الأشكال المتعددة للطاقة

 الأشكال المتعددة للطاقة

.53 تتحرك سيارة كتلتها 1600 kg بسرعة 12.5 m/s. ما طاقتها الحركية؟  1.3x105 J

.54 ما مقدار الطاقة الحركية لسيارة سباق كتلتها 1525 kg, عندما تكون سرعتها 108 km/h؟  6.86x105 J

.55 مجموع كتلتي خليل ودراجته 54.0 kg. فإذا قطع خليل 1.80 km خلال 10.0 min بسرعة ثابتة, فما مقدار طاقته الحركية؟  243 J

.56 كتلة خالد  45 kgويسير بسرعة 10.0 m/s.

.a جد طاقته الحركية.  2300 J

.b إذا تغيرت سرعة خالد إلى 5.0 m/s. فاحسب طاقته الحركية الآن  560 J

.c أوجد نسبة الطاقة الحركية في الفرع  aإلى الطاقة الحركية في الفرع b؟ وفسر ذلك.

مضاعفة السرعة المتجهة يضاعف الطاقة الحركية أربع مرات تتناسب الطاقة الحركية طرديا مع مربع السرعة

.57 كتلة كل من أسماء وآمنة متساويتان وتساوي 45 kg, وقد تحركتا معاً بسرعة 10.0 m/s كجسم واحد.

.a ما مقدار الطاقة الحركية لهما معاً؟  4500 J

.b ما نسبة كتلتهما معاً إلى كتلة أسماء؟  2/1

.c ما نسبة طاقتهما الحركية معاً إلى الطاقة الحركية لأسماء؟ فسر إجابتك.

 2/1، نسبة طاقتهما الحركية إلي الطاقة الحركية لأسماء هي نفسها النسبة بين كتلتهما إلي كتلة أسماء تتناسب الطاقة الحركية طرديا مع الكتلة

.58 القطار في فترة الخمسينيات من القرن الماضي, استخدم قطار تجريبي كتلته 2.5 × 104 kg, وقد تحرك في مسار مستو بمحرك نفاث يؤثر بقوة دفع مقدارها 5.00 × 105 N خلال مسافة 509 m. فما مقدار.

.a الشغل المبذول على القطار؟  2.55x108 J

.b التغير في الطاقة الحركية للنظام.   2.55x108 J

.c الطاقة الحركية النهائية للقطار إذا بدأ حركته من السكون.  2.55x108 J

.d السرعة النهائية للقطار إذا أهملنا قوى الاحتكاك.  143 m/s

.59 مكابح السيارة تتحرك سيارة وزنها 14700 kg بسرعة 25 m/s, وفجأة استخدم السائق المكابح, وأخذت السيارة في التوقف, كما في الشكل 4-17. فإذا كان متوسط قوى الاحتكاك بين عجلات السيارة والطريق تساوي 7100N فما المسافة التي تتحركها السيارة قبل أن تتوقف؟66 m

.60 تتحرك عربة صغيرة كتلتها 15.0 kg بسرعة متجهة مقدارها 7.50 m/s على مسار مستو, فإذا أثرت فيها قوة مقدارها 10.0 N فتغيرت سرعتها وأصبحت 3.20 m/s.

.a التغير في الطاقة الحركية للعربة؟  -345 J

.b الشغل المبذول على العربة؟  -345 J

.c المسافة التي ستتحركها العربة خلال تأثير القوة؟  34.5 m

.61 يتسلق عليّ حبلاً في صالة اللعب مسافة 3.5 m. ما مقدار طاقة الوضع التي يكتسبها إذا كانت كتلته 60.0 kg؟  2100 J

.62 البولنج أحسب الزيادة في طاقة الوضع لكرة بولنج كتلتها 6.4 kg عندما ترفع مسافة 2.1 m إلى أعلى نحو رف الكرات.  130 J

.63 احسب التغير في طاقة الوضع لخديجة عندما تهبط من الطابق العلوي إلى الطابق السفلي مسافة 5.50 m, علماً بأن وزنها 505 N؟  -2780 J

64. رفع الأثقال يرفع لاعب أثقالاً كتلتها 180 kg مسافة 1.95 m. فما الزيادة في طاقة وضع الأثقال؟  3400 J

.65 أُطلق صاروخ تجريبي كتلته 10.0 kg رأسياً إلى أعلى من محطة إطلاق. فإذا أعطاه الوقود طاقة حركية مقدارها1960 j  خلال زمن احتراق وقود المحرك كله. فما الارتفاع الإضافي (عن ارتفاع المنصة) الذي سيصل إلية الصاروخ؟  20 m

.66 ترفع نبيلة كتاب فيزياء وزنه 12.0 N من سطح طاولة ارتفاعها عن سطح الأرض 75 cm إلى رف يرتفع 2.15 m فوق سطح الأرض, فما مقدار التغير في طاقة الوضع للنظام؟  17 J

.67 صُمم جهاز ليظهر مقدار الطاقة المبذولة. يحوي الجهاز جسماً مربوطاً بحبل, فإذا سحب شخص الحبل ورفع الجسم مسافة 1.00 m فسيشير مقدار الطاقة إلى أن 1.00 j من الشغل قد بُذل. فما مقدار كتلة الجسم؟  0.102 kg

.68 التنس من الشائع عند لاعبي التنس الأرضي المحترفين أن المضرب يؤثر في الكرة بقوة متوسطة مقدارها 150.0 N. فإذا كانت كتلة الكرة 0.060 kg ولامست أسلاك المضرب مدة 0.030 s كما في الشكل 4-18, فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ابتعادها عن المضرب؟ افترض أن الكرة بدأت الحركة من السكون.  170 J

.69 يحمل طارق صاروخ دفع نفاث, ويقف على سطح جليدي عديم الاحتكاك. فإذا كانت كتلة طارق 45 kg  وزوّد الصاروخ طارقاً بقوة ثابتة لمسافة 22.0 m فاكتسب طارق سرعة مقدارها 62.0 m/s.         .a فما مقدار القوة؟ 3900 N

.b وما مقدار الطاقة الحركية النهائية لطارق؟  8.6x104 J

.70 التصادم اصطدمت سيارة كتلتها 2.00 × 103 kg  وسرعتها 12.0 m/s بشجرة, فلم تتحرك الشجرة وتوقفت السيارة كما في الشكل 4-19.

.a ما مقدار التغير في الطاقة الحركية للسيارة؟ -1.44x105 J 

.b ما مقدار الشغل المبذول عندما ترتطم مقدمة السيارة بالشجرة؟   -1.44x105 J 

.c احسب مقدار القوة التي أثرت في مقدمة السيارة لمسافة 50.0 cm.  -2.88x105 N 

.71 أثرت مجموعة من القوى على حجر وزنه 32 N, فكانت محصلة القوى عليه ثابتة ومقدارها 410 N, وتؤثر في اتجاه رأسي, فإذا استمر تأثير القوة المحصلة على الحجر حتى رفعته إلى مسافة 2.0 m, ثم توقف تأثير القوة, فما المسافة الرأسية التي سيرتفعها الحجر من نقطة توقف تأثير القوة فيه؟ 36 m

4-2 حفظ الطاقة

.72 رُفع كيس حبوب وزنه 98.0 N إلى غرفة تخزين ارتفاعها 50.0 m فوق سطح الأرض باستخدام رافعة الحبوب. .a      ما مقدار الشغل المبذول؟   4.9x103 J

.b ما مقدار الزيادة في طاقة وضع كيس الحبوب عند هذا الارتفاع؟  4.9x103 J

.c إذا انقطع الحبل المستخدم لرفع كيس الحبوب بالضبط عندما وصل الكيس إلى ارتفاع غرفة التخزين, فما مقدار الطاقة الحركية للكيس قبل أن يصطدم بسطح الأرض مباشرة؟   4.9x103 J

.73 تستقر صخرة كتلتها 20 kg على حافة منحدر ارتفاعه 100 m كما في الشكل 4-20.

.a ما مقدار طاقة وضعها بالنسبة لقاعدة الجرف؟  2x104 J

.b إذا سقطت الصخرة فما مقدار الطاقة الحركية للصخرة لحظة ارتطامها بالأرض؟ 2x104 J

.c ما مقدار سرعة الصخرة لحظة ارتطامها بالأرض؟  45 m/s

.74 الرماية وضع احد الرماة سهماً كتلته 0.30 kg في القوس, وكان متوسط القوة المؤثرة عند سحب السهم للخلف مسافة 1.3 m تساوي 201 N.

.a إذا اختزنت الطاقة كلها في السهم فما سرعة انطلاق السهم من القوس؟  42 m/s

.b إذا انطلق السهم رأسياً إلى أعلى فما الارتفاع الذي يصل إليه؟  89 m

.75 صخرة كتلتها 2.0 kg في حالة سكون, ثم سقطت إلى الأرض ففقدت 407 j من طاقة وضعها. احسب الطاقة الحركية التي اكتسبتها الصخرة بسبب سقوطها, وما مقدار سرعة الصخرة قبل ارتطامها بالأرض مباشرة؟  407 J , 20 m

.76 سقط كتاب فيزياء مجهول الكتلة من ارتفاع 4.50 m. ما مقدار سرعة الكتاب لحظة ارتطامه بالأرض؟  9.39 m/s

.77 عربة القطار اصطدمت عربة قطار كتلتها 5.0 × 105 kg بعربة أخرى ساكتة لها الكتلة نفسها, وتحركت العربتان معاً بعد التصادم كجسم واحد بسرعة 4.0 m/s كما في الشكل 4-21.

.a فإذا كانت سرعة العربة الأولى قبل التصادم 8.0 m/s فاحسب زخمها؟  4x106 kg.m/s

.b ما مقدار الزخم للعربتين معاً بعد التصادم؟  4x106 kg.m/s

.c ما مقدار الطاقة الحركية للعربتين قبل التصادم وبعده؟

قبل= 1.6x107 J و بعد=8x106 J

.d احسب الطاقة الحركية التي خسرتها العربتان.

تتحول الطاقة الحركية إلي حرارة وصوت

.78 أي ارتفاع يجب أن تسقط منه سيارة صغيرة حتى يكون لها الطاقة الحركية نفسها عندما تسير بسرعة 1.00 × 102 km/h؟  39.4 m

.79 تزن عبير 420 N وتجلس على أرجوحة ترتفع 0.40 m عن سطح الأرض. فإذا سحبت أمها الأرجوحة إلى الخلف حتى أصبحت على ارتفاع 1.0 m عن سطح الأرض ثم تركتها.

.a فما مقدار سرعة عبير عندما تمر بالنقطة الأقل ارتفاعاً عن سطح الأرض في مسارها؟  3.4 m/s

.b إذا كرت عبير بالنقطة الأقل ارتفاعاً عن سطح الأرض بسرعة 2.0 m/s, فما مقدار شغل الاحتكاك المبذول على الأرجوحة؟  -170 J

.80 أسقطت ليلى رأسياً كرة كتلتها 10.0 kg من ارتفاع 2.0 m عن سطح الأرض. فإذا كانت سرعة الكرة عند ملامستها سطح الأرض 7.5 m/s فما مقدار السرعة الابتدائية للكرة؟  4.1 m/s

.81 الانزلاق تسلق منذر سلم منحدر تزلج ارتفاع 4.8 m, ثم انزلق فكانت سرعته في أسفل منحدر التزلج 3.2 m/s. ما مقدار الشغل المبذول من قوة الاحتكاك على منذر إذا كانت كتلته 28 kg؟ -1.2x103 J

.82 يتسلق شخص وزنه 635 N سُلماً رأسياً ارتفاعه 5.0 m. أجب عما يأتي معتبراً أن الشخص والأرض يشكلان نظاماً واحداً.

.a مثّل بيانياً بالأعمدة الطاقة في النظام قبل بدء الشخص في التسلق وبعد وصوله إلى أقصى ارتفاع. هل تتغير الطاقة الميكانيكية؟ وإذا كان كذلك فما مقدار التغير؟

نعم، مقدار التغير =3200 J

b. من أين جاءت الطاقة؟ من الطاقة الداخلية للشخص

مراجعة عامة

.83 يتأرجح شمبانزي من شجرة لأخرى في غابة. فإذا سقط من ارتفاع 13 m عن سطح الأرض وبزاوية 45˚, فما سرعة الشمبانزي عندما يصل إلى الأرض؟ 8.6 m/s

.84 عربة صغيرة كتلتها 0.80  kg تهبط من فوق تل عديم الاحتكاك ارتفاعه 0.32 m عن سطح الأرض, وفي قاع التل سارت العربة على سطح أفقي خشن يؤثر في العربة بقوة احتكاك مقدارها 2.0 N, ما المسافة التي تتحركها العربة على السطح الأفقي الخشن قبل أن تتوقف؟  1.3 m

.85 القفز بالزانة السجل العالمي للقفز بالزانة (الوثب العالي) للرجال 2.45 m تقريباً. ما أقل مقدار من الشغل يجب أن يُبذل لدفع لاعب كتلته 73 kg عن سطح الأرض حتى يصل إلى هذا الارتفاع؟  1.75 kJ

.86 كرة القدم تصادم لاعب كتلته 110 kg بلاعب آخر كتلته 150 kg, وتوقف اللاعبان تماماً بعد التصادم. فأي اللاعبين كان زخمه قبل التصادم أكبر؟ وأيهما كانت طاقته الحركية قبل التصادم أكبر؟

للاعبين زخمان متساويان في المقدار ومتعاكسان في الاتجاه قبل التصادم ، اللاعب ذو الكتلة الأقل خسر طاقة أكثر

.87 عربتا مختبر كتلتاهما على الترتيب2.0 kg , 1.0 kg ربطتا معاً بنهايتي نابض مضغوط. وتحركتا معاً بسرعة 2.1 m/s في الاتجاه نفسه. وفجأة تحرر النابض ليصبح غير مضغوط فدفع العربتين بحيث توقفت العربة ذات الكتلة 2 kg, في حين تحركت العربة ذات الكتلة 1.0 kg إلى الأمام. ما مقدار الطاقة التي أعطاها النابض للعربتين؟

13.2 J أضيفت بواسطة النابض

.88 تأرجح لاعب سيرك كتلته 55 kg بحبل بادئاً من منصة ارتفاعها 12.0 m, وفي أثناء نزوله حمل قرداً كتلته 21.0 kgليضعه على منصة أخرى, فما أقصى ارتفاع ممكن للمنصة؟ 6.28 m

.89 سقطت عربة من أعلى مسار مائل يرتفع 0.50 m عن سطح الأرض, ويميل على الأفقي بزاوية  30˚ كما في الشكل 4-22, وكانت المسافة التي تتحركها العربة حتى أسفل المسار (0.5 m/sin 30˚ = 1.0 m) . فإذا أثرت قوة احتكاك السطح في العربة بقوة 5.0 N, فهل تصل العربة إلى أسفل المسار؟

لا تصل العربة إلي أسفل السطح المائل

.90 الهوكي تحرك لاعب هوكي كتلته 90.0 kg بسرعة 5.0 m/s, واصطدم بلاعب كرة آخر كتلته 110 kg يتحرك بسرعة 3.0 m/s في الاتجاه المعاكس, وتحركا بعد التصادم كجسم واحد بسرعة .1.0 m/s ما مقدار الطاقة المفقودة نتيجة التصادم؟  1500 J

التفكير الناقد

91. تطبيق المفاهيم يعد اصطدام طائر بالزجاج الأمامي لسيارة متحركة مثالاً على تصادم جسمين كتلة أحدهما عدة أضعاف كتلة الآخر, ومن ناحية أخرى يعد تصادم كرتي بلياردو مثالاً على تصادم جسمين متساويين في الكتلة, فكيف تتحول الطاقة في هذه التصادمات؟ ادرس تصادماً مرناً بين كرة بلياردو كتلتها m1 وسرعتها v1 بكرة أخرى سرعتها m2.

.a إذا كانت m1 = m2, فما النسبة بين الطاقة المنقولة إلى m2 والطاقة الابتدائية؟   كل الطاقة

.b أذا كانت m1 >> m2, فما النسبة بين الطاقة المنقولة إلى m2 والطاقة الابتدائية؟  الطاقة المنتقلة إلي m2 سوف تقل

.c يتم تبطئة النيوترونات في المفاعل النووي عن طريق تصادمها بالذرات (كتلة النيوترون تساوي تقريباً كتلة البروتون), فأي الذرات الآتية مناسبة لتحقيق الهدف: الهيدروجين, أم الكربون, أم الأرجون؟   الهيدروجين

.92 التحليل والاستنتاج يكون كل من الزخم والطاقة الميكانيكية محفوظاً في التصادم التام المرونة. فإذا تصادمت كرتان كتلتاهما على الترتيب mB, mA, وسرعتاهما vB, vA تتجهان إحداهما نحو الأخرى. استنتج المعادلات المناسبة لحساب سرعة كل منهما بعد التصادم؟

Va2=(ma-mb)/(ma+mb) Va1+2mb/(ma+mb) Vb1

.93 التحليل والاستنتاج قذفت كرة كتلتها 25 g بسرعة v1 نحو كرة أخرى ساكنة كتلتها 125 g ومعلقة بخيط رأسي طوله 1.25 m. فإذا كان التصادم بين الكرتين تام المرونة, وتحركت الكرة المعلقة بحيث صنع خيط التعليق زاوية 37.0˚ مع الرأسي, حيث توقفت لحظياً فاحسب v1؟  6.7 m/s

الكتابة في الفيزياء

.94 الشمس مصدر طاقة في أي شكل من أشكال الطاقة تصل إلينا الطاقة الشمسية لتجعلنا نحيا وتعمل مجتمعنا يعمل؟

ابحث في الطرائق التي تتحول بها الطاقة الشمسية إلى أشكال يمكن لنا استخدامها. وأين تذهب الطاقة الشمسية بعد أن نستخدمها؟ وضح ذلك.

تمتص الطاقة الشمسية على شكل طاقة حرارية تحول النباتات جزءا من الإشعاع المرئي إلي طاقة كيميائية ويشع جزء من الطاقة عائدا إلي الفضاء

.95 تصنف جميع أشكال الطاقة إلى طاقة حركية أو طاقة وضع. فكيف تصف كلاً من الطاقة النووية, والكهربائية والكيميائية والبيولوجية والشمسية والضوئية؟ ولماذا؟ ابحث في الأجسام المتحركة في كل شكل من أشكال الطاقة هذه, وكيف تختزن الطاقة في هذه الأجسام؟

تتحرر طاقة الوضع عن طريق الانشطار أو الاندماج النووي تتحرر طاقة الوضع الكيميائية عندما تتكسر الجزيئات أو يتم إعادة ترتيبها يولد فصل الشحنات الكهربائية طاقة وضع كهربائية تتحول إلي طاقة حركية الطاقة الشمسية هي طاقة اندماج نووي تتحول إلي إشعاع كهرومغناطيسي

المراجعة التراكمية

.96 تنطلق رصاصة كتلتها 5.00 g بسرعة 100.0 m/s في اتجاه جسم صلب كتلته 10.0 kg مستقر على سطح مستو عديم الاحتكاك.

.a ما مقدار التغير في زخم الرصاصة إذا استقرت داخل الجسم الصلب؟  -0.5 kg.m/s

.b ما مقدار التغير في زخم الرصاصة إذا ارتدت في الاتجاه المعاكس بسرعة 99 m/s؟  -0.995 kg.m/s

.c في أي الحالتين السابقتين سيتحرك الجسم بسرعة أكبر؟

عندما ترتد الرصاصة

.97 يجب التأثير بقوة رفع مقدارها 15 kN على الأقل لرفع سيارة.

.a ما مقدار الفائدة الميكانيكية للرافعة القادرة على تقليص القوة (المسلطة) إلى 0.10 kN؟  150

.b إذا كانت فاعلية الرافعة 75 %,فما للمسافة التي يجب أن تؤثر خلالها القوة لترفع السيارة مسافة 33 cm؟  66 m

اختبار مقنن

أسئلة الاختيار من متعدد

اختر رمز الإجابة الصحيحة فيما يلي:

1. زادت سرعة دراجة هوائية من 4.0 m/s إلى 6.0 m/s. فإذا كانت كتلة راكب الدراجة والدراجة 55 kg, فما الشغل الذي بذله سائق الدراجة لزيادة سرعتها؟

.A 11 j

B. 28 j

C. 55 j

D. 550 j

D

.2 يبين الشكل أدناه كرة معلقة بخيط, تتأرجح بشكل حر في مستوى محدد. فإذا كانت كتلة الكرة 4.0 kg ومقاومة الهواء مهملة فما أقصى سرعة تبلغها الكرة أثناء تأرجحها؟

.A 0.14 m/s

B. 98 m/s

.C 7.0 m/s

.D 49 m/s

C

3. عندما ترفع صندوقاً كتلته 4.5 kg من الأرض إلى رف يرتفع 1.5 m فوق سطح الأرض فما مقدار الطاقة التي استخدمتها في رفع الصندوق؟

A. 9.0 j

B. 49 j

C. 11 j

D. 66 j

D

4. إذا أسقطت كرة كتلتها 6.0 × 10-2 kg من ارتفاع 1.0 m فوق سطح مستو صلب, وعندما ضربت الكرة بالسطح فقدت 0.14 j من طاقتها, ثم ارتدت مباشرة إلى أعلى, فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ارتدادها عن السطح المستوي؟

A. 0.20 j

B. 0.59 j

C. 0.45 j

D. 0.73 j

C

5. عند رفع جسم كتلته 2.5 kg من رف يرتفع 1.2 m عن سطح الأرض إلى رف يرتفع 2.6 m فوق سطح الأرض, فما مقدار التغير في طاقة وضع الجسم؟

A. 1.4 j

B. 25 j

C. 3.5 j

D. 34 j

D

6. تتحرك كرة كتلتها m بسرعة v1 على سطح أفقي عندما ارتطمت بحائط مبطن, ثم ارتدت عنه في الاتجاه المعاكس. فإذا أصبحت طاقتها الحركية نصف ما كانت عليه قبل التصادم, وأهملنا الاحتكاك, فأي مما يلي يعبر عن سرعة الكرة بعد التصادم بدلالة سرعتها قبل التصادم؟

A. 1/2 v1

B. v1 √2/2

C. √2v

D. 2 v1

B

.7 يبين الشكل أدناه كرة على مسار منحن, فإذا تحركت الكرة بدءاً من السكون في أعلى المسار ووصلت إلى السطح الأفقي في أسفله على الأرض بسرعة 14 m/s, وأهملنا الاحتكاك, فما الارتفاع h من سطح الأرض حتى أعلى نقطة في المسار؟

A. 7 m

B. 14 m

C. 10 m

D. 20 m

C

الأسئلة الممتدة

.8 وضع صندوق على نابض مضغوط على منصة, وعند إفلات النابض زود الصندوق بطاقة مقدارها 4.9 j, فاندفع الصندوق رأسياً إلى أعلى, فإذا كانت كتلة الصندوق 1.0 kg, فما أقصى ارتفاع يصل إليه الصندوق قبل أن يبدأ في السقوط؟  0.5 m

الفصل الخامس (الطاقة الحرارية

5-1 درجة الحرارة والطاقة الحرارية

مسائل تدريبية

.1 حوّل درجات الحرارة الآتية من مقياس كلفن إلى مقياس سلسيوس.

115 k .a   -158˚ C

.b  172 k   -101˚ C

.c  125 k  -148˚ C

.d 402 k 129˚ C

.e 425 k  152˚ C

.f 212 k  -61˚ C

.2 جد درجات الحرارة بالكلفن والسلسيوس لكل مما يأتي:

.a درجة حرارة الغرفة. درجة حرارة الغرفة حوالي 72˚ F أو 22˚ C أو 295 K

.b ثلاجة نموذجية  درجة حرارة الثلاجة حوالي 4˚ C أو 277 K

.c يوم صيفي حار في مدينة الرياض.  درجة حرارة اليوم حوالي 118.4˚ F أو 48˚ C أو 321 K

.d إحدى ليالي الشتاء في مدينة تبوك.  درجة حرارة ليلة الشتاء حوالي 8˚ C أو 281 K

مسائل تدريبية

.3 عندما تفتح صنبور الماء الساخن لغسل الأواني فإن أنابيب المياه تسخن. فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها أنبوب ماء نحاسي كتلته 2.3 kg عندما ترتفع درجة حرارته من 20.0˚ C  إلى 80.0˚ C؟   5.3x104 J

.4 يحتوي نظام التبريد لسيارة على 20.0 L من الماء, علماً بأن كتلة لتر واحد من الماء تساوي 1 kg.

.a إذا اشتغل المحرك حتى حصل على 836.0 kj من الحرارة, فما مقدار التغير في درجة حرارة الماء؟  10 K

.b إذا كان الفصل شتاءً, ونظام التبريد في السيارة مملوءاً بالميثانول ذي الكثافة 30.80 g/cm3 فمل مقدار الزيادة في درجة حرارة الميثانول إذا امتص 836.0 kj من الحرارة؟  21 k

.c أيهما يعد مبرداً أفضل, الماء أم الميثانول؟ فسر إجابتك.

الماء هو المبرد الأفضل عند درجات حرارة اعلي من 0C لأنه يستطيع أن يمتص الحرارة دون أن يتغير درجة حرارته كثيرا على عكس الميثانول

.5 تبيع شركات الكهرباء الطاقة الكهربائية بوحدة kWh, حيث إن  3.6 × 106 j= 1kWh. افترض أن السعر 0.15 ريال لكل kWh. فما مقدار تسخين 75 kg من الماء من درجة الحرارة 15˚ C إلى 43˚ C؟  0.36 ريال

مسائل تدريبية

.6 خلطت عينة ماء كتلتها 2.00 × 102 g ودرجة حرارتها 80.0 ˚C مع عينة ماء كتلتها2.00 × 102 g ودرجة حرارتها 10.0 ˚C. افترض عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي, ما درجة الحرارة النهائية للخليط؟  45˚C

.7 خاطت عينة ميثانول كتلتها 4.00 × 102 g ودرجة حرارتها 16.0 ˚C مع عينة ماء كتلتها 4.00 × 102 g ودرجة حرارتها 85.0 ˚C. مفترضاً عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي, ما درجة الحرارة النهائية للمحيط؟  59.5˚C

.8 وضعت ثلاثة أوزان فلزية لصيد السمك في ماء كتلتهg  1.00 × 102 ودرجة حرارته 35.0 ˚C. فإذا كانت كتلة كل قطعة فلزيةg  1.00 × 102 ودرجة حرارتها 100.0 ˚C, وكانت درجة حرارة الخليط النهائية 45.0 ˚C, فما الحرارة النوعية للرصاص في الأوزان؟  253 J/kg. ˚C

.9 وضع قالب ألمونيوم في ماء كتلتهg  1.00 × 102 ودرجة حرارته C˚ 10.0. فإذا كانت كتلة القالب 1.00 × 102 g ودرجة حرارته 100.0 ˚C وكانت درجة الحرارة النهائية للخليط 25.0 ˚C. فما الحرارة النوعية للألمونيوم؟ 836  J/kg. ˚C

5-1 مراجعة

.10 درجات الحرارة حوّل درجات الحرارة الآتية لأنظمة القياس المشار إليها:

.a 5 ˚C إلى كلفن   278 K

.b 34 k إلى السلسيوس.  -239˚C

.c 212 ˚C إلى كلفن    485 K

.d 316 k إلى السلسيوس.  43˚C

.11 التحويلات حول درجات الحرارة الآتية من سلسيوس إلى كلفن.

.a 28 ˚C  301 K

.b 154 ˚C 427 K

.c 568 ˚C   841 K

.d -55 ˚C   218 K

.e -184 ˚C  89 K

.12 الطاقة الحرارية يمكن أن تكون الطاقة الحرارية في وعاء من الماء الساخن مساوية للطاقة الحرارية في وعاء من الماء البارد؟ فسر إجابتك.

إذا كانت الكميتان متماثلتان فان لكمية الماء الساخن طاقة حرارية اكبر

.13 تدفق الحرارة لماذا تبقى البطاطا المشوية ساخنة مدة أطول من أي طعام آخر في الطبق نفسه؟

إن للبطاطا حرارة نوعية كبيرة ولا توصل الحرارة بصورة جيدة لذلك فإنها تفقد حرارتها ببطء

5-2 تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا

مسائل تدريبية

19. ما مقدارا لحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها 1.00 × 102 g ودرجة حرارتها -20.0 ˚C إلى ماء درجة حرارتها 0.0 ˚C .  3.75x104 J 

.20 إذا سخنت عينة ماء كتلتها 2.00 × 102 g ودرجة حرارتها 60.0 ˚C فأصبحت بخاراً درجة حرارته 140.0 ˚C, فما مقدار الحرارة الممتصة؟  502 kJ

.21 ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل  3.00 × 102 gمن جليد درجة حرارته -30.0 ˚C إلى بخار ماء درجة حرارته 130.0 ˚C؟  940 kJ 

مسائل تدريبية

.22 يمتص بالون غاز 75 j من الحرارة. فإذا تمدد هذا البالون وبقي عند درجة الحرارة نفسها, فما مقدار الشغل الذي بذله البالون في أثناء تمدده؟   75 J

23. يثقب مثقاب كهربائي فجوة صغيرة في قالب من الألمونيوم كتلته 0.40 kg فيسخن الألمونيوم بمقدار 5.0 ˚C, ما مقدار الشغل الذي يبذله المثقب؟   1800 J

.24 كم مرة يتعين عليك إسقاط كيس من الرصاص كتلته 0.50 kg من ارتفاع 1.5 m؛ لتسخين الرصاص بمقدار 1.0 ˚C؟  9مرات

.25 عندما تحرك كوباً من الشاي, تبذل شغلاً مقداره 0.05 j في كل مرة تحرك فيها الملعقة بصورة دائرية. كم مرة يجب أن تحرك الملعقة لترفع درجة حرارة كوب الشاي الذي كتلته  0.15 kgبمقدار2.0 ˚C؟ (بإهمال زجاج الكوب)   26000 مرة

.26 كيف يمكن استخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية لشرح كيفية تخفيض درجة حرارة جسم ما؟

من الممكن أن تكون  U سالبة لان  U=Q-W لذا يبرد الجسم إذا كانت Q=0 ويبذل الجسم شغلا بفعل التمدد على سبيل المثال أو تكون W=0 وQسالبة فينقل الجسم الحرارة إلي المحيط

5-2 مراجعة

.27 الحرارة الكامنة للتبخر يرسل النظام القديم للتدفئة بخاراً داخل الأنابيب في كل غرفة من المنزل, ويتكاثف هذا البخار في داخل المشعاع ليصبح ماء. حلّل هذه العملية, واشرح كيف تعمل على تدفئة الغرفة؟

يحرر البخار المتكاثف حرارة التبخر إلي داخل الغرفة

.28 الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل 50.0 g من الماء عند درجة حرارة 80.0 ˚C إلى بخار عند درجة حرارة 110.0 ˚C؟ 1.18x105 J  

.29 الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الطاقة اللازمة لتسخين 1.0 kg من الزئبق عند درجة حرارة 10.0 ˚C إلى درجة الغليان وتبخره كاملاً؟ علماً بأن الحرارة النوعية للزئبق هي 140 j/kg. ˚C, والحرارة الكامنة لتبخره هي 3.06 × 105 j/kg, ودرجة غليان الزئبق هي 357 ˚C.  3.5x105 J

.30 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية قاس جيمس جول الفرق في درجة حرارة الماء عند قمة شلال ماء وعند قاعه بحذر. فلماذا توقع وجود فرق؟

للماء عند قمة الشلال طاقة وضع جاذبية وتتحول بعض هذه الطاقة إلي طاقة حرارية عندما يصطدم الماء بالأرض عند قاع الشلال

.31 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية يستخدم رجل مطرقة تزن 320 kg تتحرك بسرعة 5 m/s لتحطيم قالب رصاص كتلته 3.0 kg موضوع على صخرة كتلتها 450 kg. وعندما قاس درجة الحرارة وجد أنها زادت 5.0 ˚C. فسر ذلك.

يمتص قالب الرصاص جزء من طاقة المطرقة الحركية ، إن مقدار طاقة المطرقة =4 kJ والتغير في طاقة القالب الحرارية=2 kJ ، أي أن نصف طاقة المطرقة انتقلت إلي قالب الرصاص

.32 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية تتدفق مياه شلال يرتفع 125.0 m كما في الشكل 5-17. احسب الفرق في درجة حرارة الماء بين قمة الشلال وقاعه إذا تحولت كل طاقة وضع الماء إلى طاقة حرارية.  0.293˚C

33. الإنتروبي لماذا ينتج عن تدفئة المنزل بواسطة الغاز الطبيعي زيادة في كمية الفوضى أو العشوائية؟

يحرر الغاز حرارة عند درجة حرارة الاحتراق حيث تتحطم الروابط بين جزيئات الغاز ثم تتحد الجزيئات بالأكسجين وتتوزع الحرارة بطرق جديدة عديدة ولا تعيد جزيئات الغاز الطبيعي تجميعها بسهولة وسرعة

.34 التفكير الناقد إذا كان لديك أربع مجموعات من بطاقات مفهرسة, لكل مجموعة لون محدد. تحتوي كل مجموعة 20 ورقة مرقمة. فإذا خلطت بطاقات هذه المجموعات معاً عدة مرات فهل من المحتمل أن تعود البطاقات إلى ترتيبها الأصلي؟ وضح ذلك. وما القانون الفيزيائي الذي ينطبق علية هذا المثال؟

لا هذا مثال علي القانون الثاني في الديناميكا الحرارية والذي تزيد فيه الفوضى

التقويم

35اكملي خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات الآتية: الحرارة شغل, الطاقة الداخلية.