[البرنس الفيزياوي]

الديناميكا الحرارية


النشاط العملي2: الحرارة النوعية لإنصهار الجليد أو الحرارة النوعية لتبخر الماء
1.الهدف من التجربة: تعيين الحرارة الكامنة لإنصهار الجليد.
2.تعاريف:
* تعتمد هذه التجربة على مبدأ إنحفاظ الطاقة ΣQi=0 المطبق على الجمل المعزولة حراريا.
* الإنصهار هو تغير حالة جسم من الصلب إلى السائل و هو تفاعل ماص للحرارة
* الحرارة الكامنة لانصهار جسم خالص: نسمي الحرارة الكامنة لانصهار جسم خالص كمية الحرارة التي يجب توفيرها لوحدة كتلة هذا الجسم عند درجة حرارة الانصهار و تحت ضغط معين لتحويله كليا إلى الحالة السائلة عند نفس درجة الحرارة و تحت نفس الضغط.
* يمكن حساب التحول الحراري Q اللازم تقديمه لإنصهار كتلةm من مادة في حالتها الصلبة بالعلاقة: Q = m.Lf.
3.المواد و الأجهزة اللازمة:
* مسعر حراري (Calorimètre)و لواحقه.
* حمام مائي.
* مخبار مدرج سعته 100مل.
* مقياس حرارة( ترمومتر).
* كأس مخروطي( إرلن ماير).
* ميزان.
* قطع جليدية + ماء .

4.طريقة العمل:
* لنضع قطع من الجليد في وعاء يحتوي على ماء مقطر و ننتظر التوازن الحراري، ثم نقيس بالترمومتر درجة الحرارة للتوازن( ماء + جليد ) ونتأكد أنها 0°C.
* خلال هذه الفترة ضع كمية من ماء كتلتها m في المسعر و أنتظر التوازن الحراري ثم قس درجة الحرارة الإبتدائية Ti للماء و المسعر.
* ضع المجموعة ( المسعر + الماء ) على كفة الميزان و وازنه بكتلة m1 و يوضع على الكفة الأخرى كتلة عيارية.
* خذ من الإناء قطع جليدية (قطعة أو قطعتين حسب الحجم) و أمسحها بسرعة بمنديل ورقي و ضعها في المسعر،راقب بواسطة الترمومتر إنخفاض درجة الحرارة الناتج عن ذوبان القطع الجليدية.
* إنتظر التوازن الحراري و قس درجة الحرارة النهائية Tf للجملة.
* وازن الميزان بكتلة m2 ثم عين كتلة القطع الجليدية المفرغة داخل المسعر من العلاقة:M=m1-m2.

5.المطلوب: حساب قيمة السعة الحرارية الكتلية لإنصهار الجليد.
6.الحسابات:
a. الجملة المدروسة هي المسعر +الماء + القطع الجليدية.
b. تحديد الحالة الإبتدائية و الحالة النهائية.


حساب السعة الحرارية الكتلية لإنصهار الجليد :
تحديد التحويلات الحرارية:
* المسعر الحراري:فقد تحويلا حراريا Q1 وإنخفضت درجة حرارته من Ti إلى Tf ومنه فإن :
Q1=C(Tf - Ti)
* الماء فقد تحويلا حراريا Q2 وإنخفضت درجة حرارته من Ti إلى Tf ومنه فإن :
Q2=mc(Tf - Ti)
* القطع الجليدية إستقبلت تحويلا حراريا على مرحلتين :
المرحلة الأولى: تحولت حالتها عند درجة حرارة ثابتة 0°C من حالة صلبة إلى حالة سائلة حيث إستقبلت تحويل حراري Q3=M.Lf
المرحلة الثانية: إستقبلت تحويلا حراريا Q4 و إرتفعت درجة حرارتها من 0°C إلى Tf و منه:
Q4=Mc(Tf - 0)
مما سبق و بماأن الجملة معزولة فإن :
Q1+ Q2+ Q3+ Q4=0
C (Tf - Ti) + mc (Tf - Ti) + M.Lf+ Mc (Tf - 0) = 0
C (Tf - Ti) + mc (Tf - Ti) + Mc (Tf - 0) =- M.Lf
(C + mc) (Tf - Ti) + Mc (Tf – 0) =- M.Lf

وهي العلاقة التي تعطي قيمة السعة الحرارية الكتلية لإنصهار الجليد .