B.1 · انتقال الطاقة الحرارية

دبلومة البكالوريا الدولية · IB Diploma · Physics · HL · الموضوع 6

6.1

النطاق والشروط المسبقة

يتناول هذا المستند موضوعات مختارة من المرحلة HL للمادة التي تم تقييمها لأول مرة في 2025؛ وهو لا يمثل المنهج الدراسي بأكمله.

المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.

الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.

مفردات تدريب

English	العربية
specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/	السعة الحرارية النوعية
latent heat/ˈleɪtənt hiːt/	الحرارة الكامنة

6.2

القياسات الحرارية ونماذج الجسيمات

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

كتلتان متساويتان تستقبلان نفس الطاقة لكنهما تُظهران ارتفاعات حرارة مختلفة. تحدد خصائص المادة كيف يؤثر نقل الطاقة على درجة الحرارة.

بنِ النموذج

السعة الحرارية النوعية هي الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة الكتلة بمقدار درجة واحدة.
حرارة التحول النوعية تربط الطاقة بتغير الحالة دون تغير درجة الحرارة للعملية المثالية.
السعة الحرارية النوعية: الطاقة لكل كتلة لكل ارتفاع في درجة الحرارة.
حرارة التحول: الطاقة المرتبطة بتغير الحالة.

الطاقة المكتسبة مقابل الارتفاع الحراري: خط مستقيم من نقطة الأصل، 3,000 ج عند 15 °C — Q = mcΔT: الطاقة تتناسب طرديًا مع الارتفاع الحراري، وهنا 200 ج لكل درجة مئوية

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

ترتبط درجة الحرارة بحركة الجسيمات في النموذج؛ والطاقة الداخلية تشمل مساهمات حركية وكيميائية.
أثناء تغير الحالة، يمكن أن تتغير ترتيبات الجسيمات بدلاً من درجة الحرارة.

في المختبر: قس الكتلة، الإدخال الكهربائي والتغير في درجة الحرارة لكتلة معزولة. تأكد من أن مستشعر درجة الحرارة على اتصال جيد، اترك وقتًا للتوازن، و ضع في اعتبارك الطاقة المنتقلة إلى المحيطات.

اعمل من الكميات المعروفة

معلوم: كتلة 0.50 كجم تكتسب 2,000 ج وترتفع 10 °C.
استخدم E = mcΔT.
بإعادة الترتيب نحصل على c = E/(mΔT). c = 2,000/(0.50×10) = 400 ج لكل كيلوجرام لكل درجة.
فقدان الحرارة سيجعل القيمة المستنتجة من الإدخال الكهربائي أكبر من اللازم.

دورك: عينة كتلتها 2 كجم ولها حرارة نوعية c=500 ج لكل كيلوجرام لكل درجة ترتفع بـ 3 °C. أوجد اكتساب الطاقة.

تحقق من الاستنتاج وحدوده

الجزء المسطح من منحنى التسخين قد يشير إلى تغير طور، وليس انعدام انتقال الطاقة.
لا تعوض عن الفرق في درجات الحرارة بدرجة الحرارة في المعادلة E = mcΔT.

غير صحيح: دائماً ما يعني ارتفاع درجة الحرارة الثابتة صفر انتقال للطاقة. الارتفاع الثابت على منحنى التسخين يشير إلى تغير طور، حيث تنتقل الطاقة لتغيير ترتيب الجزيئات كحرارة كامنة. تستمر الطاقة في الانتقال؛ فقط تتوقف درجة الحرارة عن الارتفاع.

المفتاح:

الحرارة النوعية هي الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة الكتلة بمقدار درجة واحدة.
ترتبط درجة الحرارة بحركة الجسيمات في النموذج؛ والطاقة الداخلية تشمل مساهمات حركية وكيميائية.
انتبه: الجزء المسطح من منحنى التسخين قد يشير إلى تغير طور، وليس انعدام انتقال الطاقة.

اكتب بناءً على اكتساب طاقة قدره 1800 ج

عينة كتلتها 0.20 kg وسعتها الحرارية النوعية 1500 J لكل كيلوجرام لكل درجة ترتفع بـ 6 درجات.
احسب الكسب الطاقي. يمكن أن تنتقل الطاقة حتى في منطقة ثبات درجة الحرارة.

اكتب بناءً على درجة حرارة خلط نهائية

0.20 كجم من الماء عند 80 °C يختلط مع 0.20 كجم عند 20 °C (c = 4,200 ج لكل كجم لكل درجة).
كتل متساوية ونفس c: تكون درجة الحرارة النهائية هي المتوسط، 50 °C — يفقد الساخن 0.20 × 4,200 × 30 = 25,200 ج، ويكتسب البارد نفس الكمية.

اكتب بناءً على خطوة كامنة مخفية في الحساب

ثلج عند 0 °C يتحول إلى ماء عند 0 °C: لا تتغير درجة الحرارة أبدًا.
الطاقة لا تزال تدخل — كحرارة كامنة، لكسر الروابط: الرسم البياني لدرجة الحرارة الذي يحتوي على خطوة مسطحة هو حساب للطاقة، وليس مقياس حراري ساكن.

استكشف

Heat loss changes the inferred c

Start with the 0.50 kg block gaining 2,000 J and warming by 10 °C. Compare heat gained with electrical input, and see why uncorrected heat loss makes the inferred c too large.