الحرارة والمادة

الحرارة والمادة

* حالات المادة ثلاث، هي: الحالة الصلبة، الحالة السائلة، الحالة الغازية.

الانصهار: تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

التجمد: تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.

 

تحولات المادة

الانصهار والتجمد

كيف تنصهر المادة؟ عندما تكسب طاقة.

كيف تتجمد المادة؟ عندما تفقد طاقة.

* يحدث الانصهار والتجمد للمادة النقية عند درجة حرارة معينة، وتكون درجة الانصهار نفسها درجة التجمد، أي أن لكل مادة نقية درجة انصهار وتجمد معينة.

* درجة تجمد الماء النقي وانصهاره هي (0 ℃ ).

التبخر والغليان

التبخر: أن تكتسب جزيئات السائل القريبة من السطح طاقة حركية تمكنها من التغلب على قوى الترابط فيما بينها، فتتحرر تماماً، وتصبح حرة الحركة، وتنطلق إلى خارج سطح السائل على شكل بخار.

* لا يوجد درجة معينة تتبخر عندها المادة.

 

الغليان: أن يكتسب عدد كبير من جزيئات السائل طاقة حركية كافية للتغلب على قوى الترابط فيما بينها، فيتشكل داخل السائل فقاعات من البخار تصعد إلى سطحه.

 

* كيف يحدث الغليان؟

يشكل البخار المتجمع فوق سطح السائل ضغطاً يسمى ضغط البخار، وباستمرار تزويد السائل بالحرارة يتجمع قدر كاف من البخار فوق سطح السائل، بحيث يصبح ضغط البخار مساوياً للضغط الجوي، فيصل السائل للغليان.

 

درجة الغليان: درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط بخار السائل مع الضغط الجوي.

التبخر                    الغليان

 

 

 

درجتا الانصهار والغليان

*كيف نقيس درجتي الانصهار والغليان؟

عن طريق رصد التغير في درجة الحرارة لقطعة صلبة من المادة في أثناء تسخينها، ثم تمثيل العلاقة بين درجة الحرارة والزمن بيانياً كما في الشكل.

* ما هو منحنى التسخين؟

منحنى يظهر تحولات المادة في أثناء تسخينها يعبر عن العلاقة بين درجة الحرارة والزمن لقياس درجتي الانصهار والغليان، ويتضح من المنحنى أن درجة حرارة المادة تثبت في أثناء الانصهار والغليان، على الرغم من استمرار تزويدها بالحرارة.

* لماذا يهتم العلماء بدراسة منحنى التسخين للمواد المختلفة؟

للاستفادة من هذه الدراسة في تطبيقات عملية، فمثلاً يمتص الماء قدراً كبيراً من الطاقة قبل تحوله إلى بخار، لذا فإن بخار الماء يحتوي على قدر هائل من الطاقة، تستخدم في تدوير توربينات المولدات الكهربائية.

 

*لماذا تثبتُ درجةُ الحرارةِ في أثناءِ تحوّلِ المادّةِ منْ حالةٍ إلى أخرى؟

بسبب نظرية الحركة الجزيئية، ومعنى ذلك أن المادة في الحالة الصلبة تكون قوى الترابط بين جزيئاتها كبيرة، وعندما تصل المادة إلى درجة الانصهار فإن الطاقة التي تزود بها المادة تعمل على إضعاف قوى الترابط بين الجزيئات، ما يعطيها درجة كافية من حرية الحركة، فتتحول المادة إلى حالة جديدة هي الحالة السائلة، لذا فإن درجة الحرارة تبقى ثابتة إلى أن تتحول المادة جميعها إلى الحالة السائلة. ويحدث الأمر نفسه عند تحول المادة من الحالة السائلة إلى الغازية.

 

العواملُ التي یعتمدُ علیها معدّلُ التبخّرِ

1. درجة الحرارة، طردية.

(بزيادة درجة الحرارة، يزداد عدد جزيئات السائل القادرة على التحرر من السطح، فيزداد معدل التبخر)

2. مساحة سطح السائل المعرض للتبخر، طردية.

(زيادة مساحة سطح السائل تعني زيادة عدد الجزيئات القادرة على التحرر، وبالتالي يزداد معدل التبخر)

3. سرعة الرياح، طردية.

(كلما زادت سرعة الرياح، تحمل الرياح بخار الماء المتجمع فوق سطح السائل بعيداً عن السطح، مما يتيح المجال للمزيد من الجزيئات أن تتحرر، وبالتالي يزداد معدل التبخر)

4. الرطوبة، عكسية.

(يحمل الهواء الرطب كمية كبيرة من بخار الماء، لذا عندما يكون الهواء رطباً تقل كمية جزيئات السائل القادرة على الإفلات من سطحه والانتقال للوسط المحيط، وبالتالي يقل معدل التبخر)

---

 

أتحقق: ما الفرق بين الانصهار والتجمد؟ وما العلاقة بين درجة الانصهار ودرجة التجمد للمادة الواحدة؟ (صفحة 54)

الإجابة: الانصهار هو تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. أما التجمد فهو تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. وتكون درجة الانصهار للمادة النقية مساوية لدرجة التجمد للمادة نفسها.

 

تجربة منحنى التسخين (صفحة 56)

التحليل والاستنتاج:
1. أحلل الرسم البيانيَّ: أحدد كلا من درجة الانصهار ودرجة الغليان. وأقسم المنحنى إلى مراحل، وأصف حالة المادة (صلبة، سائلة، غازية) في كلِّ مرحلة.
الإجابة:

الشكل العام للمنحنى كما في الشكل (9) صفحة (57) في كتاب الطالب، مع ملاحظة أنه في هذه التجربة تكون درجة الانصهار (C^◦ 0) ودرجة الغليان (C^◦ 100)

2. أتوقع : عند تكرار التجربة باستخدام مادة أخرى، فهل أحصل على النتيجة نفسها؟ أفسر إجابتي.

الإجابة: شكل المنحنى لن يتغير لكن درجتا الانصهار والغليان تتغير قيمها ؛ لأن لكل مادة درجة الانصهار والغليان الخاصة لها.

 

أفكر: (صفحة 58)

أيُّهما يصلح لقياس درجة غليان الماء: مقياس درجة الحرارة الكحوليُّ أم الزئبقيُّ ؟ أفسر إجابتي، اعتمادا على البيانات الواردة في الجدول المجاور.

الإجابة: مقياس درجة حرارة الزئبقي؛ لأن درجة غليان الزئبق أعلى من درجة غليان الماء.

 

أتحقق: لماذا تثبت درجة حرارة المادة في أثناء الانصهار وفي أثناء الغليان، على الرغم من استمرار تزويدها بالحرارة؟    (صفحة 58)

الإجابة: لأن الطاقة التي تزود بها المادة تستخدم لإضعاف قوى الترابط بين الجزيئات.

 

أتحقق: لماذا يزداد معدل التبخر بزيادة سرعة الرياح؟  (صفحة 59)

الإجابة: لأن الهواء السريع سيحمل بخار الماء المتجمع فوق سطح السائل بعيدا عن السطح، ما يتيح المجال للمزيد من الجزيئات أن تتحرر.