نقل الحرارة: الصيغ وكيفية حسابها وحل التمارين - جسدي - بدني - 2025

و الحرارة نقل لنقل الطاقة بين جثتين في درجات حرارة مختلفة. الذي يحتوي على درجة حرارة أعلى يعطي الحرارة للحرارة المنخفضة. سواء كان الجسم يتخلى عن الحرارة أو يمتصها ، يمكن أن تختلف درجة حرارته أو حالته الفيزيائية اعتمادًا على كتلة وخصائص المادة التي صنع منها.

وخير مثال على ذلك هو فنجان قهوة ساخن. تسخن الملعقة المعدنية التي يحرك بها السكر. إذا تُركت في الكوب لفترة كافية ، فسوف ينتهي الأمر بالقهوة والملعقة المعدنية بالتساوي في درجات الحرارة: ستبرد القهوة وستنتقل الحرارة إلى الملعقة. ستنتقل بعض الحرارة إلى البيئة ، نظرًا لأن النظام غير معزول.

القهوة والملعقة في حالة توازن حراري بعد فترة. المصدر: Pixabay.

عندما تصبح درجات الحرارة متساوية ، تم الوصول إلى التوازن الحراري.

إذا أجريت نفس الاختبار بملعقة صغيرة من البلاستيك ، فستلاحظ بالتأكيد أنها لا تسخن بالسرعة التي تسخن بها المعدن ، ولكنها ستتوازن في النهاية مع القهوة وكل ما يحيط بها.

وذلك لأن المعدن ينقل الحرارة بشكل أفضل من البلاستيك. من ناحية أخرى ، من المؤكد أن القهوة تنتج الحرارة بمعدل مختلف عن الشوكولاتة الساخنة أو أي مشروب آخر. لذا فإن الحرارة التي يمنحها أو يمتصها كل جسم تعتمد على المادة أو المادة التي يتكون منها.

ما تتكون منه والصيغ

تشير الحرارة دائمًا إلى تدفق أو انتقال الطاقة بين جسم وآخر ، بسبب الاختلاف في درجة الحرارة.

هذا هو السبب في أننا نتحدث عن انتقال الحرارة أو امتصاصها ، لأنه من خلال إضافة أو استخراج الحرارة أو الطاقة بطريقة ما ، من الممكن تعديل درجة حرارة عنصر ما.

عادة ما تسمى كمية الحرارة التي يطلقها الجسم الأكثر سخونة Q. هذه القيمة تتناسب مع كتلة ذلك الجسم. الجسم ذو الكتلة الكبيرة قادر على التخلي عن حرارة أكثر من الجسم ذي الكتلة الأقل.

الفرق في درجة الحرارة

عامل مهم آخر في حساب انتقال الحرارة هو الاختلاف في درجة الحرارة التي يعاني منها الجسم الذي ينقل الحرارة. يشار إليه على أنه Δ T ويحسب على النحو التالي:

أخيرًا ، تعتمد كمية الحرارة المنقولة أيضًا على طبيعة وخصائص الكائن ، والتي يتم تلخيصها كميًا في ثابت يسمى الحرارة النوعية للمادة ، والمشار إليها بالرمز c.

أخيرًا ، يكون التعبير عن الحرارة المنقولة كما يلي:

فعل الاستسلام يرمز إليه بعلامة سلبية.

السعة الحرارية والحرارة النوعية للمادة

الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام من المادة بمقدار 1 درجة مئوية. إنها خاصية جوهرية للمادة. وحداته في النظام الدولي هي: جول / كغم. ك (جول بين الكيلوجرام × درجة الحرارة بالدرجات بالكلفن).

السعة الحرارية C هي مفهوم مرتبط ، لكنها مختلفة قليلاً ، حيث أن كتلة الجسم متورطة. يتم تعريف السعة الحرارية على النحو التالي:

وحدات SI الخاصة بها هي Joule / K. لذلك يمكن أيضًا التعبير عن الحرارة المنبعثة بالتساوي على النحو التالي:

كيف تحسبها؟

لحساب الحرارة المنقولة بواسطة جسم ما ، من الضروري معرفة ما يلي:

- الحرارة النوعية للمادة التي تنبعث منها الحرارة.

- كتلة المادة المذكورة

- درجة الحرارة النهائية المطلوب الحصول عليها

تم تحديد قيم الحرارة النوعية للعديد من المواد بشكل تجريبي وهي متوفرة في الجداول.

قياس السعرات الحرارية

الآن ، إذا كانت هذه القيمة غير معروفة ، فمن الممكن الحصول عليها بمساعدة مقياس حرارة وماء في حاوية معزولة حرارياً: المسعر. يظهر رسم تخطيطي لهذا الجهاز في الشكل المصاحب للتمرين 1.

تُغمر عينة من المادة عند درجة حرارة معينة في كمية من الماء سبق قياسها. يتم قياس درجة الحرارة النهائية ويتم تحديد الحرارة النوعية للمادة بالقيم التي تم الحصول عليها.

بمقارنة النتيجة بالقيم المجدولة ، يمكن معرفة ماهية الجوهر. هذا الإجراء يسمى قياس الكالوري.

يتم إجراء توازن الحرارة عن طريق الحفاظ على الطاقة:

س _أسفر + س _{ممتص = 0}

تمارين محلولة

التمرين 1

يتم إدخال قطعة من النحاس 0.35 كجم عند درجة حرارة 150 درجة مئوية في 500 مل من الماء عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.

أ) درجة حرارة التوازن النهائية

ب) ما مقدار الحرارة المتدفقة في هذه العملية؟

البيانات

رسم تخطيطي للمسعر الأساسي: وعاء معزول من الماء ومقياس حرارة لقياس التغيرات في درجة الحرارة. المصدر: د. تلاهون تسفاي

المحلول

أ) يتخلى النحاس عن الحرارة بينما يمتصها الماء. نظرًا لأن النظام يعتبر مغلقًا ، لا يتدخل سوى الماء والعينة في ميزان الحرارة:

من ناحية أخرى ، يجب حساب كتلة 500 مل من الماء:

بهذه البيانات يتم حساب كتلة الماء:

أثيرت معادلة الحرارة في كل مادة:

معادلة النتائج التي لدينا:

إنها معادلة خطية مجهولة واحد وحلها:

ب) كمية الحرارة التي تتدفق هي الحرارة المنقولة أو الحرارة الممتصة:

Q _أسفرت = - 134.75 (32،56-150) J = 15823 J

س _ممتص = 2093 (32.56 - 25) ي = 15823 ج

تمرين 2

تُسخن قطعة نحاسية 100 جم في فرن عند درجة حرارة T _o ثم توضع في مسعر نحاسي 150 جم يحتوي على 200 جم من الماء عند 16 درجة مئوية. درجة الحرارة النهائية مرة واحدة في حالة توازن هي 38 º C. عند وزن المسعر ومحتوياته ، وجد أن 1.2 جرام من الماء قد تبخر ، ما هي درجة الحرارة الأولية T _o ؟

المحلول

يختلف هذا التمرين عن التمرين السابق ، حيث يجب مراعاة أن المسعر يمتص الحرارة أيضًا. يتم استثمار الحرارة المنبعثة من قطعة النحاس في كل ما يلي:

- تسخين الماء في المسعر (200 جرام)

- تسخين النحاس الذي يصنع منه المسعر (150 جرام)

- تبخر 1.2 جرام من الماء (الطاقة مطلوبة أيضًا لتغيير المرحلة).

هكذا:

- 38.5. (38 - T _o) = 22397.3

يمكن أيضًا مراعاة الحرارة اللازمة لجعل 1.2 جرام من الماء تصل إلى 100 درجة مئوية ، لكنها كمية صغيرة نسبيًا بالمقارنة.

المراجع

1. جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. 6 ^عشر. إد برنتيس هول. 400 - 410.
2. كيركباتريك ، ل. 2007. الفيزياء: نظرة على العالم. 6 ^t اختصار التحرير. سينجاج ليرنينج. 156-164.
3. ريكس ، 2011. أساسيات الفيزياء. بيرسون. 309-332.
4. سيرز ، زيمانسكي. 2016. الفيزياء الجامعية مع الفيزياء الحديثة. الرابع ^عشر. المجلد 1. 556 - 553.
5. Serway، R.، Vulle، C. 2011. أساسيات الفيزياء. 9 ^غ Cengage التعلم.