[مستر محمد سلامه]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة جميلة محمود

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته هل يوجد أسئلة تخصص فيزياء لدى أعضاء المنثدى

شكرا

اختبارات الكادر
فيزياء
تعريف علم الديناميكا الحرارية
علم الديناميكاالحرارية هو علم تجريبي يهتم بدراسة كل ما هو متعلق بدرجة الحرارةوالطاقة
الحرارية أو التدفق الحراري المصاحب لتغيرات الأنظمة الكيميائية أوالفيزيائية .

تطبيقات علم الديناميكا الحرارية :
أ - التطبيقات الهندسية : يستخدم هذا العلم هندسيا في تصميم المحركات
ومولدات الطاقة الكهربية وأجهزةالتبريد والتكييف .

ب - التطبيقات الكيميائية : هنالك عدة تطبيقات لعلمالديناميكا نذكر منها :

التغيرات في الطاقة التي ترافق التغير الكيميائي أوالفيزيائي . وبصورة عامة

التغير في الطاقة بين النظام وما يحيط به .

دراسة إمكانية حصول التفاعل الكيميائي تلقائيا

* اشتقاق الصيغوالقوانين المكتشفة تجريبيا وبناؤها على أساس نظري فمثلا :

- يمكن اشتقاقواثبات قوانين التوازن الكيميائي

- يمكن اشتقاق قانون هس للمحتوى الحراريوالذي يعتبر حالة خاصة للقانون

الأول للديناميكا الحرارية .

- يمكناشتقاق معادلة كلابيرون - كلاوزيوس المتعلقة بالتوازن بين الأطوار

- يمكناشتقاق معادلة قاعدة الطور أو الصنف

المفاهيم الأساسية في الديناميكاالحرارية

تعريف النظام ( System ) : هو جزء من الكون الذي يحدث فيه

التغير الكيميائي أو الفيزيائي أو هو الجزء المحدد من المادة التي

توجه إليه الدراسة .

المحيط ( Surroundings ) : هو الجزء الذي يحيطبالنظام ويتبادل

معه الطاقة في شكل حرارة أو شغل ويمكن أن يكون حقيقي أووهمي .

مثال : عند إضافة محلول حمض الهيدوكلوريك إلى محلول

هيدوركسيد الصوديوم في كأس زجاجي فأن :

* النظام هو محلول الحمضوالقاعدة

* حدود النظام هي جدران الكأس * المحيط هو باقي الكون حولالنظام

بناء على الطريقة التي يتبادل بها النظام الطاقة والمادة معالمحيط

أ - النظام المفتوح ( Open System ) وهو النظام الذي يسمح بتبادل كل

من المادة والطاقة بين النظام والوسط المحيط .

ب - النظام المغلق ( Closed System ) وهو الذي يسمح بتبادل الطاقة فقط

بين النظام والوسط المحيطعلى صورة حرارة أو شغل .

ج - النظام المعزول ( Isolated System ) وهو الذيلا يسمح بانتقال أي

من الطاقة والمادة بين النظام والوسط المحيط

خواص النظام ( Properties of a System )

يمكن تقسيم الخواصالطبيعية للنظام إلي مجموعتين :


أ - خواص شاملة ( Extensive Properties ) وهي الخواص التي تعتمد على كمية المادة

الموجودة في النظام مثل الكتلة ،الحجم ، السعة الحرارية ، الطاقة الداخلية ، الانتروبي ،

الطاقة الحرةومساحة السطح والقيمة الكلية بالنسبة لهذه الخواص تساوي مجموع القيم

المنفصلة لها .

خواص مركزة Properties ) Intensive ) وهي الخواصالتي لا تعتمد على

كمية المادة الموجودة في النظام مثل الضغط ، درجةالحرارة ، الكثافة ، التوتر

السطحي ، القوة الدافعة الكهربية والجهدالكهربي . كل هذه الخواص مميزة

للمادة ولكن لا تعتمد على كميتها .

الاتزان الديناميكي الحراري ( Thermodynamic Equilibrium )

يمكنتقسيمه إلى ثلاث أنواع :

أ - الاتزان الميكانيكي ( Mechanical Equilibrium ) ويحدث هذا النوع من الاتزان

عندما لا يحدث أي تغير ميكروسكوبي للنظام معالزمن .

ب - الاتزان الكيميائي ( Chemical Equilibrium ) ويحدث هذا النوع منالاتزان عندما

لا يحدث تغير في تركيز المادة مع الزمن .

ج - الاتزانالحراري ( Thermal Equilibrium ) ويحدث هذا النوع من الاتزان عندما

تتساوىدرجة حرارة النظام مع الوسط المحيط به ويتمثل هذا الاتزان في القانون الصفري

للديناميكا الحرارية الذي ينص على أنه : إذا تواجد نظامان في حالة اتزان معنظام ثالث فأن

النظامين يكونان في حالة اتزان مع بعضيهما .

يحدثالتغير في حالة النظام عند ظروف مختلفة ، نلخصها في الأتي :

العمليةالاديباتيكية ( Adiabatic Process ) وهي التي لا يفقد النظام أو يكتسبخلالها

طاقة حرارية من الوسط .

العملية الأيزوثيرمالية ( Isothermal Process ) هي العملية التي تحدث عند ثبات

الحرارة ( بناء على ذلك يحدث ثباتالطاقة الداخلية ) .

العملية الآيزوبارية ( Isobaric Process ) هي العمليةالتي تحدث عند ضغط ثابت .

العملية الآيزوكورية ( Isochoric Process ) هيالعملية التي تحدث عند حجم ثابت .

العملية الدائرية ( Cyclic Process ) هيالعملية التي يتحرك فيها النظام في شكل

دائري ويرجع لموقعه الأول ( أي لاتتغير طاقته الداخلية ) .

الطاقة ( Energy )

الطاقة ( E ) هي الشغل ( w ) المنجز أو المستهلك من قبل المادة .

ويمكن توضيح العلاقة بين الطاقة ( E ) والمادة ممثلة بكتلتها ( m ) كما يلي :

E = w
= F x d
= m x a x d
= m x d x ( v / t )
= m x v x ( d/t )
= m x v x v = m x v2

أي أن الطاقة تساوي حاصل ضرب كتلة المادة في مربع سرعة هذه المادة ، وهيتشابه

معادلة آينشتاين Einstein التي حدد فيها أن طاقة الجسم الذي يتكون منهالضؤ والمسمى

بالفوتون ( E ) تساوي حاصل ضرب كتلته في مربع سرعته التيتساوي سرعة الضؤ c

E = m x c2


ن الناحية الميكانيكية تقسمالطاقة لنوعان :

أ - الطاقة الحركية :Kinetic Energy ( K. E ) ومقدارهايعتمد على كتلة الجسم ( m )

وعلى سرعته v وتساوي :K E = 1/2 m v2

مثال : أحسب طاقة حركة جسم كتلته 60 kg وسرعته 20 km / h ؟

الحل : K . E = 1/2 m v2 = 1/2 x 60 x ( 20 x 1000 ) / 60 x 60

= 925. 925 J

ب - الطاقة الوضعية ( P . E ) Potential E nergy ومقدارها يعتمد على كتلةالجسم

( m ) وعلى تسارعه ( a ) والمسافة التي يقطعها ( d ) .

P . E = m x a x d

مثال : جسم يتحرك بتسارع يساوي ( 20 m / s2 ) وكتلته تساوي ( 300 kg ) أحسب

طاقة وضعه إذا قطع مسافة قدرها 10 m ) ) ؟

الحل : P .E = m x a x d

= 300 kg x 20 m/s2 x10 m

= 6000 kg m2 / s2

= 6000 J = 60 kJ

كل صور الطاقة لها الوحدات Mass x ( length )2 / ( Time )2

أي كتلة x ( المسافة )2 / ( الزمن )2 وعليه يمكن أن تكون الطاقةبوحدة الايرج Erg ) ) أو

بوحدة الجول ( Joule ) أو السعر الحراري Calory) ) .

وحدة الطاقة في النظام ( cgs ) وهو فرنسي الأصل ويعني ( cm . gram . sec ) هي

الايرج ويعرف بأنه مقدار الشغل المبذول عندما تعمل قوة مقدارها واحدداين لمسافة

قدرها سم واحد .


الداين هو القوة التي تعطي عجلةمقدارها 1 .0 cm / sec2 لجسم كتلته واحد جرام .

لعلاقات بين الوحدات

Calory = 4.18 J

Joule = 107 erg

Atom.. L = 24.23 cal = 101.3 J


المباديء الاساسية للنظرية الحركية الجزيئية
تتكون جميع انواع المادة من جزيئاتتفصلها فراغات ما بين الجيئات
الجزيئات في اية مادة في حركة مستمرة مشوشةعشوائية
في المسافات بين الجزيئات تؤثر قوى الجاذبية وقوى التنافر على حد سواءولهذه القوى طبيعة كهرومغناطيسية

الظواهر الفيزيائية التي تؤكد هذهالمباديء
1- تبين التجارب ان جميع الغازات سهلة الانضغاط اذا يوجد بين جزيئاتالغازات فراغات واسعة
السوائل والاجسام الصلبة قابلة للانضغاط ولكن بدرجة أقلبكثير من الغازات

نتيجة للتداخل المتبادل لجزيئات مادة ما بين جزيئات مادةأخرى يتم اختلاط الغازات والسوائل المختلفة وذوبان الاجسام الصلبة في السوائل وتبخرالسوائل والاجسام الصلبة

ان نزعة جزيئات الغاز الى شغل كل الفراغ المتاح لهتبين أن جزيئات الغاز في حركة مستمرة عشوائية وغالبا ما تسمى الحركة العشوائيةللجزيئات بالحركة الحرارية وذلك لأن لها علاقة بمفهوم درجة الحرارة
كلما كانتدرجة حرارة الجسم أعلى كلما كانت الحركة المشوشة لجزيئاته أكثر شدة وكان متوسطالطاقة الحركية التي تصيب كل جزيء من جزيئاته أكبر
بما ان الطاقة الحركيةتتناسب طرديا مع مربع سرعة الحركة اذا تزداد السرعة المتوسطة لجزيئات الجسم عندتسخينه وتقل عند تبريده