[ناصر اللحياني]

[justify]

5-1 درجة الحرارة والطاقة الحرارية Temperature and Thermal Energy

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 36 :

يستهل المعلم الفصل الخامس بتوطئة عن الديناميكا الحرارية ؟ ومتى بدأت ؟ و أهميتها ؟
فيذكر أنها تُعنى بدراسة تحولات الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة ، وبدأ هذا العلم في القرن الثامن عشر مع ظهور المحركات البخارية في القطارات والمصانع ومضخات المياه في المناجم وساهمت بشكل كبير في الثورة الصناعية في أوربا والولايات المتحدة ، ويُستخدم اليوم على نطاق واسع في التطبيقات المختلفة للمحركات والطائرات و آلات التبريد وغيرها .

نشاط 1 : يطلب المعلم من أحد الطلاب تنفيذ التجربة التالية أمام زملائه :

http://www.youtube.com/watch?v=l5gRRF_R1zU

الأدوات : قارورة زجاجية فارغة ، بالون ، حوض به ماء بارد ، حوض به ماء ساخن .
الطريقة : ضع البالون على فوهة القارورة ، ثم ضع القارورة في الحوض الساخن ، ماذا تلاحظ ؟ ثم ضع القارورة في الحوض البارد ، ماذا تلاحظ ؟
الملاحظة : سيشاهد الطلاب تمدد البالون عند وضع القارورة في الحوض الساخن ، و انكماشها عند ضع القارورة في الحوض البارد .

ثم يُوجه المعلم النقاش لتعليل هذه المشاهدة ومعرفة سبب تمدد البالون سواء عند وضعه في الحوض الساخن أو وضعه تحت أشعة الشمس أو حتى بالنفخ فيه ! ويساعدهم بعرض هذه المحاكاة لحركة الجزيئات في الغاز بشكل عام وحركتها في بالون عند النفخ وعند تعريضها لأشعة الشمس :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321537249.swf]width=276 height=351[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321537268.swf]width=276 height=351[/FLASH]

ليتوصل الطلاب إلى أنّ تمدد البالون هو بسبب زيادة تصادم جزيئات الغاز بجدران البالون بشكل متكرر عندما تزيد طاقته الحركية بعد التسخين ، وأمّا عند التبريد فإنّ البالون ينكمش لنقص طاقته الحركية الذي يُبطيء التصادمات ، وللتعزيز يعرض المعلم هذه المحاكات التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321593142.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321567764.swf]width=640 height=480[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321567774.swf]width=470 height=280[/FLASH]

( أضغط على السهم الأخضر لمقارنة الطاقة الحركية عند اختلاف التسخين )

خلاصة النشاط : التوصل إلى أنّ التسخين يزيد من التصادمات ، وهذا يعني أنّ الطاقة الحركية للجزيئات في الجسم الحار أكبر من الطاقة الحركية للجزيئات في الجسم البارد .

وهذا يعني أيضا أنّ الطاقة الحرارية للجزيئات في الجسم الحار أكبر من الطاقة الحرارية للجزيئات في الجسم البارد ، وبالتالي التوصل إلى النتيجة النهائية وهي أنّ :

الطاقة الحرارية : هي الطاقة الكلية للجزيئات ، وهذا يعني أيضا أنّ الطاقة الحرارية تعتمد على عدد الجزيئات ، فكلما كانت زاد عدد الجزيئات المتصادمة كانت الطاقة الحرارية أكبر .

وبالتالي إذا كانت المادة تحتوي على عدد N من الذرات فإن الطاقة الحرارية الكلية في المادة تساوي متوسط طاقتي الحركة والوضع لكل ذرة مضروب في العدد N ( لأن لكل ذرة طاقة حركية وطاقة وضع ) .


نشاط 2 : يعرض المعلم محاكاة الجافا التالية :

أضغط هنـــا لتحميل محاكاة الجافا

يضبط المعلم المحاكاة في البداية ليتكون النظام من 100 جزيء عند درجة حرارة ثابتة :

http://www.youtube.com/watch?v=aVm2AUA8Eow

ويطلب من الطلاب مشاهدة تصادمات الجزيئات ومتابعة قيمة متوسط السرعة لكل جزيء ( والتي تُمثل متوسط الطاقة الحركية لكل جزيء لأن :KE = ½ m v2 ) ، ثم يتساءل المعلم ماذا لو زادت عدد الجزيئات عند نفس درجة الحرارة ، هل سيتغيّر متوسط السرعة لكل جزيء أم لا ؟ وبمعنى آخر هل سيتغيّر متوسط الطاقة الحركية لكل جزيء أم لا ؟ ستتباين توقعات الطلاب ، ثم يقوم المعلم بجعل النظام 500 جزيء :

ليشاهد الطلاب تصادمات الجزيئات وسيلاحظون أنّ متوسط السرعة لكل جزيء لم يتغيّر وبالتالي فإنّ متوسط الطاقة الحركية لكل جزيء لم يتغيّر .

يُوجه المعلم النقاش لتعليل هذا النشاط ليتوصل الطلاب إلى أنّ : درجة الحرارة تعتمد على متوسط الطاقة الحركية للجزيئات ولا تعتمد على عدد الجزيئات .

من هذا النشاط يمكن للمعلم التأكيد والتعزيز على النشاط الأول بالتساؤل أيهما أكبر : الطاقة الحرارية لـ 100 جزيء أم الطاقة الحرارية لـ 500 جزيء ، ليتوصل الطلاب إلى أنّه :
بما أنّ الطاقة الحرارية هي الطاقة الكلية للجزيئات فإنّ الطاقة الحرارية لـ 500 جزيء أكبر .

قد يحدث لبس لدى الطلاب بين الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة ، لذا نعيد لهم التوضيح أنّ الطاقة الحرارية هي الطاقة الكلية للجزيئات أيّ أنها تعتمد على عدد الجزيئات ، بينما درجة الحرارة هي متوسط الطاقة الحركية للجزيئات ولا تعتمد على عدد الجزيئات ، وللتعزيز يعرض المعلم هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321632275.swf]width=760 height=420[/FLASH]

ملاحظة : إذا لم تعمل عندك محاكاة الجافا فقم بتحميل برنامج مشغل الجافا من الرابط التالي أضغط هنــــا .


نشاط 3 : يعرض المعلم مقطع الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=DiEMvbPU9zE

ويطلب من الطلاب وصف الطاقة الحركية للجسم الصلب عندما يكون ساخنا وعندما يكون باردا ، سيلاحظ الطلاب أنّ الذرات في المواد الصلبة تبدو وكأنها مترابطة فيما بينها بنوابض فترتد الذرات ارتدادات مختلفة الشدة إلى الأمام وإلى الخلف مُعبرةً عن الطاقة الحركية ، وسيلاحظ الطلاب كذلك أنّ هذه الارتدادات تكون في المواد الساخنة أكبر من المواد الباردة ، مثل الغازات تماما .


نشاط 4 : يُجري المعلم التجربة التالية - مع أني متردد في تنفيذها لأنها تستغرق وقت طويل - :

http://www.youtube.com/watch?v=J_thccFrowg

وهناك تجربة أخرى بسيطة أعتقد أنها تؤدي الغرض ، تحتاج فيه إلى ثلاث أكواب :

يضع في الأول ماء ساخن وفي الثاني ماء بارد والثالث فارغ ، ثم يقيس درجة حرارة كل من الكوب الأول والثاني ، ثم يسكب محتوى الكوبين في الكوب الثالث ، ثم يقيس درجة حرارة الكوب الثالث ، ويطلب منهم تسجيل الملاحظة .

أيضا يمكن للمعلم أنّ ينفذ التجربة مُستعينا بالمحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321632599.swf]width=797 height=495[/FLASH]

أضغط على ( Thermal Equilibrium process ) لمشاهدة كيف تعمل المحاكاة ، أو أضغط على ( go to lab ) لتنفيذ التجربة مباشرة .

ليتوصل الطلاب إلى أنّ الاتزان الحراري : هي الحالة التي يصبح عندها معدّل تدفق الطاقة الحرارية بين الجسمين متساوي ، ويكون لكلا الجسمين درجة الحرارة نفسها ، وللتعزيز يعرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1321639673.swf]width=626 height=236[/FLASH]

أدناه رابط مؤقت لتحميل فلاشات هذا الدرس :

[hide]http://cutt.us/WiHD[/hide]

الحصة الـ 37 :

سأحاول إنّ شاء الله تعالى سأدرجه مساء يوم غد .[/justify]