درجة الحرارة وأنظمة قياسها

الحرارة ودرجة الحرارة

 

درجة الحرارة: هي متوسط الطاقة الحركية للجسيمات المكوِّنة للجسم.

 

ما العلاقة بين سرعة الجسيمات المكونة للجسم ودرجة حرارة الجسم؟

طردية، فكلما زادت سرعة هذه الجسيمات زاد متوسط الطاقة الحرارية لها، فترتفع درجة حرارة الجسم.

 

كيف نحدد اتجاه انتقال الحرارة بين جسمين أو منطقتين؟

عن طريق درجة الحرارة، فالحرارة تنتقل من الجسم الأسخن إلى الأقل سخونة.

 

الحرارة: تعرف بأنها كمية الطاقة التي تنتقل من الجسم الأسخن إلى الأقل سخونة.

 

كيف يحدث ذلك؟

عندما يتلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتيهما تفقد الجسيمات المكونة للجسم الساخن طاقة حركية، فتقل طاقتها، وتكسب الجسيمات المكونة للجسم البارد هذه الطاقة فتزيد طاقتها، ويستمر انتقال الحرارة بين الجسمين إلى أن يصبح لهما درجة الحرارة نفسها، هذا هو الاتزان الحراري، كما في الشكل.

 

 

قياس درجة الحرارة

 

* بم تقاس درجة الحرارة؟

باستخدام مقياس درجة الحرارة.

 

* تختلف مقاييس درجة الحرارة في:

1. دقتها.

2. تركيبها.

3. مدى درجات الحرارة التي تقيسها.

 

 

 

* نعبر عن درجة الحرارة باستخدام ثلاثة أنظمة قياس:

1. السلسيوس، ( ℃ )

2.الفهرنهايت، (  ℉ )

 3. الكلفن، ( K  ) وهو الوحدة المعتمدة لقياس درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات، يستخدمها العلماء في التجارب والأبحاث العلمية.

 

* أنواع مقاييس درجة الحرارة:

1. مقياس درجة الحرارة الكحولي:

يعمل بنظامين: * السلسيوس

                   * الفهرنهايت

ويستخدم لمعرفة درجة الحرارة في المنزل.

 

2. مقياس درجة الحرارة الزئبقي:

يستخدم في الطب لمعرفة درجة حرارة الجسم.

 

تدريج مقياس الحرارة

كيف نقيس درجة حرارة سائل باستخدام مقياس حرارة زئبقي؟

أضع المقياس في السائل، وألاحظ التغير في ارتفاع الزئبق في الساق الزجاجية للمقياس. وعندما يثبت ارتفاع الزئبق عند مستوى معين، أقرأ الرقم المقابل لمستوى سطح الزئبق ليدل على درجة حرارة السائل.

كيف يدرج مقياس الحرارة؟

عن طريق اختيار درجتين شائعتين يمكن قياسهما بسهولة، مثل درجة تجمد الماء ودرجة غليانه.

 

 

 

 

مثال:

كيف ندرج مقياس حرارة زئبقي بنظام السلسيوس؟

يوضع مقياس الحرارة في خليط من قطع الجليد الصغيرة والماء على نحو ما، فيشير ارتفاع الزئبق في الساق الزجاجية إلى درجة الصفر، ثم يوضع المقياس في ماء يغلي، فيشير ارتفاع الزئبق في الساق الزجاجية إلى درجة المئة، ثم تقسم المسافة بين أعلى وأدنى تدريج إلى مئة جزء، على أن يمثل كل جزء درجة واحدة، سميت باسم درجة سلسيوس، كما في الشكل.

 

 

لماذا سميت درجة السلسيوس بهذا الاسم؟

نسبة إلى العالم أنديرس سلسيوس الذي اقترح هذا النظام.

 

* درجة الفهرنهايت: في نظام الفهرنهايت، درجة تجمد الماء (32 ℉  ) ودرجة غليانه ( 212 ℉ ) ، فيكون الفرق بينهما 180  درجة، لذا تقسم المسافة إلى 180  جزء، كل جزء اسمه درجة فهرنهايت.

 

* درجة الكلفن: في نظام الكلفن، درجة تجمد الماء (273.15 K) ودرجة غليانه ( 373.15 K ) ، فيكون الفرق بينهما  100 درجة، لذا تقسم المسافة إلى 100 جزء، كل جزء اسمه درجة كلفن.

 

تحويل درجة الحرارة من نظام قياس إلى آخر

* درجة الحرارة نفسها يمكن التعبير عنها بأرقام مختلفة في الأنظمة الثلاثة، وللتحويل من نظام إلى آخر أطبق العلاقات الرياضية الموضحة في الجدول الآتي:

­

 

مثال 1:

يقدر العلماء أن درجة حرارة سطح الشمس ((5772.15K. أحسب درجة حرارة سطحها بالسلسيوس.

الحل:

للتحويل من كلفن إلى سلسيوس، أطبق العلاقة:

℃ = K – 273.15

℃ = 5772.15 – 273.15 = 5499 ℃

 

مثال 2:

أحول درجة الحرارة (40℃ ) إلى فهرنهايت.

الحل:

للتحويل من سلسيوس إلى فهرنهايت، أطبق العلاقة:

℉ = ℃ × 1.8 + 32

℉ = 40 × 1.8 + 32 = 104 ℉

 

---

أتحقق: أصف العلاقة بين درجة حرارة الجسم ومتوسط الطاقة الحركية للجسيمات المكوِّنة له. (صفحة 46)

الإجابة: درجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات المكونة للجسم، فعندما تزداد سرعة هذه الجسيمات، يزداد متوسط الطاقة الحركية لها، فترتفع درجة حرارة الجسم.

أبحث:  (صفحة 48)

صرار (صرصور) الليل المعروف بصوتِه الناتج عن احتكاك أجنحتِه الأمامية، قادر على التنبؤ بدرجة حرارة الجوِّ. أبحث عن كيفية إمكانية الاستدلال على درجة
حرارة الجوِّ من خلال معرفة تكرار  إصدار الأصوات التي يطلقها هذا الكائن.

إجابة محتملة: يكون الصرصور أنشط عند درجات الحرارة المرتفعة، حيث يمتلك طاقة أكبر تمكنه من تحريك جناحية، فيزداد معدل الاصوات التي يصدرها بارتفاع درجة حرارة الجو. ويمكن الاستدلال على درجة الحرارة من خلال عدّ النغمات التي يصدرها في مدة زمنية محددة، ثم حساب درجة الحرارة بتطبيق علاقة رياضية تربط بين معدل إصداره للأصوات ودرجة حرارة الجو.

 

أفكر:   (صفحة 48)

لماذا يتراوح تدريج مقياس درجة الحرارة الطبيِّ بين ( 42^oC - 35^oC )؟

الإجابة: لأن درجة حرارة جسم الإنسان تترواح بين هذين الرقمين.

 

تجربة صفحة ( 49 ): أصنع نموذج مقياس حرار ة

التحليل والاستنتاج
- يزداد ارتفاع الكحول في الماصة بزيادة درجة الحرارة.
- أقيس درجة الحرارة باستخدام مقياس درجة الحرارة المدرج، مثلا( C^◦ 30 ). ثم ألاحظ ارتفاع الكحول في مقياس الحرارة الذي صنعته، وأرسم مقابله علامة وأكتب عندها

  ( C^◦ 30) وأكرر الخطوة نفسها بقياس درجات حرارة مختلفة .

 

أتحقق: ما الدرجتان اللتان اعتمدتا لتدريج مقياس الحرارة بنظام السلسيوس؟ (صفحة 50)

الإجابة: درجة تجمد الماء ودرجة غليانه.

 

أتحقق: أكتب علاقة رياضية لتحويل درجة الحرارة من كلفن إلى سلسيوس.(صفحة 51)

الإجابة: C^o = K - 273.15

 

أتحقق:  (صفحة 51)

ألاحظ على الشكل ( 6) درجة حرارة  تسمَّى الصفر المطلق. فما الصفر المطلق؟ وهل توجد مادة في الطبيعة تصل درجة حرارتها إلى هذه الدرجة؟

الإجابة: إجابة محتملة : الصفر المطلق(0K) أقل درجة حرارة يمكن التعبير عنها على مقاييس درجة الحرارة. ويمثل أقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها على سطح الأرض.
تعبر درجة الحرارة عن متوسط الطاقة الحركية لجسيمات المادة، ونظريا لو افترضنا أن جسيمات المادة قد توقفت عن الحركة وفقدت طاقتها الحركية، تكون عندها قد وصلت إلى درجة الصفر المطلق، ويعتقد العلماء أنه من غير الممكن أن تصل المادة إلى هذه الدرجة تماما.

 

أفكر:   (صفحة 52)

عند أيِّ درجة حرارة يكون لنظام السلسيوس ولنظام الفهرنهايت القيمة نفسها؟

الإجابة:

أتحقق: أحول درجة الحرارة ( 98^oF ) إلى سلسيوس. (صفحة 52)

الإجابة: