Week 4 · 1-3 Physical Properties of Water (B): heat and temperature, internal energy, the Kelvin scale, specific heat and Q = mcΔt with worked examples, sea breeze, latent heat of vaporisation, effects on marine organisms · 3 lessons
1
الحرارة ودرجة الحرارة ومقياس كلفن
Integrated Science Sec 1 Term 1, Unit 1: pp. 20–27
الهدفأفرّق بين الحرارة ودرجة الحرارة، وأذكر وحدتيهما، وأحوّل بين °C وكلفن.
كلمات جديدة
الحرارة · طاقة تنتقل من جسم أسخن إلى جسم أبرد بسبب فرق درجة الحرارة؛ ووحدتها الجول (J)درجة الحرارة · مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجزيئات الجسم، يبيّن مدى سخونته أو برودتهكلفن (K) · وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي؛ و٠ K أدنى درجة حرارة ممكنة
الشرح
كل جسم يتكون من جزيئات في حركة دائمة. ومجموع طاقتيها الوضعية والحركية هو الطاقة الداخلية للجسم. والحرارة هي الطاقة التي تنتقل من جسم أسخن إلى جسم أبرد بسبب فرق درجة الحرارة، وتُقاس بالجول (J). أما درجة الحرارة فتبيّن مدى سخونة الجسم أو برودته: فهي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجزيئاته. فالحرارة ودرجة الحرارة شيئان مختلفان. فحوض ماء دافئ وكوب ماء دافئ قد يكون لهما درجة الحرارة نفسها، لكن الحوض يحمل طاقة داخلية أكبر بكثير. وفي العلوم وحدة درجة الحرارة هي الكلفن (K)، وT (K) = t (°C) + ٢٧٣. وتغيّر مقداره ١ °C يساوي تغيرًا مقداره ١ K، لكن الدرجتين نفسيهما تختلفان بمقدار ٢٧٣: فالصفر المئوي يساوي ٢٧٣ K، و١٠٠ °C تساوي ٣٧٣ K، و٠ K تساوي −٢٧٣ °C. ويُكتب الكلفن دون علامة الدرجة.
T = t + 273
t بالسلزيوس °C
T بالكلفن K
−273
0
0
273
25
298
100
373
أمثلة محلولة
حوّل ٣٥ °C إلى كلفن: T = ٣٥ + ٢٧٣ = ٣٠٨ K. وحوّل ٣٠٠ K إلى °C: t = ٣٠٠ − ٢٧٣ = ٢٧ °C. وحوّل −٢٠ °C: T = −٢٠ + ٢٧٣ = ٢٥٣ K.
تسخن عينة ماء من ١٥ °C إلى ٤٠ °C. التغير ٤٠ − ١٥ = ٢٥ °C، وهو أيضًا ٢٥ K. وبالتحقق بالكلفن: ٣١٣ − ٢٨٨ = ٢٥ K. التغير واحد في المقياسين، أما الدرجتان نفسيهما فلا.
حوض وكوب فيهما ماء فاتر عند ٣٥ °C. أيهما يحمل طاقة حرارية أكبر يعطيها ليد باردة؟ الحوض، لأنه يضم جزيئات أكثر بكثير لها متوسط الطاقة الحركية نفسه. درجة الحرارة واحدة لكن كمية الطاقة الداخلية مختلفة.
نشاط الفصل
حوض أم كوب؟ فكّر واكتب. يقف وعاءان فيهما ماء صنبور فاتر في الغرفة نفسها ساعة كاملة: وعاء كبير وكوب صغير. قل هل (أ) درجتا حرارتيهما و(ب) كمية الطاقة الحرارية التي يحملانها متساويتان أم مختلفتان، وفسّر ذلك في جملة. ثم اقرأ مع أحد الكبار درجة حرارة الغرفة من مقياس رقمي أو تطبيق الطقس واكتبها بالسلزيوس وبالكلفن.
تدرّب
1
حوّل ٣٧ °C إلى كلفن.
37 + 273 = 310 K.
2
حوّل ٢٥٠ K إلى °C.
250 − 273 = −23 °C.
3
يسخن سائل من ٢٠ °C إلى ٦٥ °C. ما التغير بوحدة K؟
٦٥ − ٢٠ = ٤٥ °C، أي تغير مقداره ٤٥ K.
4
أيهما يقاس بالجول: الحرارة أم درجة الحرارة؟ وأيهما يدل على متوسط الطاقة الحركية للجزيئات؟
الحرارة تقاس بالجول؛ ودرجة الحرارة تدل على متوسط الطاقة الحركية.
