الأسبوع 4 · الموضوع ١-٣ «الخواص الفيزيائية للماء» (٢): الحرارة ودرجة الحرارة وكلفن والحرارة النوعية وحساب كمية الحرارة ونسيم البحر والحرارة الكامنة للتصعيد وتأثير الحرارة في الكائنات البحرية · 3 دروس
3
نسيم البحر والحرارة الكامنة والحياة في الماء الدافئ والبارد
Integrated Science Sec 1 Term 1, Unit 1: pp. 20–27
الهدفأستخدم الحرارة النوعية والحرارة الكامنة لتفسير نسيم البحر، والمحيطات كمخازن للحرارة، وتبريد العرق، والحياة عند درجات حرارة مختلفة.
كلمات جديدة
نسيم البحر · رياح تهب نهارًا من البحر البارد نحو اليابسة الأدفأالحرارة الكامنة للتصعيد · الطاقة التي يمتصها ١ kg من سائل ليتحول إلى بخار عند درجة حرارة ثابتةذوات الدم البارد وذوات الدم الحار · حيوانات تتبع درجة حرارة جسمها درجة حرارة المحيط، وحيوانات (الطيور والثدييات) تحافظ عليها ثابتة
الشرح
في ضوء الشمس تسخن اليابسة والرمال أسرع من البحر، لأن للماء حرارة نوعية عالية ولأنه يختلط. فيسخن الهواء فوق اليابسة ويتمدد ويرتفع، ويتحرك هواء أبرد من فوق البحر ليحل محله: وهذا هو نسيم البحر. وفي الليل يعكس الاتجاه. ويحتاج الماء أيضًا إلى طاقة كبيرة ليتحول من سائل إلى بخار: فحرارته الكامنة للتصعيد نحو ٢ ٢٦٠ ٠٠٠ J/kg عند ١٠٠ °C (معلومة إضافية)، أي نحو ٥ أمثال ٤٢٠ ٠٠٠ J اللازمة لتسخين ١ kg من ٠ °C إلى ١٠٠ °C، لأن الروابط الهيدروجينية يجب أن تنكسر. وتبقى درجة الحرارة ثابتة أثناء التحول. وعندما يتبخر العرق أو تنتح ورقة تُؤخذ هذه الطاقة من الجلد أو الورقة فتبرد. وتخزّن المحيطات والبحيرات الحرارة نهارًا وتطلقها ببطء، فتكون درجات الحرارة قربها أكثر ثباتًا. ومعظم الكائنات تعيش في مدى ضيق من درجات الحرارة. فالحيوانات ذوات الدم البارد، كالأسماك، تتبع درجة حرارة ما حولها؛ أما الطيور والثدييات فتحافظ على درجة حرارة جسم ثابتة. وقد تموت المرجانيات في ماء شديد الدفء.
أمثلة محلولة
اليابسة تسخن أسرع→الهواء فوق اليابسة يرتفع→هواء بارد يتحرك من البحر→نسيم البحر نهارًا
رتّب نسيم البحر. (١) تسخّن الشمس اليابسة أسرع من البحر. (٢) يسخن الهواء فوق اليابسة ويتمدد ويرتفع. (٣) يتدفق هواء أبرد من البحر. (٤) تهب رياح نهارًا من البحر إلى اليابسة.
نقارن بين نوعين من التسخين لـ ١ kg من الماء. تسخينه من ٠ °C إلى ١٠٠ °C يحتاج ١ × ٤٢٠٠ × ١٠٠ = ٤٢٠ ٠٠٠ J. وتحويله إلى بخار عند ١٠٠ °C يحتاج نحو ٢ ٢٦٠ ٠٠٠ J، أي ٢ ٢٦٠ ٠٠٠ ÷ ٤٢٠ ٠٠٠ ≈ ٥٫٤ مرات أكثر. والرسم تقريبي: الجزء المسطح هو التحول إلى بخار عند درجة حرارة ثابتة.
كم من الحرارة يلزم لتصعيد ٠٫٢ kg من الماء عند ١٠٠ °C؟ Q = m × L = ٠٫٢ × ٢ ٢٦٠ ٠٠٠ = ٤٥٢ ٠٠٠ J. وتبقى درجة الحرارة ١٠٠ °C خلال ذلك.
نشاط الفصل
قطعة قماش مبللة في نسيم، بمساعدة أحد الكبار. لفّ قطعة قماش مبللة حول كوب فيه ماء صنبور فاتر، وقطعة جافة حول كوب آخر، وضعهما في الخارج في نسيم أو عند نافذة مفتوحة (أو حرّكهما بمروحة من الورق المقوى) عشرين دقيقة. المس الكوبين وصف أيهما أبرد ملمسًا. فسّر ذلك بفكرة أن التبخر يأخذ الحرارة معه. واغسل يديك بعد ذلك.
تدرّب
1
لماذا يهب نسيم البحر من البحر إلى اليابسة نهارًا؟
اليابسة تسخن أسرع فيرتفع هواؤها ويتحرك هواء أبرد من البحر ليحل محله.
2
ماذا يحدث لدرجة حرارة الماء وهو يتحول إلى بخار عند ١٠٠ °C؟
تبقى ثابتة؛ فالطاقة تُستخدم في كسر الروابط الهيدروجينية.
3
كيف يساعد العرق الجسم على التبريد؟
عندما يتبخر يأخذ حرارة كامنة من الجلد.
4
أعطِ مثالًا لحيوان من ذوات الدم البارد ومثالًا لحيوان من ذوات الدم الحار.
مثلًا: السمكة أو الضفدع من ذوات الدم البارد؛ والطائر أو القط من ذوات الدم الحار.
