Week 5 · Lesson 4 Methods of Heat Transfer (A): heat flow and thermal equilibrium, conduction, thermal conductors and insulators · 3 lessons
1
تنتقل الحرارة من الساخن إلى البارد حتى الاتزان
Science Prep 2 Term 1, Unit 1: pp. 30–34
الهدفأشرح أن الحرارة تنتقل من الساخن إلى البارد حتى الاتزان الحراري، وأتوقع درجة الحرارة النهائية عند خلط كتلتين متساويتين من الماء.
كلمات جديدة
الاتزان الحراري · الحالة التي يصل فيها جسمان متلامسان إلى درجة الحرارة نفسهاانتقال الحرارة · حركة الحرارة من مكان أسخن إلى مكان أبردفرق درجة الحرارة · مقدار سخونة شيء أكثر من آخر
الشرح
ضع مشروبًا ساخنًا في غرفة أبرد. يبرد المشروب ويسخن الهواء حوله قليلًا جدًا. تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم الأسخن إلى الأبرد من تلقاء نفسها، وليس العكس، وتستمر حتى يصير للاثنين درجة الحرارة نفسها. هذه الحالة هي الاتزان الحراري. وسبب الانتقال هو فرق درجة الحرارة؛ والتلامس هو ما يتيح حدوثه. والبرودة لا تنتقل: فالجسم البارد لا يرسل «برودة» بل يأخذ حرارة فقط. وعندما نخلط كتلتين متساويتين من الماء بدرجتي حرارة مختلفتين تكون درجة الحرارة النهائية نحو المتوسط، مع إهمال الفقد: فكتلتان متساويتان من الماء عند ٥٠ °C و١٠ °C تنتهيان قرب ٣٠ °C. وإذا كان الماء الساخن أكثر فإن الدرجة النهائية تكون أقرب إلى درجته: ٢٠٠ غ عند ٦٠ °C مع ١٠٠ غ عند ١٥ °C تنتهي قرب ٤٥ °C، لأن كمية الماء الساخن ضعف البارد. وقاعدة المتوسط لا تصح إلا عند تساوي الكتلتين.
أمثلة محلولة
يبيّن الرسم ماءً ساخنًا (٥٠ °C) وماءً باردًا (١٠ °C) بكميتين متساويتين: تتحرك درجتا الحرارة إحداهما نحو الأخرى وتلتقيان عند ٣٠ °C. بعد ذلك تبقى درجة الحرارة ثابتة: اتزان حراري.
كوب شاي عند ٧٠ °C في غرفة عند ٢٥ °C. تنتقل الحرارة من الشاي إلى الغرفة حتى يصل الشاي إلى نحو ٢٥ °C. ولن ينخفض عن حرارة الغرفة من تلقاء نفسه.
نخلط ٣٠٠ غ من الماء عند ٢٠ °C مع ٣٠٠ غ عند ٤٠ °C. الكتلتان متساويتان، فالدرجة النهائية هي المتوسط: (٢٠ + ٤٠) ÷ ٢ = ٣٠ °C.
نشاط الفصل
اختبار الخلط، بمساعدة أحد الكبار. استخدم ماء صنبور دافئًا وليس ساخنًا، وماء صنبور باردًا. ضع كوبين متساويين من كل منهما في إبريق كبير واقرأ درجتي الحرارة أولًا. اخلط وانتظر دقيقة واقرأ مرة أخرى. قارن النتيجة بمتوسط درجتي البداية. صف ما تراه. ثم قل لماذا لا تبقى في الكوب الصغير كل الحرارة.
تدرّب
1
في أي اتجاه تنتقل الحرارة من تلقاء نفسها؟
من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد.
2
ما الاتزان الحراري؟
عندما يصل جسمان متلامسان إلى درجة الحرارة نفسها فلا ينتقل بينهما صافي حرارة.
3
يُخلط ٢٥٠ غ من الماء عند ٨٠ °C مع ٢٥٠ غ عند ٢٠ °C. ما الدرجة النهائية مع إهمال الفقد؟
(٨٠ + ٢٠) ÷ ٢ = ٥٠ °C.
4
يقول طالب إن مكعب الجليد يرسل البرودة إلى يدك. صحّح ذلك.
البرودة لا تنتقل: الحرارة هي التي تنتقل من يدك الأدفأ إلى الجليد.