التفسير الجزيئي للطاقة الحرارية

[center] [center][center][center]التفسير الجزيئي للطاقة الحرارية

تتكون المادة من جزيئات في حالة حركة مستمرة وبذلك يكون لها طاقة حركة KE ويوجد بينها قوى متبادلة ويفصلها عن بعضها مسافات , وبذلك يكون لها طاقة وضع PE ,وعند خفض درجة حرارة المادة بالتبريد فإن سرعة جزيئاتها تقل وكذلك المسافات البينية 0 وعند درجة -273.15 سيليزي تسكن جزيئات المادة 0 وعلى ذلك فالحرارة التي توجد في المادة يرجع معظمها إلى طاقة حركة جزيئاتها0 ومجموع طاقات حركة جزيئات المادة ∑ KE وطاقات وضعها ∑ PE يطلق عليها اسم Internal energy ويرمز لها بالرمز u :

∑KE + ∑PEU =
ومعرفة مقدار الطاقة الداخلية لجسم أمر صعب ولكن يمكن بسهولة معرفة مقدار التغير فيها ∆U 0 فإذا عزلنا إناء مملوء بالبخار عزلا حراريا تاما فإن جزيئاته تحتفظ بكل طاقة حركتها ويظل البخار على حالته الغازية إلى ما شاء الله0لكن العزل الحراري التام أمر صعب تحقيقه , لذلك تنقل الطاقة الحراربة ببطء من الإناء المعزول إلى الوسط المحيط , فتقل طاقة حركة جزيئات البخار تدريجيا إلى أن تتحول إلى الحالة السائلة0وبصفة عامة يمكن اعتبار درجة حرارة الجسم(المادة) مقياسا لطاقة حركة جزيئاته والمظهر الملموس لها0

اثر الحرارة على المواد :

· يجب أن نعرف اولا أن المادة تتكون من جزيئات في حالة حركة مستمرة ونتيجة حركة هذه
الجزيئات فان للجزيئات طاقة حركة ونتيجة قوة الجذب المتبادلة بين الجزيئات فان لها طاقة
وضع ومجموع هاتين الطاقتين يطلق عليهما اسم الطاقة الداخلية0
الطاقة الداخلية للجسم = طاقة الوضع + طاقة الحركة0
وعند التسخين او التبريد فان طاقة حركة الجزيئات تزيد او تقل تتباعد او تتقارب وبالتالي تزداد
المسافات بين الجزيئات او تقل فتتغير من حالة الى اخرى0
· وقد صنف العلماء حالات المادة الى ( صلبة- سائلة – غازية )
وصنفها البعض الى ثلاثة اشكال:
- الجامدة
- المائعة وتشمل ( السوائل والغازات ) 0
- البلازما
والبلازما : هي حالة توجد عليها المادة عند ارتفاع درجة حرارة الغازات الى درجات الحرارة العالية حيث تتفكك الجزيئات الى ايونات موجبة والكترونات السالبة مكونة خليطا من الايونات المشحونة وهي ما تسمى بالبلازما وهي تؤلف القسم الاعظم من مادة الكون والمجرات0

ومما سبق يمكن القول أن:
- درجة حرارة الجسم تعتبر مقياسا لطاقة حركة جزيئاته 0
- حالة الجسم تعتبر مقياسا لطاقة وضع جزيئاته 0
فمثلا الماء عند درجتين 50 و80 تكون طاقة الحركة مختلفة وطاقة الوضع ثابتة

ماء ماء
50ْ س 80ْس

طاقة الحركة اقل اكبر
طاقة الوضع ثابتة ثابتة

أما الماء والبخار في درجة 100ْ س تكون طاقة الحركة ثابتة وطاقة الوضع مختلفة

بخار

ماء
100 100ْ

طاقة الحركة ثابتة ثابتة
طاقة الوضع اقل اكبر

لعلك لاحظت أن الأسلاك الممدودة تكون مرتخية صيفا ومشدودة شتاء, وزيادة انتفاخ إطارات السيارة نهارا ونقص انتفاخها ليلا, وتجمد الدهن داخل الاوعية شتاء و سيولته صيفا, فما سبب هذه الظاهرة؟
ان اكتساب المادة لكمية من الطاقة الحرارية يؤدي إلى زيادة طاقة حركة جزيئاتها(وزيادة سرعتها) فترتفع درجة حرارتها0فتتدافع الجزيئات مع بعضها مما يؤدي إلى زيادة المسافات البينية فتزداد أبعادها الهندسية – الطول والعرض والارتفاع-أي أنها تتمدد فيزداد طولها ومساحة سطحها وحجمها0
وباستمرار اكتساب المادة للطاقة الحرارية تستمر درجة حرارتها في الارتفاع إلى أن تصل إلى درجة معينة تتحول عندها من حالة إلى أخرى عند نفس الدرجة , والطاقة الحرارية المكتسبة في هذه الحالة تختزن على طاقة وضع كامنة, وعند تحول المادة تماما تصرف الطاقة الحرارية التي تكتسب بعد ذلك في زيادة طاقة حركة جزيئاتها مرة أخرى, أي تزداد طاقة حركة جزيئاتها مرة أخرى(فترتفع درجة حرارتها)0

التمدد الحراري للأجسام Thermal expantion :
يتوقف مقدار تمدد المادة بالتسخين على مقدار قوى التماسك بين جزيئاتها, فالمادة الصلبة يكون مقدار تمددها بالتسخين صغيرا جدا نظرا لكبر قوى التماسك بين جزيئاتها,في حين أن تمدد السوائل يكون أكبر من تمدد الأجسام الصلبة بالتسخين , أما الغازات فيكون تمددها بالتسخين أكبر بكثير من السوائل لأن قوى التماسك بين جزيئات الغاز تكاد تكون معدومة0
التمدد الخطي (الطولي)للأجسام الصلبةLiner expantuion :
تختلف قوى التماسك بين جزيئات المواد الصلبة باختلاف انواعها 0لذلك يختلف مقدار الزيادة في الطول-أي التمدد الطولي بالتسخين0
وقد وجد بالتجربة العملية أن التمدد الطولي لجسم بالتسخين يتوقف على:
1- طول الجسم عند الصفر السيليزي L0 ∆L ά L0
2- مقدار الارتفاع في درجة الحرارة ∆T ∆T ∆L ά
3- نوع مادة الجسم (∆L تتوقف على نوع مادة الجسم)

ومن ذلك نجد أن:
∆T ∆L ά L0.
.L0.∆T ثابت ∆L=

هذا الثابت يتوقف على نوع المادة ويطلق عليه اسم معامل التمدد الخطي
Linear expantion cpefficient ويرمز له بالحرف اللاتيني α( الفا)

∆L= α L0 ∆T ………………….(1)
معامل التمدد الخطي Linear expantion coefficient :
من المعادلة رقم (1) نجد أن : α = ∆L \ L0 ∆T /Cº

وعلى ذلك يمكن تعريف معامل التمدد الخطي على أنه:
مقدار الزيادة التي تطرأ على وحدة الأطوال من المادة عند رفع درجة حرارتها درجة سيليزية واحدة ابتداءا من الصفر السيليزي0
وبذلك يمكن تعيين αلمادة جسم بمعلومية كل من الطولL1 عند T1 , L2عند T2 باستخدام العلاقة التالية:

α= ∆L \ L0 (T2-T1) ∆L = L2-L1

[/center]
[/center]
[/center][/center]