الوحدة الثالثة

الفيزياء الحرارية

Thermal Physics

مقدمة :

عزيزى المتدرب، عند انتهائك من التدرب على هذا الدرس سوف تكون قادراً على أن:

·         تعرف درجة الحرارة، وتذكر اسم الجهاز المستخدم لقياسها.

·         تعدد ثلاثة أسماء للمقاييس المشهورة مع ذكر درجتي التجمد والغليان للماء لكل نوع.

·         تحول قيمة درجة الحرارة من مقياس إلى آخر.

·         تفرق بين مفهوم درجة الحرارة و كمية الحرارة.

·         حساب الحرارة النوعية

• نستعمل مفهوم درجة الحرارة للتعبير عن برودة الأجسام أو سخونتها، فحينما تمسك قطعة حديد في فصل الشتاء ستشعر أنها باردة وتقول إن درجة حرارتها منخفضة. وفي فصل الصيف تكون ساخنة فنقول إن درجة حرارتها مرتفعة. والسبب في ذلك يعود إلى أصغر وحدة بناء للمادة، وهي الذرات أو الجزيئات، فهي تمتلك أنواعًا مختلفة من الطاقات مثل:
  
  1. الطاقة الحركية المتمثلة في الحركة الانتقالية والاهتزازية.
  2. طاقة الوضع ( الكامنة ) المتمثلة في قوى التجاذب فيما بينها.
  3. الطاقة الكيميائية.
  4. الطاقة النووية.
  5. الطاقة الكهربائية.
  
  وعليه، فإن الطاقة الداخلية لمادة هي مجموع جميع أنواع الطاقة التى تمتلكها الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة.

• درجة الحرارة :

حينما تكتسب المادة في تبادل حراري مع الوسط المحيط كمية من الطاقة الحرارية، فإن مقدار طاقتها الداخلية تزيد وهكذا ترتفع درجة حرارتها، وحينما تفقد المادة في تبادل حراري مع الوسط المحيط كمية من الطاقة الحرارية، فإن مقدار طاقتها الداخلية تقل وهكذا تنقص درجة حرارتها. وبناء على ذلك نستتنتج أن درجة الحرارة هي مقياس للطاقة الداخلية للمادة . وهي الخاصية التي تحدد اتجاه انتقال الحرارة بين الأجسام حين تلامسها.

الهدف العام للوحدة:

تهدف هذه الوحدة إلى التعرف على الخواص الحرارية للمادة.

الأهداف التفصيلية:

من المتوقع في نهاية هذه الوحدة التدريبية أن يكون المتدرب قادراً وبكفاءة على أن:

• أن تميَّز بين مفهوم درجة الحرارة وكمية الحرارة.
• أن تفسِّر مفهوم درجة الحرارة الثلاثية للماء، وما هي أهميتها في صناعة مقاييس درجات الحرارة.
• أن تشرح مبدأ عمل مقاييس درجة الحرارة، وتصف الفروق الأساسية فيما بينها. و تحول درجة الحرارة من مقياس إلى آخر.
• أن تميّز بين أنواع التمدد الحراري الثلاثة: الطولي والسطحي والحجمي، تمييزاً علمياً. و تحسب مقدار التمدد فيها .
• أن تضبط عملية الربط العلمي بين مفهومي درجة الحرارة وكمية الحرارة من خلال مبادئ مبسطة في الديناميكا الحرارية.
• أن تعدد طرق التوصيل الحراري، وتميَّز الفرق.