منحنى التسخين: ما هو ، كيف يتم ذلك ، أمثلة - جسدي - بدني - 2025

A منحنى التسخين هو تمثيل رسومي كيف درجة حرارة العينة تختلف بوصفها وظيفة من الزمن، والحفاظ على ثابت الضغط وإضافة الحرارة بشكل موحد، وهذا هو، بمعدل ثابت.

لإنشاء رسم بياني من هذا النوع ، يتم أخذ أزواج من قيم درجة الحرارة والوقت ، والتي يتم رسمها لاحقًا عن طريق وضع درجة الحرارة على المحور الرأسي (تنسيق) والوقت على المحور الأفقي (الإحداثي).

الشكل 1. يتم الحصول على منحنى تسخين مادة عن طريق إضافة الحرارة وقياس درجة الحرارة كل فترة زمنية معينة. المصدر: Pixabay.

ثم يتم تركيب المنحنى الأنسب لهذه النقاط التجريبية وأخيراً يتم الحصول على رسم بياني لدرجة الحرارة T كدالة للوقت t: T (t).

ما هو منحنى التسخين؟

عندما يتم تسخينها ، تمر المادة بحالات مختلفة متتالية: من كونها صلبة يمكن أن تصبح بخارًا ، يمر دائمًا بالحالة السائلة. تسمى هذه العمليات تغيرات الحالة ، حيث تزيد العينة من طاقتها الداخلية بينما تضاف الحرارة ، كما هو مبين في النظرية الحركية الجزيئية.

عند إضافة الحرارة إلى عينة ، هناك احتمالان:

- تزيد المادة من درجة حرارتها ، وذلك لأن جزيئاتها تهتز بشدة.

- تخضع المادة لتغير طوري ، حيث تظل درجة الحرارة ثابتة. تؤدي إضافة الحرارة إلى إضعاف القوى التي تمسك الجزيئات ببعضها إلى حد ما ، وهذا هو السبب في أنه من السهل الانتقال من الجليد إلى الماء السائل ، على سبيل المثال.

يوضح الشكل 2 الحالات الأربع للمادة: الصلبة والسائلة والغازية والبلازما وأسماء العمليات التي تسمح بالانتقال فيما بينها. تشير الأسهم إلى اتجاه العملية.

الشكل 2. حالات المادة والعمليات اللازمة للتنقل بين أحدهما والآخر. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

- تغيرات الحالة في مادة ما

تبدأ بعينة في الحالة الصلبة ، وعندما تذوب تتحول إلى حالة سائلة ، وعندما تتبخر تتحول إلى غاز ومن خلال التأين تتحول إلى بلازما.

يمكن تحويل المادة الصلبة مباشرة إلى غاز من خلال عملية تعرف باسم التسامي. هناك مواد تتسامى بسهولة في درجة حرارة الغرفة. وأشهرها هو CO ₂ أو الثلج الجاف، وكذلك النفتالين واليود.

بينما تخضع العينة لتغيير الحالة ، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى تصل إلى الحالة الجديدة. هذا يعني أنه إذا كان لديك ، على سبيل المثال ، جزء من الماء السائل وصل إلى نقطة الغليان ، فإن درجة حرارته تظل ثابتة حتى يتحول كل الماء إلى بخار.

لهذا السبب ، من المتوقع أن يتكون منحنى الاحترار من مجموعة من الأقسام المتزايدة والأقسام الأفقية ، حيث يتوافق الأخير مع تغيرات الطور. يظهر أحد هذه المنحنيات في الشكل 3 لمادة معينة.

الشكل 3. منحنى تسخين لمادة معينة ، مع تكوين نموذجي يعتمد على درجات ومنحدرات.

تفسير منحنى التسخين

في فترات النمو ab و cd و ef ، تم العثور على المادة كمادة صلبة وسائلة وغازية على التوالي. في هذه المناطق تزداد الطاقة الحركية ومعها تزداد درجة الحرارة.

بينما في قبل الميلاد يتغير حالته من صلب إلى سائل ، لذلك تتعايش المرحلتان. يحدث هذا في القسم الذي تتغير فيه العينة من سائل إلى غاز. هنا تتغير الطاقة الكامنة ، وتبقى درجة الحرارة ثابتة.

الإجراء العكسي ممكن أيضًا ، أي أنه يمكن تبريد العينة لتبني حالات أخرى على التوالي. في هذه الحالة نتحدث عن منحنى التبريد.

منحنيات التسخين لها نفس المظهر العام لجميع المواد ، على الرغم من عدم وجود نفس القيم العددية بالطبع. تستغرق بعض المواد وقتًا أطول من غيرها لتغيير حالتها ، وتذوب وتتبخر عند درجات حرارة مختلفة.

تُعرف هذه النقاط على التوالي باسم نقطة الانصهار ونقطة الغليان ، وهي خصائص كل مادة.

هذا هو السبب في أن منحنيات التسخين مفيدة للغاية ، لأنها تشير إلى القيمة العددية لدرجات الحرارة هذه لملايين المواد الموجودة كمواد صلبة وسوائل في نطاق درجات الحرارة التي تعتبر طبيعية وعند الضغط الجوي.

كيف تجعل منحنى الاحماء؟

من حيث المبدأ ، الأمر بسيط للغاية: ما عليك سوى وضع عينة من المادة في وعاء مزود بمحرك ، وإدخال مقياس حرارة وتسخين بالتساوي.

في نفس الوقت ، في بداية الإجراء ، يتم تنشيط ساعة توقيت ويتم تدوين أزواج درجة الحرارة والوقت المقابلة من وقت لآخر.

يمكن أن يكون مصدر الحرارة عبارة عن موقد غاز ، بمعدل تسخين جيد ، أو مقاومة كهربائية تنبعث منها حرارة عند التسخين ، والتي يمكن توصيلها بمصدر متغير لتحقيق قوى مختلفة.

لمزيد من الدقة ، هناك طريقتان تستخدمان على نطاق واسع في مختبر الكيمياء:

- التحليل الحراري التفاضلي.

- المسعر التفاضلي.

يقارنون فرق درجة الحرارة بين العينة قيد الدراسة وعينة مرجعية أخرى بدرجة حرارة انصهار عالية ، وغالبًا ما يكون أكسيد الألومنيوم. باستخدام هذه الطرق ، من السهل العثور على نقاط الانصهار والغليان.

أمثلة (ماء ، حديد…)

ضع في اعتبارك منحنيات تسخين الماء والحديد الموضحة في الشكل. لم يتم عرض المقياس الزمني ، ومع ذلك فمن الفوري التمييز بين درجات حرارة الانصهار لكل من المادتين التي تتوافق مع النقطة B في كل رسم بياني: بالنسبة للماء 0 درجة مئوية ، وللحديد 1500 درجة مئوية.

الشكل 4. منحنيات تسخين الماء والحديد.

الماء مادة عالمية ومن السهل تحقيق نطاق درجات الحرارة اللازمة لمعرفة تغيرات حالته في المختبر. مطلوب درجات حرارة أعلى بكثير للحديد ، ولكن كما هو مذكور أعلاه ، لا يتغير شكل الرسم البياني بشكل كبير.

ذوبان الجليد

عند تسخين عينة الجليد ، وفقًا للرسم البياني ، نكون عند النقطة A ، عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية. ويلاحظ أن درجة الحرارة تزداد بمعدل ثابت حتى تصل إلى 0 درجة مئوية.

تهتز جزيئات الماء داخل الجليد بسعة أكبر. بمجرد الوصول إلى درجة حرارة الانصهار (النقطة B) ، يمكن للجزيئات أن تتحرك بالفعل أمام بعضها البعض.

يتم استثمار الطاقة التي تصل في تقليل قوة الجذب بين الجزيئات ، وبالتالي تظل درجة الحرارة بين B و C ثابتة حتى يذوب كل الجليد.

تحويل الماء إلى بخار

بمجرد أن يصبح الماء في حالة سائلة تمامًا ، يزداد اهتزاز الجزيئات مرة أخرى وتزداد درجة الحرارة بسرعة بين C و D حتى درجة الغليان 100 درجة مئوية بين D و E تظل درجة الحرارة عند هذه القيمة أثناء تضمن الطاقة التي تصل أن كل الماء الموجود في الحاوية يتبخر.

إذا كان بالإمكان احتواء كل بخار الماء في وعاء ، فيمكنه الاستمرار في التسخين من النقطة E إلى النقطة F ، والتي لا يظهر حدها في الرسم البياني.

يمكن أن تمر عينة الحديد بنفس هذه التغييرات. ومع ذلك ، نظرًا لطبيعة المادة ، فإن نطاقات درجات الحرارة مختلفة جدًا.

المراجع

1. أتكينز ، ب.مبادئ الكيمياء: مسارات الاكتشاف. افتتاحية Médica Panamericana. 219-221.
2. تشونغ ، P. منحنيات التدفئة. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org.
3. منحنيات التسخين. حرارة الانصهار والتبخير. تم الاسترجاع من: wikipremed.com.
4. هيويت ، بول. 2012. العلوم الفيزيائية المفاهيمية. الخامس. إد بيرسون. 174-180.
5. جامعة بلد الوليد. شهادة في الكيمياء ، مسترجعة من: Residential.uva.es.