[ناصر اللحياني]

بسم الله الرحمن الرحيم

الحمد لله وكفى والصلاة والسلام على النبي المصطفى

وعلى آله وصحبه ومن أقتفى ، وبعد

[align=center][/align]

أخوتـــي الكــــرام .. الســــلام عليكـــم ورحمـــة الله وبركاتـــه

يسعدني أن أقدم لكم شرحا للفصل الثالث : الديناميكا الحرارية
مقسما إلى محاضرات مقرونا بوسائل محاكاة مفيدة جــدا فــي
التوضيح ، وأســأل الله عز وجــل أن ينفــع بـــهذا الشــــــرح
والمناقشات حوله راجيا منكم الدعــاء لي ولوالــدي ولأهــلي

وأحب أن أنوه قبل البدء بالشــرح إلى التنظيمــات التــاليـــة :

( 1 ) هذا الموضــوع هو للنقاش حول الديناميكا الحراريــــة
وآمل أن تكون جميع الردود بإضافة تعليق أو تساؤل أو استفسار
[GLINT]( )[/GLINT]

( 2 ) بالتأكيد لست كفؤا للردّ على جميع التســاؤلات ،لــذلك
سيتكرم أستاذنا د. مازن العبادلة ( المتفيزق ) بالرد والإجابة.

( 3 ) بعض ما يرد في الشرح هو من فهمي ، و يحتمل
الخطأ فإن ورد خطأ ، فسيتم بإذن الله تعالى تعديله .

( 4 ) أستأذن كل من يطرح موضوعا في منتدى الصف الثالث
ثانوي يتساءل فيه عن إحدى موضوعات الديناميكا الحراريــة ،
بأنني سأقوم بدمج موضوعه مع هذا الموضوع لتعم الفـــائدة
بالنقاشات في موضوع واحد .

( 5 ) يشمل هذا الموضوع بعض الإضافات على ما هو موجود
في كتاب الطالب من باب الإثراء ، وكذلك تغيير البسيط في الترتيب

( 6 ) بمشيئة الله تعالى ستجدون في آخر الموضوع ملف وورد
بها كامل محاضرات الشرح

( 7 ) أكون شاكرا لمن يتبرع بإعداد عرض بوربوينت لهذا
الشرح ، وسأضعه رابط تحميله مع ملف الوورد الذي يحوي الشرح

أذكركم بأن لا تنسوني ووالدي وأهلي من صالح الدعاء ،

أخوكم

[ناصر اللحياني]

[align=justify]

المحاضرة الأول :

الديناميكا الحرارية Thermodynamics

مقدمة :

[align=justify]الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء القديمة تبحث عن العلاقة بين الحرارة والشغل ، وتحويل إحداهما إلى الأخرى ، كما تبحث عن كيفية إنتاج الحرارة وانتقالها من موقع إلى آخر وتأثيرها على المادة وكيفية تخزينها .

ولا تقدم الديناميكا الحرارية أي فرضية بخصوص الطبيعة الجزيئية أو الذرية للمادة وإنما هي علم تجريبي أو شبه تجريبي فجميع قوانينه وأساسياته مستخلصة من التجارب والمشاهدات .

ورغم أن الديناميكا الحرارية تستطيع الربط بين كثير من الكميات المقيسة أو التي تقع تحت الحس المباشر ، إلا أنها لا تستطيع إعطاء قيم مطلقة لتلك الكميات . وإذا ما أريد دراسة المواد بعمق أكثر لزم الربط بين الديناميكا الحرارية والنظرية الجزيئية أو الذرية للمواد . وينتج من هذا التزاوج بين هذين الموضوعين ما يعرف بالميكانيكا الإحصائية أو الفيزياء الإحصائية .

هناك نقطة أخرى وهي أن مبادئ الديناميكا الحرارية قد تدلنا على اتجاه التفاعل الذي يجري في النظام ( سيأتي تعريف لهذا المصطلح ) فمثلاً هل ستزداد درجة حرارة النظام أم ستنقص أو هل سيتحول النظام من طور غازي إلى سائل أو إلى جامد أو العكس ، ولكنها لا تستطيع أن تدلنا على سرعة هذا التفاعل أو معدل حدوثه مع الزمن ، وإذا ما أريد معرفة ذلك لزم أن تؤخذ الطبيعة الجزيئية أو الذرية وحركية تلك الجسيمات بعين الاعتبار .

وبالتالي فإن الديناميكا الحرارية تمكننا من أن نتوقع إمكانية حدوث التفاعل الكيميائي تلقائياً تحت ظروف معينة، وبذلك فإنه يمكننا توفير كثير من الجهد والوقت والمال ببعض حسابات الديناميكا الحرارية.

يبنى علم الديناميكا الحرارية على قانونين أساسيين من قوانين الفيزياء هما القانون الأول والقانون الثاني في الديناميكا الحرارية . وعبر هذين القانونين العامين يمكن الربط بين كثير من خواص المادة .

من المفيد ذكره أن الديناميكا الحرارية تشمل أيضاً علم التقريس الذي يدرس المواد عند درجات منخفضة جداً من الحرارة ، كما أن مبادئ الديناميكا الحرارية ضرورية لفهم كل أنواع الآلات الحرارية التي تشمل آلات الديزل والبنزين والبخار كما تشمل آلات أجهزة التبريد.


مصطلحات الديناميكا الحرارية :
كل علم من العلوم وكل تخصص من التخصصات له مفاهيمه الأساسية التي تعتبر بمثابة اللغة التي نستخدمها لشرح مواضيع هذا العلم أو هذا التخصص ، ومن هذه المصطلحات التي ستتكرر مع دراستنا للديناميكا الحرارية ما يلي :

النظام system :
يقصد به جزء محدد من المادة له حدود معينة سواء كانت حقيقة أم وهمية ينصب الاهتمام عليه .
وبمعنى آخر : كمية محدود وموصوفة من مادة تكون محاطة بغلاف أو حدود حقيقي أو تخيلي ، يمكن أن يكون ثابتا أو متحركا .
ويلعب النظام دورا أساسيا في دراسة العلاقة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية .

محيط النظام surrounding :
الوسط المحيط بالنظام من فراغ أو مادة سواء تفاعل مع النظام أم لم يتفاعل .

أمثلة على الأنظمة الحرارية :
1 – غاز محصور في أسطوانة
2 – غاز في وعاء
3 – جزيئات ما في محلول
4 – شريط مطاطي ( نظام معقدّ )
5 – نظام التدفئة المركزية
6 – نظام التبريد في الآلات والمحركات
7 – الآلات البخارية

أنواع الأنظمة :

النظام المفتوح open system:
هو الذي تسمح حدوده بتبادل الحرارة والمادة مع محيط النظام .

النظام المغلق closed system:
وهو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة .

النظام المعزول isolated system:
هو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة والحرارة والشغل مع محيط النظام .[/align]

مقارنة :

[/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة الثانية :

( تابع - مصطلحات الديناميكا الحرارية )

وصف النظام Description of the system:
[align=justify]للتعرف على النظام يلزم إعطاء وصف دقيق لها ، وهناك طريقتان لوصف النظام هما :

الطريقة المجهرية (الميكروسكوبية ) microscopic
تُعنى بدراسة التفاصيل الكاملة لحركة الذرات أو الجزيئات في النظام والعلاقة بينها ، ولكي نعطي وصفاً كاملاً يلزم تحديد موقع وسرعة كل جسيم . ففي الإحداثيات الكارتزية مثلاً يلزم تحديد x , y , z لكل جسيم وكذلك معرفة Vx ، Vy ، Vz لكل جسيم ، وحيث أن الجسيمات تكون في حالة حركة دائبة فهذا الوصف إنما يصف حالة المادة في لحظة من اللحظات فقط ، وفي لحظة تالية يلزم إعطاء وصف جديد وهكذا . وهذا هو ميدان الميكانيكا الإحصائية .

الطريقة الجهرية ( الماكروسكوبية ) macroscopic
تُعنى بدراسة العلاقة بين متغيرات النظام مثل :
الكتلة والضغط والحجم ودرجة الحرارة ( يمكن قياسها ) والطاقة الداخلية والشغل ( يمكن حسابهما ) وهذا هو ميدان الديناميكا الحرارية .

الفلاشات التالية ، تدرس العلاقة بين متغيرات النظام الجهرية :

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de40.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط هنا بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de41.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط هنا بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم

الاتزان الحراري thermodynamic equilibrium :
هي الحالة التي ينعدم عندها انتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة نتيجة تساوي درجة حرارتهما .

العملية ( الإجراء ) process a :
تغير في حالة النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة حرارة أو شغل .

المسار The path of a process :
عبارة عن الحالات التي تمر بها الخواص النظام مثل ( الضغط – الحجم – درجة الحرارة ) .

الدورة الديناميكية الحرارية :
يتم النظام دورة إذا مر بعدة إجراءات ( تحولات ) بحيث تتطابق بداية ونهاية الإجراءات .

الإجراء العكوس واللاعكوس :
هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير في النظام أو المحيط .

الطاقة الداخلية internal energy
هي الطاقة الكلية للجزيئات ( طاقتها الحركية وطاقتها الكامنة )
فكما نعلم أن جزيئات المادة في حالة حركة مستمرة ، وتمتلك طاقة حركية بسبب هذه الحركة ، كما أنها تختزن طاقة كامنة بسبب القوى المتبادلة بينها .

ويمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بطريقتين :
( 1 ) تزويد النظام بطاقة حرارية من مصدر حراري
( 2 ) بذل شغل على النظام .
أما إذا النظام كمية من الحرارة أو بذل النظام نفسه شغلا فإن طاقته الداخلية تقل .

المقصود بالشغل work:
ليكن لدينا نظام عبارة عن اسطوانة بها غاز محصور مزودة بمكبس خفيف قابل للحركة إلى أعلى وإلى أسفل بسهولة ، عندما نزود النظام ببطء كمية من الحرارة ، فإن الغاز سيتمدد ببطء شديد ، نقول عندها أن النظام بذل شغلا ، وبالمثل عندما نضغط على المكبس ببطء فإننا نقول أنه تم بذل شغل على النظام .

إيجاد الشغل حسابيا :
نعلم مما سبق دراسته في الميكانيكا التقليدية أن :
شغ = ق × ∆ ف
( والقوة هي حاصل ضرب الضغط في المساحة )
إذا : شغ = ض × س × ∆ ف
شغ = ض × ∆ ح


إيجاد الشغل بيانيا :
يمكن إيجاد الشغل بيانيا من خلال رسم العلاقة بين الحجم والضغط ، ويكون الشغل هو المساحة تحت المنحنى .[/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة الثالثة :

بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية :

[align=justify]مر علينا المقصود بمصطلح العملية ( الإجراء ) وهي للتذكير: تغير في حالة النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة حرارة أو شغل .
وسنتعرف في هذا الدرس على بعض العمليات الديناميكية الحرارية التي يمكن يمر بها النظام :

1- العملية الأيزوبارية Isobaric process :
هي العمليات التي تتم تحت ضغط ثابت ، ويحدث ذلك عندما نزود النظام بكمية من الحرارة ببطء ( أو يفقد ببطء ) ، فينتج عن ذلك زيادة الحجم ( ارتفاع المكبس ) ، ولأن التغير في الحجم كان بطيئا فإن هناك اتزانا ميكانيكيا وعليه فإن الضغط سيبقى ثابتا .
ومن الأمثلة على هذه العملية ما يتم في الآلة البخارية .( سيأتي شرحها لاحقا )

2- العملية الأيزوكورية Isochoric process أو isovolumetric process :
هي العمليات التي تتم تحت حجم ثابت ، ويحدث ذلك عندما يكون النظام غير قابل للتمدد ( أي لا يوجد به مكبس خفيف قابل للحركة ) ويزود هذا النظام بكمية من الحرارة ( التسخين مثلا ) ، فينتج عن هذا زيادة في الضغط ، ومن الأمثلة على هذه العملية ما يتم في الاشتعال والانفجار المفاجئ في آلات الاحتراق الداخلي مثل محرك السيارة .

3- العملية الأيزوثيرمية Isothermal process :
هي العمليات التي تتم تحت درجة حرارة ثابتة ثابتة ، ويحدث ذلك عندما نسمح بتمدد النظام مع بقاء درجة الحرارة ثابتة ( يقل الضغط تبعا لذلك ) أو بتقلص النظام ( يزداد الضغط تبعا لذلك ).

4- العملية الكظمية Adiabatic process :
هي العمليات التي تتم في النظام المعزول حراريا عن الوسط المحيط به ، حيث يكون الغاز محصورا في أسطوانة معزولة حراريا ، ومزودة بمكبس حر الحركة .

الفلاشات التالية لمشاهدة هذه الإجراءات :

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de11.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط هنا بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de12.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط هنا بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de13.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de14.swf"]width=400 height=350[/FLASH]
لحفظ الفلاش أضغط بزر الفارة الأيمن ثم حفظ بأسم

إيجاد الشغل المبذول في بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية :
للتذكير فإنه يمكن إيجاد الشغل بيانيا من خلال رسم العلاقة بين الحجم والضغط ، ويكون الشغل هو المساحة تحت المنحنى .

1 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوبارية :
بما أن الضغط ثابت مع تغير في الحجم ، فإن المنحنى سيكون مستقيما أفقيا موازيا لمحور الحجم ( السيني ) ، ومن الشكل نستطيع القول بأن الشغل يساوي المساحة تحت المنحنى .
شغ = المساحة تحت المنحنى
شغ = ض × ∆ ح = ض × ( ح2-ح1)

2 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوكورية :
بما أن الحجم ثابت ∆ ح = 0 مع تغير في الضغط ، فإن المنحنى سيكون خطا عموديا موازيا لمحور الضغط ( الصادي )
ومن الرسم يتضح لنا أن : شغ = صفر ( لا توجد مساحة تحت المنحنى )

3 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الأيزوثيرمية :
بما أنه عند ثبوت درجة الحرارة تكون العلاقة بين الضغط والحجم عكسية ، وبالتالي فإن المنحنى سيكون ذا ميل سالب .
ويعطى الشغل بالعلاقة التالية :
شغ = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
شغ = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )

4 - إيجاد الشغل بيانيا في العملية الكظمية :
بما أنه لا يوجد تبادل في الحرارة بين الغاز والوسط المحيط به حيث تتم هذه لعملية بسرعة كبيرة نسبيا ، فيكون الشغل مساويا للتغير في الطاقة الداخلية . [/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة الرابعة :

القانون الأول للديناميكا الحرارية :

تمهيد :
[align=justify]لنفترض أن لدينا نظاما ديناميكيا حراريا يتكون من غاز محصور في أسطوانة مزودة بمكبس ، فإذا سخنا هذا النظام ( أعطيناه حرارة ) فإننا نلاحظ :
( 1 ) ارتفاع درجة حرارة الغاز ، أي أن الطاقة الداخلية للنظام زادت .
( 2 ) تمدد الغاز و ارتفاع المكبس للأعلى ، أي أن النظام قد بذل شغلا .

وبحسب قانون حفظ الطاقة فإن كمية الحرارة التي أمتصها النظام تساوي التغير في طاقته الداخلية مضافا إليه الشغل الذي بذله النظام ( هذه النتيجة هي قانون الديناميكا الحرارية الأول )

نص القانون :
إن كمية الحرارة التي يمتصها النظام ( أو يفقدها ) تساوي مجموع التغير في طاقته الداخلية والشغل الذي يبذله ( أو يبذل عليه ) .

الصيغة الرياضية للقانون :
∆ ط د = كح – شغ


جدول الإشارات :

ملاحظات من القانون الأول :
( 1 ) لا يميز القانون الأول بين الشغل والحرارة ، حيث يمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بتزويده بالحرارة أو ببذل شغل عليه ، أو بكليهما ، وبالتالي تعامل الحرارة في الديناميكا الحرارية كأنها شغل ، فهي طاقة يمكن أن تنتقل عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط به ، لكنها تختلف عن الشغل من حيث أن انتقالها مرهون بوجود فرق في درجة الحرارة بين النظام والوسط المحيط ، وتلامسهما أيضا هو شرط آخر لانتقال الحرارة بالتوصيل .
( 2 ) تزويد النظام بالحرارة لا يؤدي إلى تخزينها على شكل حرارة ، بل إلى تخزينها على شكل طاقة حركية ، وطاقة وضع للجزيئات الميكروسكوبية التي يتكون منها هذا النظام ، كما تؤدي إلى زيادة الطاقة الداخلية للنظام .
( 3 ) القانون الأول في الديناميكا الحرارية هو قانون حفظ للطاقة ، فأي زيادة في أي شكل من أشكال الطاقة يصاحبه نقص في شكل آخر .

تعليق د. مازن العبادلة :
كمية الحرارة التي يكتسبها النظام هي في النهاية طاقة يستفيد منها الجسم على احد منحيين ... الاول انه يبذل شغلا ... والثاني انه يضيفها إلى طاقته الداخلية ... طبعا او هما معا وهو القانون الاول ...وهذايشبه ان تتلقى دعما ما كألف دينار مثلا ...فإما أنك تنفقها او تعمل بها مشروعا (شغل) او انك تضيفها كلها إلى رصيدك في البنك (طاقة داخلية ) او انك قد تتصرف بحكمة فتصرف جزءا وتضع آخر في البنك ...ههه
والان كما قالت ربانة تماما... هناك فرق بين الاكتساب والفقد والشغل بواسطة النظام أو على النظام ... فالإيجاب دائما موجب والسلب دائما سالب ...ههه ... يعني من قدم شغلا فهو إيجابي في الحياة حتى ولو خسر شيئا من ممتلكاته ... والذي يستقبل تفضل الناس (شغلهم عليه) هو سلبي يعيش على الاخرين ... هكذا في الدنيا والاجتماعيات ...



تطبيق القانون الأول على بعض العمليات ( الإجراءات ) الديناميكية الحرارية

1- العملية الأيزوبارية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = ض × ( ح2-ح1)
إذايصبح القانون الأول
∆ ط د = كح – ض × ( ح2-ح1)



2- العملية الأيزوكورية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = صفر
إذايصبح القانون الأول
∆ ط د = كح

3- العملية الأيزوثيرمية :
نعلم مما سبق أن ، شغ = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
وأيضا : شغ = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )
وبما أن درجة الحرارة ثابتة فإن ∆ ط د = صفر
إذا: كح = ح1 ض1 لو ( ح2/ح1 )
أو: كح = ح1 ض1 لو ( ض1/ض2 )


4- العملية الكظمية :
بما أن النظام معزول حراريا فإن كح = صفر
إذا
∆ ط د = - شغ
أي أن الطاقة الداخلية تزداد بمقدار الشغل المبذول[/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة الخامسة :

الآلة الحرارية

[align=justify]هي آلة تعمل على تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى للطاقة مثل الطاقة الميكانيكية أو الطاقة الكهربائية .

مراحل دورة الآلة الحرارية :
1 – أخذ طاقة حرارية ( كح2 ) من مستودع حراري ذي درجة حرارة عالية ( د2 ) ( المستودع الساخن : سمي بذلك لأنه يفترض أن تكون درجة حرارته ثابتة )
2 – تحول الآلة جزءا من هذه الحرارة إلى شغل ميكانيكي ( الآلة تبذل شغلا )
3 – تزويد الآلة الحرارية بطاقة حرارية ( كح1 ) ذي درجة حرارة منخفضة ( د1 ) إلى المستودع البارد .

وعند تطبيق القانون الأول في الديناميكا الحرارية : ∆ ط د = كح – شغ

∆ ط د = كح2 – كح1 – شغ
ولأن المراحل السابقة هي دورة كاملة ، وبالتالي فإن :
∆ ط د = صفر
إذا :
كح2 – كح1 – شغ = صفر
شغ = كح2 – كح1

مثال توضيحي على الآلة الحرارية ( الآلة البخارية ) :

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de24.swf"]width=550 height=280[/FLASH]
لحفظ الفلاش ، أضغط هنا بزر الفأرة الأيمن ثم أختر حفظ بإسم

1 – يمتص الماء الموجود في الغلاية الحرارة من المستودع الساخن فيتحول إلى بخار ( المستودع الساخن هنا عبارة عن وقود يتم حرقه لغلي الماء في الغلاية )

2 – يُفتح صمام الدخول ويغلق صمام الخروج ، فيدخل البخار ليقوم بدفع المكبس إلى الخارج باذلا شغل ، وبذلك تنخفض درجة الحرارة البخار .

3 – عندما يصل المكبس إلى حده الأقصى ليبدأ في الرجوع ، يُغلق صمام الدخول ويفتح صمام الخروج فيخرج البخار في درجة حرارة منخفضة ، ثم يصل إلى المكثف ، الذي يكثف هذا البخار ليتحول إلى ماء ، ونتيجة لذلك يفقد جزءا من طاقته الداخلية ، فتطرد الحرارة الناتجة عن ذلك ( الحرارة الكامنة للتكثيف ) إلى الهواء الخارجي الذي يعتبر بمثابة المستودع البارد .

4 – تقوم المضخة بضخ الماء إلى الغلاية حيث تعاد الدورة من جديد .



مثال توضيحي آخر على الآلة الحرارية ( السيارة ) :

1 – تأخذ طاقة حرارية من البنزين
2 – تحول الحرارة إلى شغل ميكانيكي ( حركة السيارة )
3 – باقي الحرارة يخرج على شكل عادم من السيارة .

مردود الآلة الحرارية ( كفاءتها ) :

يعتبر المردود ( الكفاءة ) من أهم مميزات الآلة من الناحية العلمية . وتعرف كفاءة الآلة الحرارية على أنها النسبة بين ما تبذله الآلة من شغل إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة .
أي أن :

كفاءة الآلة = الطاقة المنتجة / الطاقة المعطاة = شغ / كح2

لكن شغ = كح2 – كح1

إذا : كفاءة الآلة = (كح2- كح1)/ كح2

كفاءة الآلة = 1 – ( كح1 / كح2 )

وقد وجد كارنو أن : (كح1/كح2 ) = ك1 /ك2

إذا : كفاءة الآلة = 1- ك1 /ك2

القانون الثاني للديناميكا الحرارية :

تمهيد :
القانون الثاني للديناميكا الحرارية جاء مكملا للأول حيث إن القانون الأول هو قانون لحفظ الطاقة فيخبرنا بأن أي زيادة في شكل من أشكال الطاقة يصاحبه نقص في الشكل الآخر ، كما أنه لا يميز الشغل من الحرارة ، إذ يمكن زيادة الطاقة الداخلية للنظام بتزويده بالحرارة أو ببذل شغل عليه ، وبمعنى آخر هناك تحولات محددة للطاقة يسمح بها القانون الأول ، فمثلا يمكن تحويل الشغل كليا إلى حرارة ، ولكن العكس في الواقع غير ممكن أي لا يمكن تحويل الحرارة كليا إلى شغل دون إحداث أي تغيير في الوسط المحيط .

القانون الذي يبحث في أي العمليات ممكنة الحدوث وأيها مستحيلة هو القانون الثاني
و له عدة صيغ ، وهي :

1 - صيغة ( كلفن – بلانك ) " من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كليا إلى شغل ميكانيكي " أي أنه لكي تنتج الآلة الحرارية شغلا يجب أن يكون لها مستودعان حراريان مختلفان في درجة الحرارة .

2 – صيغة ( كلاوزيوس الأولى ) " من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي حرارة منخفضة ، وتطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دون الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي "

3- صيغة ( كلاوزيوس الثانية ) : تسري الحرارة سريانا طبيعيا من الجسم الساخن إلى البارد ومن المستحيل أن تسري من البارد إلى الساخن بشكل طبيعي.[/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة السادسة :

دورة آلة كارنو

ملاحظة حول هذه المحاضرة :
1 - الشرح في هذه المحاضرة يختلف كثيرا في طريقة العرض عن كتاب الطالب
2 - مقتبس من شرح د. حازم سكيك مشرف منتدى الفيزياء التعليمي مع تصرف

تمهيد :
[align=justify]قبل الحديث عن دورة كارنو يجب أن نعلم إن هذه الدورة تمثل آلة ميكانيكية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ولكن هذه الآلة لا وجود لها ( ولكنها تمثل أهمية كبيرة لمصممي المحركات بمختلف أنواعها حيث تحدد هذه الآلة أهم العناصر الرئيسية لصناعة المحركات وهي الكفاءة.

وبالطبع الكفاءة موضوع مهم جدا لأنه من الطبيعي كلما تحسنت كفاءة المحرك كلما كان المردود اكبر فنحن نحتاج إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك ونقل الأشياء، وهذا يتأتي على حساب الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من حرق الفحم أو الوقود والأداة التي تقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية نسميها المحرك Engine.

دعونا نلقي الضوء على فكرة عمل الآلة Engine بصفة عامة ، ولكي نقرب ما تقوم به الآلة ، نضرب مثالا على ذلك الشخص الذي يقود دراجة فبتحريك قديمه على البدالات مرة للأعلى ومرة للأسفل فان الدراجة سوف تندفع للأمام من خلال الأجزاء الميكانيكية التي عملت على نقل الحركة الدائرية إلى التروس ومن ثم إلى العجلات، الآلة في الحقيقة هي ذلك الشخص الذي يقود الدراجة ولكن ليس بقدميه بل باستخدام المكابس ولكي تتحرك هذه المكابس نحتاج إلى مادة تتمدد وتنكمش لتشكل ضغط على المكابس فتدفع الذراع المتصل بالمكبس ذهابا وإيابا لتحرك العجلة المتصلة بها وتنطلق المركبة أو القطار. وفي الحقيقة العلم الذي يهتم بالأجزاء الميكانيكية في نقل الحركة وجعلها أكثر نعومة وانسيابية هو علم الهندسة الميكانيكية ، أما العلم المختص بالجزء الداخلي للمكبس نفسه والعمليات التي تجري عليه هو علم الديناميكا الحرارية ، ولهذا يجتمع الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين ، والحديث في هذا المجال يطول ولو نظرت إلى كل وسائل النقل من بدون استثناء لوجدت الديناميكا الحرارية هي وراء هذه التقنية.

جميع أنواع الآلات الحرارية تعمل على نفس المبدأ ، فيجب أن تكون في الآلة مادة تتغير درجة حرارتها وضغطها وحجمها في عدة مراحل ولكن في النهاية تعود إلى وضعها الابتدائي ولهذا نسمي هذا التغير بدورة الآلة لان المادة المستخدمة تتعرض إلى مجموعة من العمليات الحرارية ينتج عنها شغل ( طاقة ميكانيكية ) وتعود المادة إلى وضعها الابتدائي لتتكرر الدورة باستمرار ونحصل على شغل باستمرار.

وجميع الآلات الحرارية تصنف في الأغلب إلى نوعين : نوع يسمى آلات الاحتراق الداخلي آلات الاحتراق الخارجي ، وهي في الأساس تعتمد على فكرة آلة كارنو. وكل المحاولات التي جرت على تطوير المحركات كانت لتحسين كفاءة المحرك وزيادة الشغل الناتج عنه.


الخلاصة :

آلة كارنو :
هي آلة مثالية ، ومادة تشغيلها غاز مثالي ، تعمل بين مستودعي حرارة ، وتشكل الحدّ الأعلى لفاعلية الآلات الحرارية كلها ، وتقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ، من خلال قيام المادة بدورة كاملة تمتص فيها الحرارة من المستودع الساخن ، وتفقد حرارة إلى المستودع البارد .


تنبيه وتأكيد :
آلة كارنو الحرارية ليست وصفا لتركيب آلة حرارية محددة ، بل وصفا لعمليات دورة حرارية ، لو تمت – هذه العمليات – في أي آلة حرارية لأعطت أعلى كفاءة ممكنة


أهمية آلة كارنو :
1 – تعميق فهم الآلات الحرارية عمليا ونظريا .
2 – تساعد في تحديد كيفية زيادة فعالية الآلات الحرارية .

الدورة الديناميكية الحرارية العكوسة:
نقول عن الدورة الديناميكية الحرارية أنها دورة عكوسة إذا كانت جميع عملياتها عكوسة ، ومعنى ذلك أن يمكن عكس العمليات جميعها وبالتالي عكس الدورة بأكملها .


مراحل دورة كارنو الانعكاسية :

المرحلة الأولى :
يتمدد فيها الغاز عند درجة حرارة عالية وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )

شرح المرحلة الأولى :
يكون المكبس متصل مع المستودع الساخن وبالتالي سيمتص الغاز كمية حرارة ( كح2 ) من المستودع الساخن ، فيقوم الغاز ببذل شغل لدفع المكبس. وتكون هذه العملية تحت درجة حرارة ثابتة أي أنها ( عملية إيزوثيرمية ) .



المرحلة الثانية :
يستمر تمدد الغاز ولكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )

شرح المرحلة الثانية:
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لتمدد الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل الغاز شغل لدفع المكبس ، ينتج عنها انخفاض في درجة الحرارة .


المرحلة الثالثة :
ينضغط فيها الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية )

شرح المرحلة الثالثة :
يتصل المكبس في هذه الحالة مع المستودع البارد و ينضغط الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) وهنا يبذل المكبس شغل على الغاز .


المرحلة الرابعة :
يستمر انضغاط الغاز و لكن وهو معزولا ( عملية أدياباتية )

شرح المرحلة الرابعة :
يكون المكبس في هذه الحالة غير متصل بأي مستودع حراري ( أي أنه معزول ) ويحدث في هذه المرحلة استمرار لانضغاط الغاز ولكن تحت كمية حرارة ثابتة ( عملية أدياباتية ) مع بذل المكبس شغلا على الغاز ، ينتج عنها ارتفاع في درجة الحرارة .

فلاشات تشرح دورة كارنو

تجدها أيضا في مرفقات هذا الردّ

[align=center][FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de34.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de35.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de36.swf"]width=400 height=350[/FLASH]


[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de38.swf"]width=400 height=350[/FLASH][/align]

مردود آلة كارنو ( كفاءتها ) :

كما مرّ معنا .. نستطيع القول بأن :

كفاءة آلة كارنو = الطاقة المنتجة / الطاقة المعطاة = شغ / كح2

وبافتراض أن الآلة لا تهدر أي طاقة في الاحتكاك أو غيره فإن :

شغ = كح2 – كح1

إذا : كفاءة الآلة = (كح2- كح1)/ كح2 [/align]
كفاءة الآلة = 1 – ( كح1 / كح2 )

وقد وجد كارنو أن : (كح1/كح2 ) = ك1 /ك2

[ناصر اللحياني]

المحاضرة السابعة :

دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة :

تمهيد :

[align=justify]المضخة الحرارية هي آلة حرارية تعمل في الاتجاه المعاكس ، أي تأخذ شغلا لتكسب حرارة منخفضة مع تطرد حرارة مرتفعة ، وبصيغة أخرى هي آلة حرارية تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن .



أنواع المضخات الحرارية :
1 – مضخات حرارية تعمل على وضع التبريد ، مثل : الثلاجات والبرادات والمكيفات ( في حالة التبريد )
2 – مضخات تعمل على وضع التدفئة ، مثل : المكيفات ( في حالة التدفئة ) .

توضيح المسمى :
بما أن المضخات الحرارية تعمل في الاتجاه المعاكس ، فإننا عندما نعكس دورة آلة كارنو الانعكاسية لحصلنا على دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة .

مراحل دورة آلة كارنو الانعكاسية المقلوبة :

1 - يتمدد الغاز وهو معزولا ( عملية أدياباتية ) ( عكس المرحلة الرابعة في دورة كارنو )

2 – يستمر تمدد الغاز عند درجة حرارة منخفضة وثابتة ( عملية إيزوثيرمية ) ( عكس المرحلة الثالثة في دورة كارنو )


3 - ينضغط الغاز وهو معزولا ( عملية أدياباتية ) ( عكس المرحلة الثانية في دورة كارنو )

4 – يستمر إنضغاط الغاز ولكن عند درجة حرارة عالية وثابتة ( عكس المرحلة الأولى في دورة كارنو )

معامل أداء المضخة الحرارية :
معامل الأداء = الطاقة المطلوبة ( المنتجة ) / الطاقة المدفوعة ( المعطاة )

* في حالة التبريد :

عند استخدمت آلة كارنو المقلوبة كمبرد ( مكيف يعمل على التبريد ) فإن الطاقة المطلوبة هي كمية الحرارة المسحوبة من المكان البارد ( كح 1 ) الذي درجة حرارته ( كـ 1 )
اما الطاقة المدفوعة فهي كمية الشغل المطلوب لإدارة المضخة ويعطي بالعلاقة :

شغ التبريد = كح 2 - كح 1
أي أن :

معامل الأداء أ (تبريد) = كح 1 / شغ = كح 1 / كح2 -كح1

* في حالة التدفئة :

وأما في حالة المضخة الحرارية ؟ ( مكيف يعمل على الحار ) فهي تقوم بدور مشابهة للدور المبرد ، فهي تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن لذا تكون الطاقة المطلوبة هي ( كح2 ) التي تنتقل إلى الخزان الحراري الساخن الذي درجة حرارته ( كـ2 )
والطاقة المدفوعة هي شغ حيث : شغ = كح2 - كح1
فيكون

معامل أداء المضخة أ (تدفئة) = كح 2 / شغ = كح 1 / كح2 -كح1

تنبيهات :
معامل الأداء ليس له وحدة
معامل الأداء في وضع التدفئة يكون أكبر من 1
يلاحظ من معادلات الأداء أعلاه أن المقام هو نفسه في التبريد والتدفئة ، أما البسط فإنه يرتبط في وضع التبريد بالمستودع البارد ، وفي وضع التدفئة بالمستودع الساخن .[/align]

فلاش يشرح دورة كارنو المقلوبة

[FLASH="http://www.phys4arab.net/vb/images/sharh/de37.swf"]width=400 height=350[/FLASH]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة الثامنة :

مجموعة متنوعة من المسائل المحلولة

تجد حلول هذه المسائل في المرفقات
ولكن يستحسن أن تحاول حلها قبل مشاهدة الإجابة

[align=justify]
مجموعة ( 1 )

مثال (3-1) :
إذا افترضنا أن حجم رئتي الإنسان يزداد بمقدار 500 سم^3 عند عملية الشهيق الواحدة .
احسب الشغل المبذول على الرئتين خلال تلك العملية ، معتبراً الضغط داخل الرئتين يبقى ثابتاً ويساوي الضغط الجوي ( 10^5 نيوتن / م2 )

مثال (3-2) :
تمدد هواء محصور في اسطوانة ومكبس حجمه 0.2 م3 وضغطه 1000 كيلو باسكال بحيث أصبح حجمه 0.6 م3 ، فإذا ثبتت درجة حرارته خلال هذا الإجراء ( د = 300 كلفن ) فاحسب الشغل المبذول

مثال (3-3)
تمدد نظام مكون من غاز محصور في اسطوانة مزودة بمكبس من حجم قدره 0.02 م^3 عند نفس الضغط . احسب :
1- الشغل الذي بذله النظام .
2- المسافة التي تحركها المكبس إذا علمت أن مساحة المكبس 0.05 م^2

مثال ( 3-4 ) :
زودنا نظاماً من غاز محصور بكمية من الحرارة مقدارها 500 سعر فزاد حجمه بمقدار 0.002 م^3 تحت ضغط ثابت ( الضغط الجوي المعياري ) . احسب التغير في الطاقة الداخلية لهذا النظام علما أن الضغط المعياري = 1.013 × 10^5 باسكال ، 4.18 جول


مثال (3-5) :
ضغط غاز محصور في اسطوانة ببذل شغل عليه مقداره 3000 جول ، ولم يتم خلال هذا الإجراء تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط به ( إجراء إديباتيكي ) احسب : التغير في الطاقة الداخلية للنظام ( الغاز محصور )

مثال (3-6) :
نظام لآلة بخارية تحتوي على 20 غم من الماء عند درجة حرارة 100م ، تحولت نتيجة التسخين إلى بخار حجمه 3342 سم^2 تحت ضغط جوي معياري ( 1.013 × 10^5 باسكال ) إذا علمت أن الحرارة الكامنة لتبخر الماء 539 سعر / غم فاحسب :
أ‌- الشغل الذي يبذله النظام
ب‌- الزيادة في الطاقة الداخلية للنظام

مثال (3-7) :
إناء معزول حرارياً غاز محصور ، بذل شغل خارجي على الغاز مقداره 135 جول ، احسب التغير في مقدار الطاقة الداخلية للغاز .


مثال ( 3-8) :
إذا كانت درجة حرارة المتودع الحراري الساخن في آلة كارنو هي 127 ْ م وتحتاج خلال دورة كاملة إلى 420 جول تأخذه من المستودع الساخن بينما يخرج منها 315 جول من الطاقة الحرارية إلى المستودع البارد . أوجد درجة حرارة المستودع البارد .


مثال ( 3-9) :
ألة تتبع دورة كارنو وتستقبل كمية حرارة تساوي 3000 كلية جول من مصدر حراري عند درجة حرارة 727 ْ م . احسب


مثال ( 3-10)
تعمل آلة حرارية على دورة كارنو وتنتج شغلاً صافياً معدل 100 كليوات ، بينما تعمل بين مصدر حراري درجتة حرارته 700ْم ، ومستقبل حراري عند 50ْ م ، أحسب كفاءة الآلة وكمية الحرارة المنقولة كح عـ على الدورة وكمية الحرارة المطرودة كح ص من الدورة .


مثال(3-11):
تقوم آلة تبريد ( مكيف ِ) بتبريد غرفة في فصل الصيف بحيث تسحب كمية من حرارة الغرفة بمعدل 20 كيلو واط ، فإذا كانت درجة حرارة الغرفة 22م ودرجة الحرارة خارج الغرفة 47 م فاحسب معدل الشغل المطلوب ، ومعامل أداء آلة التبريد إذا كانت دورة التبريد هي دورة انعكاسية.

مثال (3-12):
احسب أقل معدل شغل ممكن لمضخة حرارية تستخدم لتدفئة غرفة عند درجة حرارة 27 م إذا كانت درجة حرارة الجو الخارجي هي -23ْم ومعدل كمية الحرارة المضافة إلى الغرفة تساوي 20كيلواط

مجموعة ( 2 )

س1- تمدد غاز مثالي بحيث يمكن تمثيل العلاقة بين الحجم والضغط بالعلاقة : ص × ح = ثابت ، فإذا كان الحجم لابتدائي ح1= 0.5م3 والضغط ض 1 = 200 كيلوباسكال ، وكان الحجم النهائي ح1= 0.1م3 ، احسب مقدار الشغل الذي يبذله الغاز عند تمدده

س2- آلة تعمل بين مستودعين حراريين درجة حرارة المستودع الساخن 540 ْم درجة حرارة المستودع البارد 37 م أوجد أقصى كفاءة لهذه الآلة

س3- آلة حرارية تنتج شغلاً ميكانيكاً مقداره 2250 جول تعطي كمية من الحرارة مقداراها 250 جول، احسب كفاءة هذه الآلة

س4- احسب اقل معدل ممكن من الشغل اللازم لمضخة حرارية تستخدم لتدفئة غرفة درجة حرارتها 17 م إذا كانت درجة حرارة الجو الخارجي – 13 م ومعدل كمية الحرارة المضافة إلى الغرفة تساوي 30كليواط

س5- مكيف فريون يعمل وفق دورة كارنو المقلوبة ، حيث يعمل كمبرد وذلك بطرد كمية من الحرارة مقدراها 24 كيلوجول إلى الجو الخارجي الذي تبلغ درجة حرارته 47 م ، يستهلك شغلاً مقداره 8كيلوجول . احسب درجة حرارة الغرفة ومعامل أداء المكيف

س6- دعت شركة أنها طورت مبرد يعمل لحفظ درجة مكان بارد عند -33ْم بينما درجة حرارة الجو المحيط بالمبرد 27 م ، وأن معدل أدء المبرد 5.5، قيم إدعاء هذه الشركة. [/align]

[ناصر اللحياني]

المحاضرة التاسعة :

بنك أسئلة متنوعة حول الديناميكا الحرارية

[align=justify]
أكتب عبارة( صح ) أمام الجملة الصحيحة و عبارة( خطأ ) أمام الجملة الخاطئة مع تصحيح الخطأ:
( المجموعة الأولى )

1- علم الديناميكا الحرارية هو علم تجريبي يهتم بدراسة العلاقة بين الحرارة والشغل. (..........)
2- يكون الجسمان المتلامسين في حالة اتزان حراري إذا تساوت كميتا الحرارة فيهما.
3- الإجراء الديناميكي الحراري هو أي تغير في حالة النظام نتيجة لإضافة أو سحب حرارة أو شغل. (..........)
4- المسار هو الحالات التي تمر بها خواص النظام. (..........)
5- يتم النظام دورة كاملة عندما يمر بمجموعة إجراءات بحيث تتطابق بداية و نهاية الإجراءات. (..........)
6- النظام المعزول هو النظام الذي تسمح حدوده بتبادل المادة و الطاقة مع الوسط المحيط. (..........)
7- علبة المشروبات الغازية المغلقة مثال على النظام المعزول. (..........)
8- يحسب الشغل بيانيا من المساحة المحصورة بين المنحنى البياني و محور الضغط. (..........)
9- الإجراءات الايزوبارية تتم عند حجم ثابت. (..........)
10- الإجراءات الاديباتيكية تتم عند كمية حرارة ثابتة. (..........)
11- الإجراء الأيزوثيرمي يتم عند حجم ثابت . (..........)
12- تزويد النظام المعزول بكمية حرارة يزيد طاقته الداخلية و قيامه بشغل يؤدى إلى نقصانها. (..........)
13- الشغل يكون موجباً إذا بذله النظام. (..........)
14- كمية الحرارة تكون سالبة إذا امتصها النظام. (..........)
15- عند تزويد النظام بكمية حرارة فإنها تختزن فيه على شكل حرارة. (..........)
16- في الإجراء الأيزوكورى الشغل يساوى صفراً. (..........)
17- في الإجراء الايزوبارى كح تساوى صفراً. (..........)
18- في الإجراء الايزوثيرمي التغير في الطاقة الداخلية يساوى صفراً. (..........)
19- ضغط الهواء وغاز الوقود في شوط الضغط في الآلة الحرارية يعتبر إجراء ايزوبارياً. (..........)
20- في الإجراء العكوس التغير في الطاقة الداخلية يساوى صفراً. (..........)
21- المضخة الحرارية تعمل على تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل. (..........)
22- يعتبر الهواء الجوى مستودعاً حرارياً. (..........)
23- في الآلة البخارية تزداد الطاقة الداخلية للبخار عندما يتحرك المكبس إلى الخارج. (..........)
24- الماء و البخار هما مادة التشغيل في الآلة البخارية. (..........)
25- عندما يكمل الماء دورة كاملة في الآلة البخارية يكون التغير في الطاقة الداخلية صفراً. (..........)
26- كفاءة الآلة الحرارية هي نسبة الطاقة المعطاة إلى الطاقة المنتجة. (..........)
27- تكون كفاءة آلة كارنو قصوى إذا كانت إجراءاتها عكوسة. (..........)
28- تزداد كفاءة الآلة الحرارية إذا كان الفرق بين درجة حرارة المستودعين صغيراً. (..........)
29- يعتبر القانون الأول للديناميكا الحرارية أحد أشكال قانون حفظ الطاقة. (..........)
30- لكي تنتج الآلة الحرارية شغلا لابد أن يكون لها مستودعان حراريان متساويان في درجة الحرارة. (..........)
31- من المستحيل بناء آلة حرارية تأخذ الحرارة من مستودع واحد وتحولها كليا إلى شغل.
32- من المستحيل بناء مضخة حرارية تأخذ الحرارة من مستودع حار إلى أخر بارد دون بذل شغل. (..........)
33- تعتبر الدورة انعكاسية إذا كانت اغلب إجراءاتها انعكاسية. (..........)
34- مردود الآلة الحرارية دائما اصغر من الواحد الصحيح.
35- في المدفأة الطاقة المطلوبة هي كح عـ بينما الطاقة المدفوعة هي الشغل. (..........)
36- ترتفع درجة حرارة الغاز إذا تمدد تمددا مفاجئا. (..........)
37- وحدة قياس كفاءة الآلة الحرارية هي الجول. (..........)

( المجموعة الثانية )

1. ( ) يكون النظام في حالة اتزان ميكانيكي عندما لا يوجد اختلاف بين درجة حرارة النظام والوسط المحيط .
2. ( ) يمكن للنظام أن ينتقل من حالة اتزان إلى حالة اتزان أخرى وذلك عندما تتغير بعض قيم بارامترات الحالة التي تحدد حالة النظام .
3. ( ) نظام ما يمتص ( 500 J ) من الحرارة ويبذل عليه شغل مقداره ( 400 J ) فتكون قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام مساوية ( 900 J ) .
4. ( ) نظام يمتص ( 1k J ) من الحرارة ويبذل عليه شغل مقداره ( 500 J ) فتكون قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام مساوية ( ½ k J ) .
5. ( ) نظام يمتص( 250 J ) من الحرارة تحت حجم ثابت،فإن قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام تساوي( ¼ k J) 6 – نظام ما يبذل عليه شغل قدره ( 1000 J ) عند ثبات درجة حرارته فتكون قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام مساوية ( -1k J ).
6. ( ) في التغير ثابت درجة الحرارة تكون Q = ΔU
7. ( ) إذا بذل غاز شغلا قدره ( 4500 J )لكي يتمدد تحت ضغط ثابت قدره ( 2 × 10 5 Pa) فإن التغير في حجم هذه الكمية من الغاز يساوي ( 90 ) لتر .
8. ( ) إذا اكتسب نظام متزن كمية من الحرارة مع الاحتفاظ بحجمه ثابت ، فإن طاقة حركته تزداد وطاقة وضعه تظل ثابتة .
9. ( ) كمية من غاز موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت فإذا زاد حجمها بمقدار( 2m3 ) عندما بذل شغلا قدره ( 4 k J ) ، فإن الضغط الواقع عليها يساوي ( 50 Pa) .
10. ( ) نظام ما يمتص (100 J ) من الحرارة ، ويبذل عليه شغل قدره ( 500 J ) في آن واحد ، فإن قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام تساوي ( 600 J ) .
11. ( ) في التغير الأديباتيكي تكون w + U = 0
12. ( ) غاز يبذل شغلا خارجيا مقداره ( 20 J ) أثناء تمدده أديباتيكيا , فإن الطاقة الداخلية للنظام تقل بمقدار ( 20 J ).
13. ( ) خلال التمدد الحر فإن قيمة U2 = U1 .
14. ( ) خلال التمدد الحر فإن قيمة w U = .
15. ( ) المادة العاملة في الآلات البخارية هي خليطا من الهواء والوقود .
16. ( ) المادة العاملة في آلات الاحتراق تقوم بامتصاص كمية من الحرارة من الخزان الحراري البارد وتلقي جزءا منها إلي الخزان الحراري الساخن.
17. ( ) عند عمل آلة الجازولين خلال شوط الإنضغاط يتحرك المكبس داخل الاسطوانة إلي أعلي.
18. ( ) عند عمل آلة الجازولين خلال شوط الامتصاص يكون صمام الوقود مفتوحا وصمام العادم مغلقا.
19. ( ) عند عمل آلة الجازولين خلال شوط الاشتعال والتمدد تحدث شرارة كهربائية بين قطبي شمعة الاشتعال ويكتسب الغاز الموجود داخل غرفة الاشتعال كمية قليلة من الحرارة .
20. ( ) بعد نهاية الاشتعال خلال شوط الاشتعال والتمدد ، يكون الغاز داخل غرفة الاشتعال ذا درجة حرارة عالية وضغط مرتفع .
21. ( ) بعد نهاية الاشتعال خلال شوط الاشتعال والتمدد ، يكون الغاز داخل غرفة الاشتعال ذا درجة حرارة عالية وضغط مرتفع .
22. ( ) في بداية شوط العادم يغلق صمام العادم .
23. ( ) بعد نهاية الاشتعال خلال شوط الاشتعال والتمدد ، يتمدد الغاز داخل الاسطوانة ويبذل شغلا يؤدي إلي حركة المكبس إلي أعلي .
24. ( ) خلال شوط العادم يفتح صمام العادم ويتحرك المكبس داخل الاسطوانة إلي أعلي ويطرد نواتج الاحتراق إلي ماسورة العادم .
25. ( ) الآلة القابلة للعكس يكون لها أقل مردود .
26. ( ) مردود الآلة ( كفاءة الآلة ) تساوي دائما ( واحد صحيح ) .
27. ( ) آلة حرارية تمتص كمية من الحرارة قدرها( 8 kJ ) وتطرد منها كمية قدرها ( 6 kJ ) فإن مردودها يساوي (2 ) .
28. ( ) الكفاءة العظمي لمحرك يعمل بين درجتي حرارة ( 200 C ) ، (50 C ) يساوي ( 0.75 )
29. ( ) الشغل الناتج من محرك كفاءته ( 20 % ) ويمتص كمية من الحرارة قدرها ( 600 J ) يساوي ( 120 )
30. ( ) آلة حرارية تمتص كمية من الحرارة قدرها ( 500 J ) وتطرد منها كمية قدرها ( 400 kJ )
31. ( ) فإن الشغل الناتج يساوي ( 0.1 kJ ) ، ومردود هذه الآلة يساوي ( 0.2 )
32. ( ) لا يمكن لأي آلة حرارية أن تنقل الحرارة من جسم بارد إلي جسم ساخن دون الاستعانة بعامل خارجي


أسئلة الاختيار من متعدد

( المجموعة الأولى )
- علم الديناميكا الحرارية هو العلم الذي يهتم بدراسة العلاقة بين:
أ- الضغط والحجم.
ب- الحجم ودرجة الحرارة.
ج- درجة الحرارة والشغل.
د- كمية الحرارة والشغل.
2- الإجراء الديناميكي الحراري هو تغير بحالة النظام بسبب:
أ- زيادة الضغط.
ب- إضافة أو سحب حرارة أو شغل.
ج- نقص الضغط.
د- زيادة الحجم .
- النظام الذي لا يسمح بتبادل الطاقة مع الوسط المحيط هو النظام:
أ- المغلق.
ب- المعزول.
ج- المفتوح.
د- الحراري
4.التغير في الطاقة الداخلية يساوي صفراً إذا كان الإجراء:
أ- ايزوبارياً.
ب- ايزوكورياً.
ج- ايزوثرمياً.
د- اديباتيكياً .
5- الشغل = صفراً إذا كان الإجراء:
أ- ايزوبارياً.
ب- ايزوكورياً.
ج- ايزوثرمياً.
د- اديباتيكياً .
6- إذا تم الإجراء تحت ضغط مفاجئ أو تمدد مفاجئ فإنه يكون:
أ- ايزوبارياً.
ب- ايزوكورياً.
ج- ايزوثرمياً.
د- اديباتيكياً .
7- الصيغة الرياضية للقانون الأول في الديناميكا الحرارية:
1- كح=∆ط د+ شغ
2- ط ك = كح – شغ
3- شغ =كح +∆ط د
4- ∆ط د = كح + شغ
8- إذا تم الإجراء عند ثبوت درجة الحرارة فأي مما يلي غير صحيح:
1- شغ = ح1 ض1 لوe ح2
ح1
2- شغ = ح2 ض2 لوe ح2
ح 1
3- شغ = ح1 ض1 لوe ض1
ض2
4- شغ = ح1 ض1 لوe ض2
ض1
9- إذا ضغط الغاز ضغطاً مفاجئاً فإن:
1- الحجم يزداد.
2- كمية الحرارة تقل.
3- درجة الحرارة تزداد.
4– درجة الحرارة تقل.
10- لرفع كفاءة الآلة الحرارية يجب أن يكون:
1- الفرق بين درجة حرارة المستودعين صغيراً جداً.
2- الفرق بين كمية حرارة المستودعين كبيراً جداً.
3– الفرق بين درجة حرارة المستودعين كبيراً جداً.
4- الفرق بين حجم المستودعين صغيراً جداً
11- مردود الآلة الحرارية يساوي:
1- كمية الحرارة المضافة ÷ الشغل.
2– الشغل ÷ كمية الحرارة المضافة.
3- الشغل ÷ كمية الحرارة المفقودة.
4- كمية الحرارة المفقودة ÷ الشغل.
12- وجد كارنو أن:
1- كح1= ﮐ1.
2– كح1/ كح2= ﮐ1/ ﮐ2 .
3– كح1/ كح2= ﮐ2/ ﮐ1 .
4– كح2=ﮐ2.
13-تنص صيغة كلاوزيوس على أنه لانتقال الحرارة من المستودع البارد إلى المستودع الساخن لابد من:
1- حدوث تمدد.
2– بذل شغل.
3– نقص الضغط.
4– جميع ما تقدم.
14- إذا كانت الآلة الحرارية تعمل وفق دورة كارنو الانعكاسية المقلوبة على البارد فإنه معامل الأداء يساوي:
1- كح عـ/شغ.
2- كح ص/ شغ.
3– شغ/ كح ص.
4- الشغل/كحعـ.
15- تعمل الآلة الحرارية بامتصاص الحرارة من مستودع حراري عند درجة حرارة معينة وتحولها:
1- كليا إلى شغل ميكانيكي .
2- جزئيا إلى شغل ميكانيكي وتطرد بقية الحرارة إلى مستودع ذي درجة حرارة أعلى
3. - جزئيا إلى شغل ميكانيكي وتطرد بقية الحرارة إلى مستودع ذي درجة حرارة أقل
4- - جزئيا إلى شغل ميكانيكي وتطرد بقية الحرارة إلى مستودع ذي درجة حرارة مساوية
16- آلة حرارية كفاءتها 80٪ ودرجة حرارة المستودع البارد 40 5 م فإن درجة حرارة المستودع الساخن هي:
1- 1119 5 م.
2– 2192 5 م.
3– 1292 5 م.
4– 9211 5 م.
17.آلة حرارية تعمل بين مستودعين حراريين فإذا كانت درجة حرارة المستودع الساخن تساوي313ْ م ودرجة حرارة المستودع البارد = - 13 5 م فإن كفاءة الآلة تساوي:
1- 44.62٪
2- 446.2٪
3- 55.62٪
4- 5562٪
18- مكيف يعمل على البارد فإذا كانت درجة حرارة الغرفة – 17 5م ودرجة حرارة الجو الخارجي 43 5م وكانت كمية الحرارة المطرودة للجو الخارجي تساوي 30 كيلوجول فإن معامل الأداء يساوي:
1-6.4
2– 4
3– 4.6
4– 4.26
19- مكيف يعمل على الحار حيث يقوم بتدفئة غرفة عند درجة حرارة 25 5 م فإذا كانت درجة الجو الخارجي 3 5 م ومعدل كمية الحرارة المدفوعة للغرفة 40 كيلو واط فإن الشغل المبذول يساوي:
1-2.953 كيلوواط.
2– 3.3 كيلوواط.
3– 4.4 كيلوواط.
4– 5.5 كيلوواط.


( المجموعة الثانية )
1. يوصف النظام بأنه في حالة اتزان ديناميكي حراري عندما :
 يكون في حالة اتزان ديناميكي فقط  يكون في حالة اتزان حراري فقط
 يكون في حالة اتزان كيميائي فقط.  عندما تتوفر فيه كل ما سبق
2. العبارات التالية صحيحة ، عدا عبارة واحدة منها غير صحيحة ، وهي :
 يمكن للنظام أن ينتقل من حالة اتزان إلي حالة اتزان أخري ، عندما تتغير بعض قيم محددات الحالة
 تتغير حالة النظام المتزن عندما يكتسب أو يفقد كمية من الحرارة
 قد يصاحب عملية تحول النظام - من حالة اتزان إلي حالة اتزان أخري – بذل شغل ميكانيكي
 لا يحدث تغير في حالة الاتزان للنظام عندما تتغير الطاقة الداخلية له
3. لوصف النظام وصفا دقيقا ، فإننا تستخدم عددا من الكميات مثل :
 ڤدرجة الحرارة. الطاقة الداخلية. الحجم  كل ما سبق
4. عند تسخين قاعدة اسطوانة مصنوعة من مادة جيدة التوصيل للحرارة وسطحها الجانبي معزول عزلا حراريا تاما ، وفي داخلها كمية من الغاز ومكبسا حر الحركة عديم الاحتكاك :
 فإن التغير في محصلة طاقة النظام يساوي الفرق في محصلة طاقته قبل وبعد التسخين
 فإنه لا يحدث تغير في بارامترات الحالة
 فإن حجم الغاز يقل ، وضغطه يزداد
 فإن حجم الغاز يقل ، وضغطه يقل
5. يمكن التعبير رياضيا عن القانون الأول للديناميكا الحرارية بالعلاقة :
 ( Q = w )  ( Q =  U )  ( Q =  U + w )  ( U = - w )
6. إذا زاد حجم نظام غازي متزن وزادت درجة حرارته ، عند إضافة كمية من الحرارة ( Q ) إليه ، فإنه علي حسب القانون الأول للديناميكا الحرارية تكون :
قيمة ( Q ) موجبة ، ( w ) سالبة.  قيمة ( U ) موجبة ، ( w ) موجبة
 قيمة ( Q ) سالبة ، ( w ) سالبة.  قيمة ( U ) موجبة ، ( w ) سالبة
7. عند تطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية،يجب مراعاة العلاقات التالية عدا علاقة واحدة منها وهي :
 تكون قيمة ( Q ) موجبة إذا اكتسب النظام كمية حرارة
 تكون قيمة ( Q ) سالبة إذا اكتسب النظام كمية حرارة
 يكون الشغل ( w ) موجبا عندما يزداد حجم النظام
 يكون الشغل ( w ) سالبا عندما يقل حجم النظام
8. نظام ما يمتص (100 J ) من الحرارة ، ويبذل عليه شغل قدره ( 500 J ) في آن واحد ، فإن قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام تساوي :
 ( + 600 J )  ( - 400 J )  ( + 400 J )  ( - 600 J )
9. نظام ما يبذل عليه شغل قدره ( 1500 J ) ، ويفقد طاقة قدرها ( 400 J ) ، فإن قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام تساوي :
 ( - 1.9 kJ )  ( + 1.9 kJ )  ( + 1100 J )  ( - 1100 J )
10. نظام ما يبذل ( 2.5 kJ ) في شغل خارجي ، وتقل طاقته الداخلية بمقدار ( 700 J ) ، فإن مقدار التغير في الطاقة الحرارية لهذا النظام يساوي :
 ( - 1800 J )  ( + 1800 J )  ( + 3200 J )  ( - 3200 J )
11. نظام غازي متزن بذل شغلا قدره ( 0.3 kJ ) علي الوسط المحيط ، وفي نفس الوقت زادت طاقته الداخلية بمقدار ( 0.7 kJ ) ، فإن مقدار التغير في الطاقة الحرارية ( Q ) لهذا النظام يساوي :
 ( + 400 J )  ( + 1000 J )  ( - 1000 J )  ( + 0.40 kJ )
12. نظام غازي متزن امتص كمية من الطاقة الحرارية قدرها ( 1.4 kJ ) ، فإذا لم يتغير حجم هذا النظام ، فإن التغير في طاقته الداخلية يساوي :
 ( - 1.4 kJ )  ( + 1.4 kJ )  ( صفر )  ( الشغل المبذول )
13. نظام غازي متزن امتص كمية من الطاقة الحرارية ، وفي نفس الوقت بذل عليه شغلا قدره ( 200 J ) ، فإذا كان مقدار التغير في الطاقة الداخلية لهذا النظام يساوي ( 700 J + ) ، فإن كمية الطاقة الحرارية التي امتصها النظام تساوي :
 ( + 500 J )  ( + 900 J )  ( - 500 J )  ( + 700 J )
14. نظام غازي متزن بذل شغلا قدره ( 800 J ) علي الوسط المحيط ، فإذا لم تتغير درجة حرارته ، فإن مقدار التغير في طاقته الحرارية تساوي :
 ( + 800 J )  ( صفر )  ( - 800 J )  ( + 400 J )
15. كمية من غاز حجمها الأصلي ( 5 m3 ) موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت ، فإذا بذل شغلا قدره ( 4 x 105 J ) ، ليصبح حجمها النهائي ( 7 m3 ) ، فإن ضغط هذه الكمية من الغاز يساوي :
 ( 2 x 105 Pa )  ( 3.33 x 104 Pa )  ( 8 x 104 Pa )  ( 5.7 x 104 Pa )
16. كمية من غاز حجمها الأصلي ( 3 m3 ) موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت قدره ( 2 x 105 Pa ) فإذا سخنت هذه الكمية من الغاز حتى بذلت شغلا قدره ( 4 x 105 J ) ، فإن حجمها النهائي يصبح :
 ( 8 m3 )  ( 5 m3 )  ( 3 m3 )  ( 2 m3 )
17. كمية من غاز حجمها الأصلي ( 5 m3 ) موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت قدره ( 4 x 103 Pa ) فإذا سخنت هذه الكمية من الغاز حتى أصبح حجمها النهائي (8 m3 ) فإن الشغل المبذول يساوي :
 ( 1200 J )  ( 12 kJ )  ( 120 kJ )  ( 120 J )
18. كمية من غاز حجمها الأصلي غير معلوم ، موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت قدره( 6 x 104 Pa ) ، فإذا بذل شغلا قدره ( 3 x 105 J ) ، ليصبح حجمها النهائي ( 10 m3 ) ، فإن الحجم الأصلي لهذه الكمية من الغاز بوحدة (m3 ) يساوي :
 ( 15)  ( 2 )  (5 )  ( 10 )
19. كمية من غاز حجمها الأصلي ( 5 ) لتر موضوعة في اسطوانة تحت ضغط ثابت قدره( 2 x 104 Pa ) فإذا سخنت هذه الكمية من الغاز حتى أصبح حجمها النهائي (25 ) لترا ، فإن الشغل المبذول يساوي :
 ( 4000 J )  ( 400 kJ )  ( 400 J )  ( 400 kJ )
20. إذا اكتسب نظام متزن كمية من الحرارة مع الاحتفاظ بحجمه ثابت ، فإنه حسب القانون الأول للديناميكا الحرارية نجد أن :
 ( Q = w )  ( Q =  U )  ( Q =  U + w )  ( U = - w )
21. إذا اكتسب نظام متزن كمية من الحرارة مع الاحتفاظ بحجمه ثابت ، فإن :
 الشغل المبذول يساوي صفر.  الطاقة الداخلية للنظام تظل ثابتة
 تظل درجة حرارته ثابتة.  تقل طاقة حركة جزيئاته
22. في التغير ثابت درجة الحرارة ( التغير الأيزوثيرمي ) :
 ( Q = w )  ( Q =  U )  ( Q =  U + w )  ( U = - w )
23. في التغير ثابت كمية الحرارة ( التغير الأديباتيكي ) تكون :
 ( Q = w )  ( Q =  U )  ( Q =  U + w )  ( U = - w )
24. في التغير ثابت كمية الحرارة ( التغير الأديباتيكي ) أحد العبارات التالية غير صحيحة ، وهي :
 عندما نضغط الغاز ، فإنه ينكمش وتقل درجة حرارته
 عندما نضغط الغاز ، فإنه ينكمش وترتفع درجة حرارته
 إذا سمح لهذا النظام بالتمدد فإن درجة حرارته تقل
 لا يفقد النظام أو يكتسب حرارة
25. غاز يبذل شغلا خارجيا مقداره ( 20 J ) أثناء تمدده أديباتيكيا ، فإن ذلك يؤدي إلي :
 ارتفاع درجة حرارة الغاز . نقص طاقته الداخلية بمقدار ( 20 J )
 زيادة طاقته الداخلية بمقدار ( 20 J ) عدم تغير درجة حرارة الغاز
26. التغيرات التالية تحدث خلال التمدد الحر للغازات ، عدا تغيرا واحدة منها وهو :
 التغير في الطاقة الداخلية للنظام ( 0 = U )
 التغير في كمية الطاقة الحرارية للنظام ( 0 = Q )
 الشغل الذي يبذله الغاز ( 0 = w )
 مجموع الطاقات الداخلية للنظام ( 0 = U2 + U1 )
27. المادة العاملة :
 تتكون من خليط من الهواء والوقود في آلات الاحتراق الداخلي مثل السيارات
 تقوم بامتصاص كمية من الحرارة من الخزان الحراري البارد وتلقي جزءا منها إلي الخزان الساخن
 تتكون من خليط من الهواء والوقود في الآلات البخارية
 تتكون من البخار في آلات الاحتراق الداخلي
28. تتركب الآلة الحرارية من الأجزاء التالية :
 خزان حراري ساخن ( قادر علي تزويدها بأي كمية من الحرارة ) فقط
 خزان حراري بارد ( قادر علي تلقي أية كمية حرارة تلقي إليه ) فقط
 مادة عاملة تمتص حرارة من الخزان الساخن وتبذل شغلا ثم تطرد بقية الحرارة إلي الخزان البارد فقط
 جميع ما سبق
29. تعمل الآلة الحرارية علي :
تحويل الشغل إلي حرارة.  تحويل الحرارة إلي شغل
 تحويل الحرارة إلي طاقة داخلية  تحويل الطاقة الداخلية إلي حرارة
30. خلال شوط الامتصاص في آلة الجازولين :
ڤيتحرك المكبس داخل الاسطوانة إلي أعلي ڤيكون صمام الوقود مغلقا
ڤيزداد الضغط داخل الاسطوانة عن الضغط خارجها ڤيكون صمام العادم مغلقا
31. مردود الآلة ( كفاءة الآلة ) :
 تساوي دائما واحد صحيح . أقل دائما من واحد صحيح
 أكبر دائما من واحد صحيح  تساوي ناتج قسمة الحرارة الممتصة علي الشغل الناتج
32. الكفاءة العظمى لمحرك يعمل بين درجتي حرارة { 100˚c , 5000˚c } تساوي :
qصفر q 2% q 93% 96% q
33. العبارة غير الصحيحة من العبارات التالية هي :
 تقوم المضخات الحرارية وأجهزة التبريد بالعملية العكسية للآلة الحرارية
 تقوم المضخات الحرارية وأجهزة التبريد بامتصاص كمية من الحرارة من خزان حراري بارد
 تقوم المضخات الحرارية وأجهزة التبريد بطرد كمية من الحرارة إلي خزان حراري ساخن
 في المضخات الحرارية وأجهزة التبريد يتم نقل كمية من الحرارة من جسم ساخن إلي جسم بارد
34. العبارة غير الصحيحة من العبارات التالية ، والتي تدل علي ما يحدث خلال شوط الاشتعال والتمدد في آلة الجازولين هي :
 في بداية هذا الشوط تحدث شرارة كهربائية بين قطبي شمعة الاشتعال فيشتعل بخار الجازولين
 يكتسب الغاز الموجود داخل غرفة الاشتعال كمية كبيرة من الحرارة دون تغير يذكر في الحجم
 بعد نهاية الاشتعال ، يكون الغاز داخل غرفة الاشتعال ذا درجة حرارة منخفضة وضغط منخفض
 بعد نهاية الاشتعال يتمدد الغاز داخل الاسطوانة ويبذل شغلا يؤدي إلي حركة المكبس إلي أسفل
35. العبارة غير الصحيحة من العبارات التالية ، والتي تدل علي ما يحدث خلال شوط العادم في آلة الجازولين هي :
 يتحرك المكبس داخل الاسطوانة إلي أعلي.  يغلق صمام العادم في بداية هذا الشوط
 يطرد نواتج الاحتراق إلي ماسورة العادم. يفتح صمام العادم
36. الكفاءة العظمي لمحرك يعمل بين درجتي حرارة ( 337 C ) ، (32 C ) تساوي :
 ( % 60 )  ( 0.5 )  ( 0.75 )  ( 0.25 )
37. الكفاءة العظمي لمحرك يحتوي علي الزئبق كمادة عاملة ، درجة حرارة خزانه الساخن تساوي(357 C ) درجة حرارة خزانه البارد تساوي (199.5 C ) تساوي :
 ( 0.25 )  ( 0.33 )  ( 0.75 )  ( 0.67 )
38. الشغل الناتج من محرك كفاءته ( 25 % ) ويمتص كمية من الحرارة قدرها ( 800 J ) يساوي :
 ( 200 J )  ( 600 J)  ( 32 J )  ( 3.125 x 10-2 J )
39. آلة حرارية تمتص كمية من الحرارة قدرها( 1000 J ) وتطرد منها كمية قدرها ( 0.8 kJ ) فإن :
الشغل الميكانيكي الناتج يساوي ( 0.2 k J ) ، ومردود هذه الآلة يساوي ( 0.2 )
الشغل الميكانيكي الناتج يساوي ( 200 J ) ، ومردود هذه الآلة يساوي ( 0.1 )
الشغل الميكانيكي الناتج يساوي ( 0.2 k J ) ، ومردود هذه الآلة يساوي ( 0.1 )
 الشغل الميكانيكي الناتج يساوي ( 200 J ) ، ومردود هذه الآلة يساوي ( 1.25 )


اكتب بين القوسين الاسم أو المصطلح العلمي الذي تدل عليه كلً من العبارات التالية :

1) العلم الذي يدرس التحولات التي تتم بين الحرارة والشغل. (.................... )
2) الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكن تتحول من صورة لأخرى . (.................... )
3) كميات تستخدم لوصف النظام وصفا دقيقا وتحدد حالته . (.................... )
4) التغير الذي يحدث لأي نظام مع الاحتفاظ بدرجة الحرارة للنظام ثابتة . (.................... )
5) التغير الذي يحدث لأي نظام مع الاحتفاظ بحجم النظام ثابتا . (.................... )
6) التغير الذي يحدث لأي نظام بحيث لا يكتسب النظام أو يفقد أي حرارة . (.................... )
7) أداة تستخدم لتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي مفيد. (.................... )
8) مصدر حراري قادر على تزويد الآلة الحرارية بأي كمية من الحرارة دون حدوث تغير ملحوظ في درجة حرارته . (.................... )
9) مصدر حراري قادر على تلقي أي كمية من الحرارة تلقى إليه دون حدوث تغير ملحوظ في درجة حرارته . (.................... )
10) مادة يتم بواسطتها تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي . (.................... )
11) النسبة بين الشغل الذي تنتجه الآلة الحرارية وكمية الحرارة التي تمتصها . (.................... )
12) من المستحيل على آلة حرارية أن تحول الحرارة إلى شغل دون نقل كمية من الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد في نفس الوقت . (.................... )
13) من المستحيل على أي آلة مكتفية بذاتها غير مستعينة بأي عامل خارجي أن تنقل الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد . (.................... )
14) من المستحيل على أي آلة حرارية أن تعطي شغلا خارجيا نتيجة انتقال الحرارة بين مصدرين لهما نفس درجة الحرارة . (.................... )


أكمل العبارات العلمية التالية بما يناسبها :
1. عندما لا يوجد أي تفاعل كيميائي بين عناصر النظام أو بين النظام والوسط المحيط يكون النظام في حالة اتزان ......................
2. عندما لا يوجد قوى غير متزنة تؤثر على عناصر النظام أو بين النظام والوسط المحيط يكون النظام في حالة اتزان ...................
3. عندما لا يوجد اختلاف بين درجة حرارة النظام والوسط المحيط يكون النظام في حالة اتزان ................
4. الكميات المستخدمة لوصف النظام وصفا دقيقا مثل الضغط ودرجة الحرارة تسمى........................
5. نظام ما يمتص ( 5 k J ) من الحرارة ويبذل عليه شغل مقداره (1000 J ) فتكون مقدار الطاقة الداخلية لهذا النظام مساوية ................................... جول .
6. نظام ما يمتص ( 2000 J ) من الحرارة ويبذل شغل مقداره (1000 J ) فتكون مقدار الطاقة الداخلية لهذا النظام مساوية ................................... kJ .
7. نظام ما يمتص ( 200 ) جول من الحرارة تحت حجم ثابت ، فإن قيمة الطاقة الداخلية لهذا النظام تساوي .......................جول .
8. الشغل الذي يبذله غاز محصور داخل اسطوانة لكي يتمدد حجمه من ( 0.3 m3 ) إلى ( 1.3 m3 )تحت ضغط ثابت قدره ( 2 × 10 5 Pa ) يساوي ........................... J
9. إذا بذل شغل قدره (200 J ) لزيادة حجم كمية من غاز موضوع تحت ضغط ثابت قدره ( ( 2 × 10 5 Pa فإن مقدار التغير في حجم الغاز يساوي ....................لتر .
10. التغير الأديباتيكي هو التغير الذي ..................أو ......................حرارة .
11. خلال التغير الأديباتيكي تكون Q = .................. ، ΔU = ............................
12. غاز يبذل شغل مقداره (50 J ) عند تمدده أديباتيكيا" ، فإن ذلك يؤدي إلى ...........طاقته بمقدار ........J
13. غاز يبذل عليه شغل مقداره (1200 J ) أثناء انضغاطه أديباتيكيا ، فإن ذلك يؤدي إلى .............درجة حرارته .
14. التغير الأيزوثيرمي هو التغير الذي يتم مع ..................................................
15. يسمى التغير الأيزوثيرمي بالتغير ثابت .....................................
16. في التغير الأيزوثيرمي تكون ΔU = ............................، Q =...................
17. خلال التمدد الحر تكون قيمة W = ........................... ، قيمة ΔU = ............................
18. الطاقة الداخلية خلال التمدد الحر ..................................................
19. الآلة التي تحول الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي تسمى ...............................................
20. تعمل آلة الجازولين على أساس دورة مثالية تسمى دورة ....................... وهي تتكون من ......... أشواط تتكرر بصفة دورية .
21. المادة العاملة هي التي يتم بواسطتها تحويل ....................إلى ........................
22. المادة العاملة في الآلات البخارية هي ........................ وفي آلات الاحتراق الداخلي ...............
23. خلال شوط الامتصاص في آلة الجازولين يكون صمام الوقود ................ وصمام العادم..............
24. خلال شوط الانضغاط في آلة الجازولين يتحرك المكبس داخل الأسطوانة نحو ...................... وينتج عن ذلك ارتفاع في .................. و........................ داخل غرفة الاحتراق .
25. في آلة الجازولين أثناء شوط الاشتعال والتمدد تحدث .............................بين قطبي شمعة الاشتعال .
26. في آلة الجازولين خلال شوط .................. يفتح صمام العادم ويرتفع المكبس للأعلى ويطرد نواتج الاحتراق .
27. تقوم أجهزة التبريد بامتصاص كمية من الحرارة من خزان حراري .............. وطرد كمية من الحرارة إلى خزان حراري ...........................
28. المادة العاملة في أجهزة التبريد هي غاز ...................
29. تسمى النسبة بين الشغل الميكانيكي الناتج وكمية الحرارة المعطاه بـ ...........................
30. آلة حرارية كفاءتها ( 40 % ) ، فإذا امتصت كمية من الحرارة مقدارها ( 500J ) فإن الشغل الناتج منها يساوي ...................
31. المحرك الذي يعمل بين درجتي الحرارة ( 37OC ) و ( 137OC ) تكون كفاءته العظمى مساوية............
32. آلة حرارية تمتص كمية من الحرارة مقدارها ( 1200J ) وتطرد منها كمية قدرها( (200J فيكون الشغل الناتج = ................................ ومردود الآلة = .................................................


ا ) علل لما يلى تعليلا علميا صحيحا :

1 ) الشغل المبذول يساوي ( صفر ) عندما يتم التغير تحت حجم ثابت
2 ) التغير في الطاقة الداخلية للنظام تساوي ( صفر ) عندما يتم التغير عند درجة حرارة ثابتة
3 ) التغير ثابت درجة الحرارة ( التغير الأيزوثيرمي ) يجب أن يتم ببطء شديد
2 ) التغير ثابت كمية الحرارة ( التغير الأديباتيكي ) يجب أن يتم بسرعة أو فجأة
3 ) في التغير ثابت كمية الحرارة ( التغير الأديباتيكي ) عندما نضغط الغاز ، فإنه ينكمش وترتفع درجة حرارته
4 ) عند تمدد غاز موجود داخل اسطوانة معزولة عزلا حراريا جيدا ، فإن درجة حرارة النظام تقل
5 ) الطاقة الداخلية خلال التمدد الحر لا تتغير
6 ) تسمي آلة الجازولين بالآلة ذات الأربعة آشواط
7 ) يستخدم غاز الفريون كمادة عاملة داخل أجهزة التبريد


حل المسائل التالية :
1 ) اوجد التغير في الطاقة في الطاقة الداخلية للنظام في كل من الحالات التالية :
ا – نظام ما يمتص ( 4 kJ ) من الحرارة ويبذل في نفس الوقت ( 700 J ) في شغل خارجي
ب – نظام ما يمتص ( 1200 J ) من الحرارة ويبذل عليه شغل قدره ( 700 J ) في آن واحد
جـ – نظام ما يمتص ( 6 kJ ) من الحرارة ويبذل في نفس الوقت ( 0.8 kJ ) في شغل خارجي
د – نظام ما يمتص ( 2200 J ) من الحرارة ويبذل عليه شغل قدره ( 1.4 k J ) في آن واحد
هـ – نظام ما يمتص ( 400 J ) من الحرارة تحت حجم ثابت
و - نظام ما يمتص ( 2 kJ ) من الحرارة تحت حجم ثابت
2 ) احسب الشغل الخارجي الذي يبذله غاز لكي يتمدد حجمه من ( 5 ) لتر إلي ( 25 ) لتر تحت ضغط ثابت قدره ( 3 x 105 Pa )

3 ) احسب الشغل الخارجي الذي يبذله غاز لكي يزداد حجمه من ( 10 m3 ) إلي ( 20 m3 ) تحت ضغط ثابت قدره ( 2 x 104 Pa )

4 ) كمية معينة من غاز حجمها ( 4 m3 ) موضوعة في اسطوانة بها مكبس محكم حر الحركة أعطيت كمية من الطاقة الحرارية فولدت شغلا قدره ( 4 x 105 J ) ، تحت ضغط ثابت عند ( 5 x 104 Pa ) ، فاحسب حجمها النهائي

5 ) احسب الكفاءة العظمي لآلة حرارية تعمل بين درجتي حرارة ( 237 C ) ، ( 27 C )

6 ) احسب الشغل الناتج عن محرك مردوده ( % 30 ) إذا امتص كمية من الحرارة قدرها ( 600 J )

7 ) محرك يمتص كمية من الحرارة قدرها ( 500 J ) ويطرد منها ( 400 J ) احسب مردود هذا المحرك

8 ) آلة حرارية درجة حرارة خزانها الساخن (C 287 ) ، ودرجة حرارة خزانها البارد (C 87 ) ، احسب الكفاءة العظمي لهذه الآلة

9 ) احسب المردود الأعظم لآلة حرارية تعمل بين درجتي (100 °C ) ، ( 0 °C ) وإذا أعطيت هذه الآلة
كمية من الحرارة تعادل ( 4000 J ) ، فما مقدار الشغل الذي تنتجه هذه الآلة ؟ وكم تكون كمية الحرارة المطرودة إلي الخزان الحراري البارد ؟

10) إذا كانت درجة حرارة الخزان الحراري الساخن في آلة حرارية هي (127 °C ) ، وكانت تستهلك في كل دورة (1000 J ) يلقى منها ( 750 J ) في الخزان البارد فكم تكون درجة حرارة هذا الخزان ؟

11 ) آلة حرارية درجة حرارة خزانها البارد ( 7 °C ) و مرودها الأعظم ( 0.23) احسب درجة حرارة خزانها الساخن

12 ) آلة حرارية درجة حرارة خزانها الساخن ( 100 °C ) ودرجة حرارة خزانها البارد ( 13 °C ) ، احسب :
ا – المردود الأعظم لهذه الآلة
ب – مقدار الشغل الذي تنتجه هذه الآلة عندما تلقى كمية من الحرارة مقدارها ( 8000 J )
جـ – كمية الحرارة المطرودة إلى الخزان البارد في هذه الحالة

13 ) آلة حرارية مردودها الأعظم ( 0.2 ) ودرجة حرارة خزانها البارد (27 °C ) احسب :
ا – درجة حرارة خزانها الساخن
ب – مقدار الشغل الذي تنتجه عندما تكتسب كمية من الحرارة مقدارها (5000 J )
جـ – كمية الحرارة الملقاة في الخزان البارد

14 ) كمية من غاز حجمها (0.01 m3 ) تحت ضغط ( 1 x 105 Pa ) اكتسب كمية من الحرارة حتى اصبح حجمها
( 0.012 m3 ) مع بقاء ضغطها ثابت ، احسب الشغل الذي يبذله الغاز

15 ) كمية من غاز تشغل حجما قدره (20 ) لتر اكتسبت كمية من الحرارة فازداد حجمها إلى (300 ) لتر مع بقاء درجة حرارتها ثابتة ، احسب كمية الحرارة المكتسبة إذا كان الضغط الواقع عليها يساوي ( 2 x 104 Pa )

16 ) قارن بين المردود الأعظم للآلتين حراريتين إذا كان درجة حرارة الخزان الساخن لآلة الأولى (100 °C ) ودرجة حرارة الخزان الساخن للآلة الثانية (300 °C ) علما بأن درجة حرارة الخزان البارد واحدة للآلتين
و تساوى (20 °C )

17 ) آلة حرارية قابلة للعكس درجة حرارة خزانها الساخن (100 °C ) و درجة حرارة خزانها البارد (20 °C )
امتصت حرارة قدرها ( 4000 J ) ، احسب كمية الحرارة الملقاة في الخزان الحراري البارد[/align]