ملتقى الفيزيائيين العرب - كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

ملتقى الفيزيائيين العرب (http://www.phys4arab.net/vb/index.php)

- الصف الثالث الثانوي (http://www.phys4arab.net/vb/forumdisplay.php?f=24)

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

بسم الله الرحمن الرحيم
حفظك الله من كل مكروه يا استاذة نهى
شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية .

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

[align=center] بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

المقدمـــــــــــــــــــــــــــــــة :

مراجعة الدرس السابق من خلال الأسئلة التالية :

س1/ عرفي كلا من :الإجراء العكوس – الآلة الحرارية – المستودع الحراري – كفاءة الآلة ؟
س2/ أكتبي قانون حساب كلٍ من :
1/ الشغل المبذول في الآلة الحرارية .
2/ مردود الآلة الحرارية .
اذكري نص القانون الآول للديناميكا الحرارية ؟

القانون الثاني للديناميكا الحرارية :

فسري المشاهدة التالية تفسيرا علميا :

عند ترك كوب من الشاي الحار لفترة زمنية فإنه يبرد ؟
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
هل يمكن أن يكتسب كوب الشاي حرارة من الجو المحيط به وتصبح درجة حرارته أعلى من درجة حرارة الجو المحيط به ؟

القانون الثاني للديناميكا الحرارية جاء مكملا للأول

حيث إن القانون الأول هو قانون لحفظ الطاقة فيخبرنا بأن أي زيادة في شكل من أشكال الطاقة يصاحبه نقص في الشكل الآخر ،

كما أنه لا يميز الشغل من الحرارة ،

إذ يمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بتزويده بالحرارة أو ببذل شغل عليه ،

وبمعنى آخر هناك تحولات محددة للطاقة يسمح بها القانون الأول ،

فمثلا يمكن تحويل الشغل كليا إلى حرارة ،

ولكن العكس في الواقع غير ممكن أي لا يمكن تحويل الحرارة كليا إلى شغل دون إحداث أي تغيير في الوسط المحيط .

القانون الذي يبحث في أي العمليات ممكنة الحدوث وأيها مستحيلة هو القانون الثاني

لنعود للآلة الحرارية ثانية :

ما هو تركيبها ؟

تعودي أختي المعلمة وتعرضيها على الطالبات

اطلبي من إحدى الطالبات أن ترسمها على السبورة ثم اعرضي الرسم

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de18.jpg

الآن القانون الثاني يناقش الحالات التي لا يمكن فيها أن تعمل الآلة الحرارية بشكل صحيح

و له عدة صيغ ، وهي :

1 - صيغة ( كلفن – بلانك ) "

من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كليا إلى شغل ميكانيكي " أي أنه لكي تنتج الآلة الحرارية شغلا يجب أن يكون لها مستودعان حراريان مختلفان في درجة الحرارة .

يحدد اتجاه إجراءات انتقال الطاقة " الحرارة ".ويبحث في أي العمليات ممكنة الحدوث وأيها مستحيلة .

ارسمي الآلة الحرارية بهذه الصيغة ؟

http://www.sptechs.com/pub/ns1427/de08.jpg

ماذا نستنتج من الصيغة السابقة ؟

أي أنه لكي تنتج الآلة الحرارية شغل يجب أن يكون لها مستودعان حراريان مختلفان في درجة الحرارة.

وقد صاغ كلاوزيوس القانون بشكل آخر

2- صيغة كلاوزيوس " الثلاجة المستحيلة " :

2 – صيغة ( كلاوزيوس) " من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي حرارة منخفضة ، وتطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دون الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي "

أي تسري الحرارة سريانا طبيعيا من الجسم الساخن إلى البارد ومن المستحيل أن تسري من البارد إلى الساخن بشكل طبيعي بدون بذل شغل أي يجب بذل شغل لنقل الحرارة من مستودع بارد إلى مستودع ساخن

اذكري مثال على حاجتنا لنقل الحرارة من مستودع بارد إلى مستودع ساخن باستخدام آلة حرارية تبذل شغل ميكانيكي ؟

مثال على ذلك الثلاجة

محرك الثلاجة يعمل على نقل الحرارة من داخل الثلاجة ( المستودع البارد ) إلى خارجها ( المستودع الساخن )

ارسمي الآلة الحرارية بهذه الصيغة ؟

http://www.sptechs.com/pub/ns1427/de07.jpg[/align]

يمكنك اختيار بعض الأسئلة مما يسمح به الوقت من مذكرة الكافي في الديناميكا الحرارية في الصفحات 9 - 10 كتطبيق على الدرس

بالتوفيق

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

المقدمة :

مراجعة الدرس السابق من خلال الأسئلة التالية :

ما هو تركيب الآلة الحرارية

ما هو مبدأ عملها

وضحي طريقة حساب كفاءتها ؟

كيف يمكن الحصول على آلة كفاءتها أقصى مايمكن ؟

قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل آلة ميكانيكية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية

ولكن هذه الآلة لا وجود لها

( ولكنها تمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها )

حيث تحدد هذه الآلة أهم العناصر الرئيسية لصناعة المحركات وهي الكفاءة.

وبالطبع الكفاءة موضوع مهم جدا لأنه من الطبيعي كلما تحسنت كفاءة المحرك كلما كان المردود أكبر

فنحن نحتاج إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك ونقل الأشياء،

وهذا يتأتي على حساب الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من حرق الفحم أو الوقود

والأداة التي تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية نسميها المحرك Engine.

- عرفي آلة كارنو؟.

آلة كارنو:

هي آلة مثالية تكون مادة التشغيل فيها غاز مثالي و تعمل بين مستودعين حراريين

وتشكل الحدّ الأعلى لفاعلية الآلات الحرارية

وتقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية

من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها الحرارة من المستودع الساخن ، وتفقد حرارة إلى المستودع البارد .

دورة كارنو :

هي إحدى الدورات الديناميكية الانعكاسية المشهورة التي سميت باسم المهندس الفرنسي سادي كارنو.

وكان كارنو مهندسا في الجيش الفرنسي وكرس جهده في البحث العلمي وخاصة الظاهرة الحرارية ويعتبر مؤسس لعلم الديناميكا الحرارية .

-اشرحي مراحل دورة كارنو الانعكاسية ؟

( يمكنك أختي المعلمة شرحها باختصار على الرسم البياني لأنها هي نفسها ما سبق شرحه في الآلة البخارية )

وكذلك الكفاءة سبق شرحها مع الآلة الحرارية

راقبي ما يحدث من تغيرات خلال دورة كاملة في الفلاشات التالية

[align=center][FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de34.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de35.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

مراحل دورة كارنو الانعكاسية :

الدورة الديناميكية الحرارية العكوسة:

متى تكون الدورة الديناميكية عكوسة ؟

نقول عن الدورة الديناميكية الحرارية أنها دورة عكوسة إذا كانت جميع عملياتها عكوسة ،

ومعنى ذلك أن يمكن عكس العمليات جميعها وبالتالي عكس الدورة بأكملها .

تتكون من أربعة إجراءات انعكاسية كالتالي :

الإجراء( 1- 2) إجراء إضافة حرارة " انعكاسي " عند درجة حرارة عالية " كــــ 2 " ( عملية ايزوثيرمية ".

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de30.jpg

شرح المرحلة الأولى :

يكون المكبس متصل مع المستودع الساخن وبالتالي سيمتص الغاز كمية حرارة ( كح2 ) من المستودع الساخن ، فيقوم الغاز ببذل شغل لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة أي أنها ( عملية إيزوثيرمية ) .

الإجراء (2-3 )إجراء التمدد الاديباتيكي " الانعكاسي"

" عملية كظمية أديباتيكية " لان الغاز معزول حراريا .

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de31.jpg

شرح المرحلة الثانية:

يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لتمدد الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل الغاز شغل لدفع المكبس ، ينتج عنها انخفاض في درجة الحرارة .

الإجراء (3-4 )إجراء طرد حرارة " انعكاسي " عند درجة حرارة ثابتة منخفضة " كـــــ 1 " " عملية ايزوثيرمية "

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de32.jpg

شرح المرحلة الثالثة :

يتصل المكبس في هذه الحالة مع المستودع البارد و ينضغط الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز .

الإجراء (4-1 )إجراء الضغط الاديباتيكي" الانعكاسي" " عملية كظمية أديباتيكية " لان الغاز معزول حراريا .

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de33.jpg

شرح المرحلة الرابعة :

يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لانضغاط الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل المكبس شغلا على الغاز ، ينتج عنها ارتفاع في درجة الحرارة .

مثلي الإجراءات الأربعة على الرسم البياني الذي يوضح العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه وتغيراتها خلال الإجراءات الأربعة :

http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de29.jpg

كفاءة آلة كارنو : ( نفس شرح الكفاءة في الدرس السابق يمكنك مراجعتها مع الطالبات ثم حل الأمثلة مباشرة )

كفاءة آلة كارنو= صافي الشغل / الحرارة المضافة .
= شغ / كح 2
= كح 2 - كح 1/ كح 2

= 1 - كح 1 / كح 2
حيث:
كح 2 : كمية الحرارة المضافة عند درجة الحرارة المرتفعة كـ 2 للمستودع الساخن.
كح 1 : كمية الحرارة المطرودة عند درجة الحرارة المنخفضة كـ 1 للمستودع البارد.

علام تعتمد كفاءة آلة كارنو ؟

وقد وجد أن كفاءة آلة كارنو تعتمد على درجة حرارة كل من المستودعين.

كفاءة آلة كارنو= 1- كـ 1 / كـ 2

المعادلات السابقة تنطبق على جميع الدورات الديناميكية الحرارية الانعكاسية بغض النظر عن مائع التشغيل " غاز مثالي – بخار ماء – فريون -----

حل أمثلة الكتاب 3- 9 ثم 3-10

بالتوفيق

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

سلمت يمينك ياأختي بارك الله فيك فعلآمتميزه ورائعه جزاك الله خير الجزاء

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

الدرس الأخير من الديناميكا الحرارية

المقدمـــــــــــــــــــــــــــــــة :

مراجعة الدرس السابق من خلال الأسئلة التالية :
س1/ اشرحي مراحل دورة كارنو الانعكاسية؟
س2/ مثلي بيانيا العلاقة بين الضغط والحجم النوعي في دورة كارنو الانعكاسية.
س3 / وضحي تركيب الآلة الحرارية ؟
اعرضي على الطالبات رسم الآلة الحرارية

ثم تبدئي بدرس اليوم

كيف يمكننا تلطيف الجو في المنازل في الصيف والتخلص من الحرارة ؟

نستخدم المكيفات

انتعرف اليوم على طريقة تكييف حرارة منازلنا للحصول على حياة أكثر راحة

- عرفي المضخة الحرارية ؟.

المضخة الحرارية:

هي آلة حرارية تعمل في الاتجاه المعاكس أي تحول الشغل الميكانيكي إلى طاقة حرارية . بحيث تنقل الحرارة من مستودع بارد إلى مستودع ساخن.

- عددي أنواع المضخات الحرارية؟.

أنواع المضخات الحرارية:
1/ مضخات حرارية تعمل على وضع التبريد مثل : الثلاجات والبرادات والمكيفات
( في حالة التبريد)
2/ مضخات تعمل على وضع التدفئة
مثل : مكيفات الهواء في وضع التدفئة.

ملاحظة :

بما أن المضخات الحرارية تعمل في الاتجاه المعاكس للآلة الحرارية ، فإننا عندما نعكس دورة آلة كارنو الانعكاسية نحصل على دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة .

3- اشرحي مراحل دورة كارنو الانعكاسية المقلوبة؟.

دورة كارنو الانعكاسية المقلوبة:

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية:
1- الإجراء ( أ - ب ): إجراء تمدد انعكاسي اديباتيكي.
2- الإجراء ( ب - جـ ): إجراء إضافة حرارة انعكاسي عند درجة حرارة ثابتة منخفضة كـ 1 ( إجراء إيزوثيرمي ) .
3- الإجراء ( جـ - و ): إجراء انضغاط انعكاسي اديباتيكي.
4- الإجراء ( و - أ ): إجراء طرد حرارة انعكاسي عند درجة حرارة ثابتة عالية كـ 2
( إجراء ايزوثيرمي ) .

مثلي بيانيا العلاقة بين الحجم النوعي والضغط في دورة كارنو المقلوبة؟.

يتم تمثيلها تماما كدورة كارنو الأولى مع عكس اتجاهات الإجراءات فيها

- استنتجي معامل أداء المضخة الحرارية؟ .

معامل أداء المضخة الحرارية :

معامل الأداء = الطاقة المطلوبة"المنتجة" / الطاقة المدفوعة "المعطاة "

حيث: الطاقة المدفوعة هي الشغل. أما الطاقة المطلوبة فهي في حالة التبريد كح 1 وفي حالة التدفئة كح 2

*في حالة التبريد:

إذا استخدمت آلة كارنو المقلوبة كمبرد (مكيف يعمل على التبريد ) فإن: الطاقة المطلوبة هي كمية الحرارة المسحوبة من المكان البارد ( كح 1 ) الذي درجة حرارته " كـ 1 "

معامل الأداء (التبريد) = كح 1 / شغ
= كح 1 / كح 2 - كح 1
= كـ 1 / كـ 2 - كـ 1
معامل الأداء يمكن أن يكون أكبر أو اصغر من الواحد.

*في حالة التدفئة :

وأما في حالة المضخة الحرارية "مكيف يعمل على الحار" فهي تقوم بدورة مشابهة لدورة المبرد ، فهي تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن لذا تكون الطاقة المطلوبة هي ( كح 2 ) التي تنتقل إلى الخزان الحراري الساخن الذي درجة حرارته كـ 2 .

معامل أداء المضخة في حالة (تدفئة)

= كح 2ـ / شغ
= كح 2ـ / كح 2ـ -كح 1
= كـ 2 / كـ 2 - كـ 1
معامل أداء المضخة الحرارية دائما أكبر من الواحد الصحيح.

ملاحظات

1 معامل الأداء ليس له وحدة
2 معامل الأداء في وضع التدفئة يكون أكبر من 1
3 يلاحظ من معادلات معاملات الأداء أعلاه أن المقام هو نفسه في التبريد والتدفئة أما البسط فإنه يرتبط في وضع التبريد بالمستودع البارد ، وفي وضع التدفئة بالمستودع الساخن .

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

أختي نهى تعجز كلمات الشكرفلاتوفيكِ حقك عن ماقمتي به من مجهود رائع في هذاالموضوع فلاأستطيع إلاأن أدعي لكِ بظهر الغيب أن يجعل كل حرف كتبتيه في ميزان حسناتك وأن يفرج عنك كربات الدنياوالآخره وييسرلك أمورك ويبارك لك في علمك وعملك

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

اشكرك اختي نهى جزيل الشكر
أجزل القول من ثنائي جزاك الله خيرا كذا يقول الرسول

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

شراح رائع وواضح ..

لا حرمك الله الأجر ..

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

[align=center]أختي الفاضله / نهى
جزاك الله خير الجزاء
ورزقك الله ووألديك الجنه وحرم الله وجهك الطاهر على النار
فعلآ خبرتي كبيرة في تخصص الفيزياء لكن يعلم الله كم أستفدت من طرية شرحك الممتعه
تقبل مني أزكى وأعطر التحايا[/align]

رد: كيف نشرح الديناميكا الحرارية بكل يسر و سهولة و يحبها طلابنا و طاباتنا

يعطيك العافية اخت نهى... موضوع رائع ومرجع لموضوع الديناميكا

واستغرب عدم تثبيته الى الان ...

عندي بعض الاستفسارات اتمنى الاجابة عليها ..

1-اريد معرفة وظيفة المستودع البارد؟؟ - حتى افهم استحالة بناء الة حرارية بدونه..؟

2- ذكرتي في احد الدروس:

"قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل آلة ميكانيكية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية

ولكن هذه الآلة لا وجود لها

( ولكنها تمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها )"

وسؤالي على هذه الجزئية : هل من الممكن ان استبدل العبارة "ولكن هذه الالة لاوجود لها" هل استطيع استبدالها بهذه الجملة ":

"ولكن لايمكن صنع الة تعمل بكفاءة بنسبة 100%.."

3- على ماذا استند اعلماء بقولهم "تسري الحرارة سريانا طبيعيا من الجسم الساخن إلى البارد ومن المستحيل أن تسري من البارد إلى الساخن بشكل طبيعي"

ااااسف على الاطالة وجزاك الله خير الجزاء