تدرس هذه الوحدة أشكال الطاقة الحرارية وكيفية تحولها، مع التركيز على التغيرات الفيزيائية والكيميائية المصاحبة لها مثل الذوبان والاحتراق، وتطبيقاتها في الحياة اليومية والصناعة.
التغير الفيزيائي هو تغير في شكل المادة أو حالتها دون إنتاج مواد جديدة، مثل الذوبان والتبخر والتكثف. ترافق هذه التغيرات عمليات انتقال للطاقة الحرارية، إما إطلاقاً أو امتصاصاً.
يعد ذوبان مادة في مذيب مثالاً رئيسياً على التغير الفيزيائي المصاحب لتغير حراري. يمكن أن يكون هذا الذوبان طارداً للحرارة، حيث تنطلق حرارة ويشعر الوسط بالدفء، أو ماصاً للحرارة، حيث تمتص حرارة ويشعر الوسط بالبرودة.
يتم التمييز بين نوعي الذوبان من خلال قيمة حرارة الذوبان (ΔHsol). إذا كانت القيمة سالبة، يكون التفاعل طارداً للحرارة. وإذا كانت موجبة، يكون التفاعل ماصاً للحرارة.
توجد تطبيقات حياتية عديدة على هذه التغيرات، مثل الشعور بالبرودة عند وضع الغسول المطهر (لتبخر الكحول الماص للحرارة)، أو الشعور بالدفء عند ذوبان مسحوق الغسيل في الماء (ذوبان طارد للحرارة).
النقاط الرئيسية
التغير الكيميائي ينتج عنه مواد جديدة ذات خصائص مختلفة عن المواد الأصلية. الاحتراق هو أحد أهم الأمثلة على التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة.
يتطلب تفاعل الاحتراق ثلاثة عناصر: الوقود، والأكسجين، ومصدر اشتعال للحرارة. وينتج عنه طاقة حرارية وضوء، وغالباً ما يكون أحد نواتجه غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂).
حيث: الأكسدة والاختزال عمليتان متزامنتان في التفاعلات الكيميائية.
لإطفاء الحريق، يجب إزالة أحد متطلبات الاحتراق الثلاثة: إما بإزالة الوقود، أو منع وصول الأكسجين (كالغطاء)، أو خفض درجة الحرارة تحت درجة الاشتعال (باستخدام الماء).
النقاط الرئيسية
✏️ الحل خطوة بخطوة
نحدد المعطيات: كتلة الماء (م) = 100 جرام، التغير في درجة الحرارة (Δت) = -5 °م (لأنها انخفضت)، الحرارة النوعية للماء (س) = 4.184 جول/(جرام·°م).
نستخدم قانون حساب كمية الحرارة: الطاقة الحرارية (Q) = الكتلة × الحرارة النوعية × التغير في درجة الحرارة.
Q = م × س × Δت
نعوض في القانون: Q = 100 جرام × 4.184 جول/(جرام·°م) × (-5 °م).
Q = 100 × 4.184 × (-5) = -2092 جول.
قيمة Q سالبة (-2092 جول)، وهذا يعني أن الطاقة الحرارية خرجت من المحلول (أو امتصها المحلول من الوسط المحيط). بالتالي، عملية الذوبان هذه هي عملية ماصة للحرارة لأن درجة حرارة الوسط المحيط انخفضت.
الإجابة النهائية
-٢٠٩٢ جول (عملية ماصة للحرارة)
فكّر في الإجابة أولاً، ثم اضغط «اكشف الإجابة»
أحسنت! لقد استوعبت مفاهيم الطاقة الحرارية وتغيرات المادة. تذكر أن هذه القوانين تحيط بنا في كل مكان، من مشروبنا الغازي إلى إطفاء الحريق. استمر في المذاكرة والتطبيق.