☰ خطة العام · العلوم (بالعربية)

منحنيات التسخين ودرجات الانصهار والغليان

الأسبوع 2 · الدرس الثاني «تغير حالات المادة» (١): منحنى تسخين الماء والطاقة وحركة الجسيمات ودرجتا الانصهار والغليان وأثر الضغط والشوائب · 3 دروس
2

الجزء المسطح من المنحنى: أين تذهب الطاقة؟

Science Prep 2 Term 1, Unit 1: pp. 10–14
الهدفأفسر بالجسيمات لماذا تبقى درجة الحرارة ثابتة أثناء انصهار المادة أو غليانها.
كلمات جديدة
قوة التجاذب · قوة الشد بين الجسيمات التي تجمعها معًاطاقة الوضع · طاقة مختزنة؛ وهنا الطاقة المختزنة في قوى التجاذب بين الجسيماتبخار · الصورة الغازية لمادة تكون عادةً سائلة، مثل بخار الماء
الشرح

في الجزأين الأفقيين من المنحنى تظل المادة تكتسب طاقة لكن درجة الحرارة لا تتغير. فأين تذهب الطاقة؟ درجة الحرارة تقيس متوسط طاقة حركة الجسيمات. وأثناء الانصهار تُستخدم الطاقة المقدَّمة لتفريق الجسيمات عن أماكنها الثابتة، فتضعف قوى التجاذب بينها. فتزداد طاقة وضع الجسيمات، بينما يبقى متوسط طاقة حركتها، ومعه درجة الحرارة، كما هو. وعندما ينصهر كل الجليد، تعمل الطاقة الزائدة على زيادة سرعة الجسيمات من جديد فترتفع الحرارة. ويحدث الشيء نفسه أثناء الغليان، لكن الجسيمات هنا تتباعد كثيرًا لتصير غازًا. فالطاقة لا تختفي: إنها تُختزن في صورة طاقة وضع. ومن الأخطاء الشائعة أن نقول إن الماء لا يسخن لأنه لا يتلقى طاقة؛ والحقيقة أنه يواصل تلقي الطاقة. وخطأ آخر أن نظن أن السحابة البيضاء فوق إبريق الماء هي بخار: البخار غير مرئي، والسحابة قطرات صغيرة من الماء السائل.

جزء المنحنىما الذي يحدثدرجة الحرارةالطاقة تذهب إلى
صاعد (جليد)يسخن الجليدترتفعجسيمات أسرع
أفقي عند ٠ °Cينصهر الجليدثابتةتفريق الجسيمات
صاعد (سائل)يسخن الماءترتفعجسيمات أسرع
أفقي عند ١٠٠ °Cيغلي الماءثابتةتفريق الجسيمات
أمثلة محلولة
كوبان فيهما الجليد نفسه يُسخَّنان بالمعدل نفسه. في أحدهما يقرأ ميزان الحرارة −٥ °C وهي ترتفع، وفي الآخر ٠ °C والجليد ينصهر. الكوب الثاني وحده في جزء أفقي من المنحنى.
لماذا يبقى ماء الجليد عند ٠ °C وهو ما زال مليئًا بمكعبات الجليد حتى في غرفة دافئة؟ لأن الغرفة تواصل إعطاءه الطاقة، لكن الطاقة تُستخدم في صهر الجليد بدل زيادة سرعة الجسيمات.
يظهر فوق فوهة الإبريق سحابة بيضاء. هذه السحابة قطرات صغيرة من الماء السائل تكوّنت عندما برد بخار الماء غير المرئي. أما البخار نفسه فلا يُرى.
نشاط الفصل

قصة الطاقة. اكتب قصة قصيرة يرويها جسيم من الجليد يتم تسخينه في كوب. اذكر اللحظات الثلاث: الارتفاع حتى ٠ °C، والانصهار عند ٠ °C، والتسخين وهو سائل. وفي كل لحظة قل ماذا تفعل الطاقة الواصلة. استخدم الكلمات: طاقة الحركة، وقوى التجاذب، وطاقة الوضع.

تدرّب
1
ما الذي يبقى ثابتًا في الجزء الأفقي من منحنى التسخين؟
2
أثناء الانصهار، ماذا تفعل الطاقة المقدَّمة بالجسيمات؟
3
يقول طالب إن الطاقة «تختفي» أثناء انصهار الجليد. صحّح ذلك.
4
هل السحابة البيضاء فوق الإبريق بخار ماء؟ اشرح.