ملخص العلوم تانية إعدادي، الترم الأول المادة والطاقة

أهداف التعلم

• يربط بين قوة ترابط الجسيمات في الغازات والسوائل والمواد الصلبة وخواصها.
• يستنتج أن تحول المادة من حالة إلى أخرى تغير فيزيائي لا يكوّن مواد جديدة.
• يفسر منحنى تسخين الماء وأثر الضغط ونقاء المادة في درجتي الانصهار والغليان.
• يفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة والطاقة الداخلية ويتعرف العوامل المؤثرة في تغير درجة الحرارة.
• يتعرف طرق انتقال الحرارة (التوصيل والحمل والإشعاع) وتطبيقاتها.

المصطلحات والتعريفات العلمية

• المادة: كل ما له كتلة ويشغل حيزًا. تصنف إلى حالات: صلبة وسائلة وغازية (وحالة رابعة هي البلازما).
• الموائع: السوائل والغازات (قابلة للانسياب وتتخذ شكل الإناء).
• الجسيم: وحدة صغيرة جدًا (ذرة أو جزيء) تتكون منها المادة. المسافات البينية: المسافات بين الجسيمات.
• الحركة البراونية: حركة عشوائية لدقائق كبيرة نسبيًا (غبار أو حبوب لقاح) في المائع بسبب تصادم جزيئاته بها.
• الانتشار: انتقال الجسيمات من منطقة تركيزها مرتفع إلى منطقة تركيزها منخفض (سريع في الغازات، متوسط في السوائل، بطيء جدًا في الصلب).
• النظام: أي جزء من الكون يكون موضعًا للدراسة. مفتوح (يتبادل المادة والطاقة)، مغلق (يتبادل الطاقة فقط)، معزول (لا يتبادل شيئًا).
• الطاقة الداخلية: مجموع طاقتي الحركة والوضع لجسيمات النظام. درجة الحرارة: مقياس لمتوسط طاقة حركة الجسيمات. الحرارة: الطاقة المنتقلة بين نظامين لاختلاف درجتي حرارتهما.
• الحرارة النوعية: كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من المادة درجة سلسيوس واحدة.

حالات المادة ونظرية الجسيمات

فروض نظرية الجسيمات: (1) تتكون المادة من جسيمات صغيرة جدًا لا ترى بالعين، (2) جسيمات المادة الواحدة متماثلة، (3) توجد قوى تجاذب بين الجسيمات، (4) توجد مسافات بينية تختلف باختلاف الحالة، (5) الجسيمات في حركة مستمرة وتختلف سرعتها بحسب الحالة.

تحولات المادة

• الانصهار: صلب ← سائل باكتساب طاقة. التجمد: سائل ← صلب بفقد طاقة. التبخر: سائل ← غاز عند سطح السائل وعند أي درجة. الغليان: سائل ← غاز في كل أجزاء السائل عند درجة الغليان. التكثف: غاز ← سائل. التسامي: صلب ← غاز مباشرة (الثلج الجاف، اليود). التساقط: غاز ← صلب مباشرة (الصقيع).
• في منحنى تسخين الماء: يرتفع الثلج حتى 0°م (الانصهار) وتثبت درجة الحرارة أثناء الانصهار، ثم يسخن الماء حتى 100°م (الغليان) وتثبت أثناء الغليان. تعمل الطاقة الحرارية أثناء التحول على إضعاف قوى التجاذب لا على رفع درجة الحرارة.
• عوامل درجتي الانصهار والغليان: الضغط الجوي (يرتفع الغليان بزيادة الضغط كما في القدر الكاتم، وينخفض عند الارتفاعات العالية: 94°م عند 1800 م و90°م عند 3000 م) ونقاء المادة (الشوائب ترفع الغليان وتخفض التجمد).
• العوامل المؤثرة في معدل التبخر: ارتفاع درجة الحرارة، وزيادة مساحة السطح، ونقص الرطوبة، وزيادة سرعة تيارات الهواء.
• التحولات عمليات انعكاسية (الانصهار/التجمد، التبخر/التكثف) ولا تغير تركيب الجزيئات (جزيء الماء لا يتفكك).

الطاقة الداخلية ودرجة الحرارة

• يزداد تغير درجة الحرارة كلما قلت كتلة المادة عند اكتساب نفس الكمية من الحرارة، ويختلف باختلاف نوع المادة (الزيت يسخن أسرع من الماء) وحالتها (الثلج يسخن أسرع من الماء).
• الحرارة النوعية (جول/كجم.°م): الماء 4180، الثلج 2090، زيت الذرة 2000، الألومنيوم 900، الحديد 450، النحاس 385، الزئبق 140. الماء مبرد ممتاز لارتفاع حرارته النوعية (الردياتير).

طرق انتقال الحرارة

1. التوصيل: في الأجسام الصلبة باهتزاز الجسيمات وتصادمها دون انتقالها. الفلزات جيدة التوصيل (موصلة)، والخشب والبلاستيك رديئة (عازلة). تطبيق: أواني طهي معدنية بمقابض بلاستيكية، وعزل جدران المباني.
2. الحمل: في الموائع بتيارات الحمل: الجزء الساخن يقل كثافة ويرتفع ويحل محله البارد. أمثلة: المدفأة، نسيم البحر (نهارًا يسخن اليابس أسرع من الماء)، وتحليق النسور.
3. الإشعاع: بالموجات الكهرومغناطيسية (الأشعة تحت الحمراء) في الفراغ، كالإشعاع الشمسي. الأجسام المعتمة القاتمة أفضل امتصاصًا. الثرموجراف يصور الأشعة تحت الحمراء.

• تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم الأعلى حرارة إلى الأقل حتى يتحقق الاتزان الحراري.

تنبيهات الامتحان

• لا تقل إن درجة الحرارة تتغير أثناء الانصهار أو الغليان؛ فهي ثابتة.
• الحرارة ليست درجة الحرارة: الأولى طاقة منتقلة والثانية متوسط طاقة الحركة.
• الانتقال بالتوصيل لا تنتقل فيه الجسيمات، أما الحمل فتنتقل الجسيمات.
• الغليان يحدث عند درجة معينة، أما التبخر فعند أي درجة وفي السطح فقط.

قائمة المراجعة

• [ ] أصنف حالات المادة وأقارن خواصها.
• [ ] أذكر فروض نظرية الجسيمات.
• [ ] أفسر الحركة البراونية والانتشار.
• [ ] أذكر خواص البلازما.
• [ ] أسمي تحولات المادة وأحدد اكتساب/فقد الطاقة.
• [ ] أفسر منحنى التسخين.
• [ ] أذكر عوامل تغير درجتي الغليان والانصهار.
• [ ] أذكر عوامل التبخر.
• [ ] أفرق بين الأنظمة المفتوحة والمغلقة والمعزولة.
• [ ] أفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة والطاقة الداخلية.
• [ ] أفسر الحرارة النوعية.
• [ ] أميز التوصيل والحمل والإشعاع بأمثلة.