الحرارة النوعية والتوصيل الحراري
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/ | السعة الحرارية النوعية |
الرمال تحرق قدماك، لكن البحر يبقى بارداً
- على شاطئ صيفي، تحرق الرمال قدماك بينما الماء بجانبها منعش وبارد.
- نفس أشعة الشمس — لكن الماء يحتاج طاقة أكبر بكثير ليسخن مقارنة بالرمال.
- كمية الحرارة التي يحتاجها المادة لكل درجة تسمى السعة الحرارية النوعية.
- فكرة ذات صلة، وهي التوصيل الحراري، تحدد سرعة انتقال الحرارة خلالها.
معادلة الحرارة
- الحرارة اللازمة لتغيير درجة الحرارة هي $Q = mc\Delta T$.
- $m$ هي الكتلة، و$c$ هي السعة الحرارية النوعية، و$\Delta T$ هو التغير في درجة الحرارة.
- قيمة عالية لـ $c$ (مثل الماء) تعني طاقة كبيرة لكل درجة — يسخن ويبرد ببطء.
- قيمة منخفضة لـ $c$ (مثل المعدن) تعني طاقة قليلة لكل درجة — يسخن بسرعة.
تسخن مواد مختلفة
غيّر المادة والكتلة وانظر كمية الحرارة المطلوبة لارتفاع درجة حرارة معين.
كمية الحرارة التي تسخن $2\ \text{kg}$ من الماء بمقدار $10\ ^\circ\text{C}$؟ ($c = 4200\ \tfrac{\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ\text{C}}$.) أجب بـ $\text{J}$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q = mc\Delta T = 2 \times 4200 \times 10 = 84\,000\ \text{J}$.
الحرارة اللازمة لتسخين كتلة هي $Q = m c \_\_$ (املأ الرمز المفقود).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$Q = mc\Delta T$ — الكتلة ضرب الحرارة النوعية ضرب التغير في درجة الحرارة.
لماذا الماء مميز
- للماء سعة حرارية نوعية عالية بشكل غير عادي،所以他 يخزن الكثير من الحرارة بتغير طفيف في درجة الحرارة.
- هذا هو سبب تدفؤ وتبريد البحار ببطء، مما يعدل المناخات الساحلية.
- كما هو السبب في استخدام الماء كمبرد في المحركات ومحطات توليد الطاقة.
- المعادن، ذات $c$ المنخفض، تستجيب للحرارة بسرعة — مناسبة لمقالي الطهي.
المادة ذات السعة الحرارية النوعية العالية:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
السعة الحرارية النوعية العالية لـ $c$ (مثل الماء) تعني الكثير من الطاقة لكل درجة، لذا تغير بطيء في درجة الحرارة.
لماذا يُستخدم الماء غالباً كمبرد في المحركات؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
السعة الحرارية العالية للماء $c$ تمتص الحرارة دون أن ترتفع درجة حرارته بشكل كبير — مما يجعله مثاليًا لنقل الحرارة بعيدًا.
حدد جميع العبارات الصحيحة.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
الثلاثة الأولى صحيحة. الأخير يصف التوصيل، وليس الحرارة النوعية.
التوصيل الحراري
- التوصيل الحراري يقيس سرعة تدفق الحرارة خلال مادة ما.
- المعادن توصل الحرارة بسرعة (تبدو باردة لأنها تسحب الحرارة من يدك).
- العوازل مثل الخشب والرغوة والهواء توصل ببطء، وتحبس الحرارة.
- التوصيل يتعلق بـ سرعة تدفق الحرارة؛ والسعة الحرارية تتعلق بـ كمية الحرارة اللازمة للتسخين.
الحرارة النوعية والتوصيل الحراري هما نفس الخاصية.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
الحرارة النوعية هي الطاقة لكل درجة؛ التوصيل هو مدى سرعة تدفق الحرارة عبره — أفكار مختلفة.
لا تخلط بين السعة الحرارية النوعية والتوصيل الحراري. السعة الحرارية ($c$) هي مقدار الطاقة التي تحتاجه المادة لتغيير درجة حرارتها؛ والتوصيل هو سرعة مرور الحرارة خلالها. الماء له سعة حرارية نوعية عالية لكنه موصل سيء.
كمية الحرارة اللازمة لتسخين $2\ \text{kg}$ من الماء بمقدار $10\ ^\circ\text{C}$؟ (استخدم $c = 4200\ \tfrac{\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ\text{C}}$.)
- $Q = mc\Delta T = 2 \times 4200 \times 10 = 84\,000\ \text{J}$.
نفس كمية الحرارة ستسخن معدناً ذو $c$ منخفض جداً بمقدار أكبر بكثير من $10\ ^\circ\text{C}$.
السعة الحرارية النوعية $c$ هي الحرارة لكل كيلوجرام لكل درجة: $Q = mc\Delta T$. قيمة $c$ العالية (الماء) تقاوم التغير في درجة الحرارة؛ وقيمة $c$ المنخفضة (المعدن) تسخن بسرعة. التوصيل الحراري خاصية مختلفة — سرعة تدفق الحرارة خلال مادة ما.