نوضح قيمة التمدد الطولي لبعض المواد (تحتاج هذه القيم لحل الأمثلة والتمارين)


      Coefficients of Thermal Expansion at 20 oC

      التمدد الحجمي
      كما يتضح في الجدول ان معامل التمدد الحجمي لمجموعة اخرى من المواد (في الحالة السائلة) فما هو معامل التمدد الحجمي؟
      حيث أن التمدد الطولي يشمل كافة ابعاد الجسم ويكون التمدد ذو علاقة خطية مع درجة الحرارة لجميع ابعاد الج
      سم فإن هذا يعني ان بالامكان التعامل مع التمدد السطحي أو الحجمي، والتغير في الحجم مع درجة الحرارة عند ثبوت الضغط يتناسب مع الحجم الأصلي V والتغير في درجات الحرارة. ويمكن التعبير عن التمدد الحجمي رياضيا بالعلاقة التالية:



      تسمى bمعامل التمدد الحجمي coefficient of volume expansion ويعادل ثلاثة اضعاف معامل التمدد الطولي للمواد المتماثلة أي أن

      b = 3a


      وعلى نفس الأساس يكون التمدد السطحى لمادة ما يعطي بالعلاقة التالية




      التمدد والسوائل
      بصفة عامة تتمدد السوائل ويزداد حجمها بزيادة درجة الحرارة، ويكون معامل تمددها الحجمي اكبر بعشرة مرات للمواد الصلبة. ولكن الماء يشذ عن باقي السوائل حيث ان كثافة الماء تزداد بزيادة درجة الحرارة من 0 إلى 4 درجة مئوية وينكمش الماء، وإذا ازدادت درجة الحرارة أكثر من 4 درجات مئوية فإن الماء يتمدد بزيادة درجة الحرارة وتتناقص كثافته. تكون كثافة الماء اكبر ما يمكن عند درجة حرارة 4oC وتساوي 1000Kg/m3.

      Density INCREASES between 0ºC and 4 ºC
      Maximum density of water is 1000 kg/m3at 4 ºC
      Density of ice = 917 kg/m3.... Ice floats!
      شذوذ الماء يكون لدرجة الحرارة أقل من 4oC وذلك لحكمة الله سبحانه وتعالى حيث أن هذه الخاصية المميزة للماء سبب تجمد مياه البحار والمحيطات يبدء من على السطح لأن كثافة الثلج ستكون أقل من كثافة الماء وذلك لتتمكن الكائنات الحية من البقاء حية إذا ما انخفضت درجات الحرارة لدرجات التجمد.


      منقووول .،














      أستغفـــرك اللـــهم ربـــي وأتـــوب إلـــيك ..








    2. #2

      افتراضي




      درجة الحرارة والغاز المثالي
      Temperature and Ideal Gases
      مقدمة
      تعتبر الحرارة احد مصادر الطاقة الرئيسية التي بدأ علماء الفيزياء في دراسة وفهم قوانينها لاهميتها ولتطبيقاتها الواسعة على حياتنا، فلو نظرنا من حولنا لوجدنا أن الحرارة هي اساس الطاقة في كل شيء فعلى سبيل المثال الثلاجة المنزلية ومكيفات الهواء ما هي الا تطبيقات على الفيزياء الحرارية وكذلك المحركات البخارية والمحركات الحديثة تعتمد على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكيا حيث أن حرق الوقود يؤدي إلى ارتفاع في درجة حرارة الغاز الذي يضغط على مكبس المحرك الذي يؤدي حركة ميكانيكية اساسها ارتفاع في درجة الحرارة وهذه المحركات هي اساس فكرة عمل السيارات والطائرات بمختلف انواعها، كذلك مثالاً آخر وهو الكهرباء فهي تصلنا من محطات التوليد التي تقوم بحرق الفحم أو الوقود الذي يحرك التوربينات التي تولد الطاقة الكهربية وهناك الامثلة الكثيرة الأخرى.

      سنقوم في هذه المحاضرة بدراسة علم الفيزياء الحرارية والذي يسمى علم الثيرموديناميكا thermodynamics وهذا العلم هو علم تجريبي يهتم بدراسة الظواهر المتعلقة بتبادل الطاقة الحرارية بين الأجسام عند درجات حرارة مختلفة. عند دراسة علم الميكانيكا ركزنا على دراسة الكميات الفيزيائية مثل الكتلة mass والقوة force والطاقة energy حيث كانت تلك الكميات الفيزيائية هي الاساسات الرئيسية لذلك العلم، ولكن في دراستنا للحرارة فإننا نحتاج إلى مفاهيم أخرى هي درجة الحرارة temperature والتبادل الحراري heat والطاقة الداخلية internal energy. لذلك سنتناول خلال هذه المحاضرة دراسة تلك المفاهيم وتوضيحها وشرح كل الأمور العلمية المتعلقة بها وسيشمل ذلك دراسة تأثير كلاً من درجة الحرارة temperature والضغط pressure والحجم volume على الغاز المثالي ideal gas.

      القانون الصفري للديناميكا الحرارية The zeroth law of thermodynamics
      عند الحديث عن درجة حرارة جسم ما فإننا نقصد بذلك كم هي درجة سخونة أو برودة ذلك الجسم عند لمسه باليد، حاسة اللمس هي إحدى النعم التي انعم الله بها علينا وبناء عليها يمكن ان نقدر درجة حرارة الجسم تقدير كيفي وليس كمي، وفي بعض الأحيان نشعر ببرودة جسم ما اكثر من جسم اخر بالرغم من انهما عند نفس درجة الحرارة لأن هناك عامل مهم وهو سرعة توصيل الحرارة فالمعادن مثلاً اسرع في توصيل الحرارة منها إلى اليد من قطعة من البلاستيك، لذلك توجب ان يكون هناك مقياس دقيق لدرجة الحرارة نعتمد عليه في تحديد درجة حرارة الأجسام.
      قبل ان نبدأ في الحديث عن المقاييس المستخدمة لقياس درجات الحرارة دعنا نشرح بعض المفاهيم الرئيسية التي اعتمدت عليها اجهزة قياس درجات الحرارة.

      مفهوم الاتصال الحراري thermal contact
      الاتصال الحراري يكون بين جسمين إذا كان من الممكن أن يتبادلا الطاقة الحرارية بدون بذل شغل.

      مفهوم الاتزان الحراري thermal equilibrium
      الاتزان الحراري بين جسمين يحدث إذا كان بينهما اتصال حراري وكذلك يكون صافي التبادل الحراري بينهما يساوي صفر.

      يوضح الشكل اعلاه انتقال الحرارة من الجسم الاكثر ارتفاعاً في درجة الحرارة إلى الجسم الأقل درجة حرارة الى ان تتساوي درجات الحرارة ويصل إلى حالة الاتزان الحراري.
      يوضح السهم في الشكل اتجاه انسياب الحرارة



      مبدأ عمل مقياس درجة الحرارة (الثيرموميتر)
      افترض ان هناك جسمان A و B بينهما مادة عازلة أي أنهما غير متصلين حرارياً وقمنا باحضار جسم ثالث C (وهذا الذي يمثل الثيرموميتر) ليكون الآداة المستخدمة لتحديد ما إذا كان الجسمان A و B في حالة اتزان حراري thermal equilibrium أم لا؟ فإننا سنستخدم الجسم C ونضعه على اتصال حراري مع الجسم A حتي نصل إلى حالة الاتزان الحراري بين A و C ونحدد درجة حرارة الاتزان الحراري بواسطة C، نقوم بتكرار الخطوة السابقة مع الجسم B. فإذا كانت درجة الحرارة للجسم A المقاسة بواسطة C تساوي درجة الحرارة للجسم B فإننا نستطيع ان نجزم ان كلاً من A و B في حالة اتزان حراري.


      ومعنى ذلك أنه إذا وجد جسمين معزولين وكلاً منهما في حالة اتزان حراري مع جسم ثالث فإن ذلك يؤدي إلى أن الجسمين أيضا في حالة اتزان حراري مع بعضهما البعض. وسمي هذا بالقانون الصفري للديناميكا الحرارية zeroth law of thermodynamicsوسمي بالصفري لأنه من المسلمات البديهية ويعتبر هذا القانون الأساس العملي لفكرة الثيرمومتر المستخدم لقياس درجات الحرارة.

      الثيرمومتر ومقياس درجات الحرارة Thermometer and temperature scale
      الثيرموميتر thermometer هو أداة تستخدم لقياس درجات الحرارة، والثيرمومتر يعمل من خلال تغير في أحد الخصائص الفيزيائية بتغير درجة الحرارة، مثل خاصية تمدد الاجسام مع زيادة درجة الحرارة وتغير الضغط أو مقاومة السلك الكهربي بتغير درجات الحرارة. وفيما يلي نذكر الأنواع المختلفة للثرمومتر.



      المقياس المئوي Celsius scale تعتمد فكرة المقياس المئوي على وجود نقطتين لا تتغير فيهما درجة الحرارة مع تزويد المادة بحرارة وعلى هذا الاساس اعتمد العالم Celsius في ابتكاره للتدريج المئوي حيث انه من الملاحظ عملياً ثبوت درجة حرارة الماء عند نقطة الغليان أي عندما يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغزية أو العكس وكذلك تثبت فيها درجة حرارة الماء عند تحوله إلى ثلج وهي درجة الانصهار أي من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة أو العكس، فاطلق سيليزس على درجة الانصهار بالقيمة صفرا وعلى نقطة الغليان القيمة 100 وتم تقسيم التدريج إلى 100 كل جزء يساوي درجة، ولذلك سمي بالتدريج المئوي ويسمى ايضا بتدريج سيليزس. وتبلخ درجة حرارة الانسان على هذا التدريج 37oC.



      المقياس الفهرنهايتي Fahrenheit scale
      يعتمد هذا التدريج لقياس درجة الحرارة على نفس المبدأ السابق للتدريج المئوي أي على نقطة تحول الماء إلى الحالة الغازية او الصلبة، ولكن اعتبر فهرنهايت درجة الانصهار هي درجة 32 بدلاً من الصفر، ودرجة الغليان للماء وهي درجة 212 بدلاً من 100.

      ولتوضيح العلاقة بين التدريج المئوي والتدريج الفهرنهايتي استعن بالشكل التالي:

      إذا للتحويل من درجة حرارة بمقياس فهرنهايت إلى مقدارها بالمقياس المئوي أو العكس نستخدم المعادلتين التاليتين:



      المقياس المطلق Kelvin scale مما سبق نجد أن كلا التدريجين اعتمدا على نوع مادة السائل وهو الماء حيث تم اعتبار نقطة الانصهار ونقطة الغليان كأساس للتدريج، وحيث أن هاتين النقطتين تعتمدان على الضغط وعدد من العوامل الأخرى، لذا فإننا بحاجة إلى تدريج مطلق لا يعتمد على طبيعة المادة وهذا ما قام به العالم كلفن Kelvin في تحديد تدريج مطلق لدرجة الحرارة.قام العالم كلفن باستخدام الثيرمومتر المعتمد على التغير في الضغط Gas thermometer ودرس العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة، وذلك لأكثر من غاز ووجد أن جميع الغازات يقل ضغطها بنقصان درجة الحرارة وأن الضغط يصبح صفر نظرياً (أي عند مد المنحنيات كما في الشكل على استقامتها) عند درجة حرارة وقدرها -273. وقد تم اعتبار هذه الدرجة هي الصفر المطلق وأنها لا تتغير بتغير نوع الغاز وعليه تم معايرة باقي التدريجات الأخرى بالنسبة للصفر المطلق.



      اوضحت النتاشج العملية إنه بالرغم من اختلاف نوع الغاز فإن جميع الغازات يقل ضغطها بنقصان درجة الحرارة وعند مد المنحنيات على استقامتها تلتقي كلها عند درجة حرارة -273 درجة مئوية ليكون عندها القيمة النظرية للضغط يساوي صفراً


      إعتبر العالم كلفن نقطة تلاشي الضغط للغازات عند -273.15 درجة مئوية بأنها نقطة مرجعية لتدريج جديد لا يعتمد على نوع المادة المستخدمة (مثل الماء) في تصميم التدريج واعتبرت هذه النقطة هي الصفر المطلق والتي تساوي بتدريج سيليزس (التدريج المئوي) -273.15 وسمي هذا التدريج بالتدريج المطلق absolute scale.
      وعليه فإن العلاقة بين التدريج المئوي والتدريج المطلق هي:











      أستغفـــرك اللـــهم ربـــي وأتـــوب إلـــيك ..








    3. #3
      عضو جديد
      تاريخ التسجيل
      Wed Jan 2010
      الدولة
      مصر
      المشاركات
      2

      افتراضي


      Very nice



    المواضيع المتشابهه

    1. درجة حرارة الارض.
      بواسطة smsma في المنتدى الثقافه العامه
      مشاركات: 0
      آخر مشاركة: 9th November 2009, 07:42 PM
    2. من خردة الي غواصة
      بواسطة THE ONE في المنتدى غرائب و عجائب العالم
      مشاركات: 2
      آخر مشاركة: 15th September 2009, 02:09 AM
    3. حد يرحب بيا
      بواسطة saso في المنتدى قاعة الإستقبال ((قسم التعارف العام))
      مشاركات: 27
      آخر مشاركة: 24th August 2009, 11:20 PM
    4. مباشر ...درجات الحرارة + الوقت في أهم المدن المصرية
      بواسطة d.m.d في المنتدى الجغرافيا
      مشاركات: 1
      آخر مشاركة: 1st August 2009, 07:34 PM

    ضوابط المشاركة

    • لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
    • لا تستطيع الرد على المواضيع
    • لا تستطيع إرفاق ملفات
    • لا تستطيع تعديل مشاركاتك
    •