8-7 تطبيقات
عند سحب كمية كبيرة من الغاز المعبأ في قناني الغاز المستعمل في المطابخ تلاحظ انجماد كمية من بخار الماء في الجو متجمعا على عنق القنينة بسبب التبريد الحاصل في هذه المنطقة نتيجة للتبخر السريع للغاز المسال وعلى هذا المبدأ تعمل أجهزة التبريد المنزلية وغيرها , ومن هذه الاجهزة :a - الثلاجة الكهربائية :
يقوم عمل الثلاجة الكهربائية على مبدأ تحويل الغاز ( وهو غاز الفريون عادة ) إلى سائل إذ يكبس الغاز في أنابيب ضيقة بوساطة ضاغطة ( كومبريسر ) فيتحول الغاز الى سائل يعطي حرارة إلى هذه المنطقة فيجعلها ساخنة , ( ومنطقة الأنابيب ضيقة هذه موجودة بظهر الثلاجة والتي تشع الحرارة إلى المحيط ) , ويندفع هذا السائل في الأنابيب حتى يصل إلى قسم التجميد في أعلى الثلاجه . وهناك يمر في أنابيب (ملفوفة حول قسم التجميد) وهي أوسع من سابقتها , فيقل الضغط على السائل حيت تتاح له فرصة التمدد الفجائي مسببا تبخره السريع وعملية التبخر هذه تحتاج إلى كمية من الحرارة تؤخذ من قسم التجميد فتعمل على تبريد المنطقة وبالتالي تبريد المواد في داخلها بمرور الزمن. الشكل ( 7-24 ).
b - اجهزة التبريد الحديثة :
على وفق المبدأ الذي تعمل به الثلاجة يقوم عمل أجهزة التبريد الحديثة في السيارات والبيوت إذ يدفع الهواء البارد ليمر فوق الأنابيب التي يتحول فيها سائل الفريون إلى غاز فيبرد الهواء بدوره ويندفع إلى داخل السيارة أو الغرفة في البيت أما الجزء الساخن الذي يتحول في الغاز إلى سائل فيوضع في الجهة الخارجية من الجهاز معرضا للهواء الجوي الذي يعمل على تبريده من جديد . الشكل ( 7-25 ).
c - المشع الحراري في السيارة :
يتم تبريد الجزء المشع للحرارة في السيارة بصب الماء فوق الأنابيب المشعة
وعند تبخير هذا الماء بسرعة بفعل تيارات الهواء القوية التي تواجه المشع في
أثناء حركة السيارة فإن هذا التبخير يعمل على تكثيف البخار داخل أنابيب
المشع وخفض درجة حرارة الماء الساخن الذي يعود ليعمل على تبريد محرك
السيارة وبذلك نحميها من أضرار الحرارة العالية . لاحظ الشكل ( 7-26 )
7-7 الحرارة الكامنة للتبخر - latent heat of vaporization
لكي يتحول السائل إلى بخار في نقطة غليانه فانه يحتاج إلى كمية من الحرارة يمتصها وتبقى كامنة ( مخزونة) في البخار من غير أن تتسبب في رفع درجة حرارته وعند سحب هذه الحرارة من البخار يعود الى سائل . لاحظ الشكل ( 7-23 )
ولقد وجد عمليا بأن الكيلوغرام الواحد من الماء الذي بدرجة 100C يحتاج إلى كمية من الحرارة تعادل 2260kJ ليتحول بخار بالدرجة نفسها وهذه الكمية تسمى الحرارة الكامنة لتبخر الماء النقي .
فالحرارة الكامنة للتبخر : هي كمية الحرارة اللازمة لتبخير كيلوغرام واحد من المادة السائلة بدرجة غليانها الطبيعية.
فالحرارة الكامنة للتبخر : هي كمية الحرارة اللازمة لتبخير كيلوغرام واحد من المادة السائلة بدرجة غليانها الطبيعية.
فالحرارة الكامنة لتبخير الماء بدرجة 2260k J /kg=100°C
6-7 التسامي - Sublimation
نشم احيانا رائحة لبعض المواد الصلبة ناتجة عن تحولها إلى الحالة الغازية مباشرة من غير أن تمر بالحالة السائلة .
من امثلة هذه المواد الفينولفثالين والكافور والمسك والعنبر والبخور وبعض المعطرات المستعملة في الحمامات والسيارات الى جانب الجليد .
فالتسامي هو تحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة الغازية دون المرور بحالة السيولة.
نشاط 6 : تأثير الضغط على نقطة غليان الماء
أدوات النشاط : وعاء صغير فيه ماء بارد , مفرغة هواء وقاعدتها , ناقوس زجاجي , محرار .
الخطوات :
- نضع الوعاء الذي يحوي الماء على قاعدة مفرغة الهواء .
- نغمر بصلة المحرار فيه ونقلب فوهة الناقوس الزجاجي بعد إحكام غلقه كما في الشكل ( 7-21 ).
- نشغل المفرغة فنقوم بتفريغ الهواء من الناقوس تدريجيا وببطء , وعند حد معين من التفريغ نلاحظ أن الماء يبدأ بالغليان وهو بارد كما تشير إلى ذلك قراءة المحرار المغمور بالماء .
وينجمد الماء بعد مدة من الزمن لو استمرينا فتفريغ الهواء من الناقوس أكثر فأكثر .
وتستثمر هذه الطريقة في عملية صناعة الدبس ومعجون الطماطم يوضع العصير في وعاء مفرغ من الهواء لتقليل الضغط المسلط عليه مما يؤدي على خفض درجة غليانه الطبيعية فيحصل تبخر سريع يؤدي إلى زيادة تركيزه بدرجة حرارية أقل مما كانت عليه في حالة الضغط الجوي الاعتيادي وبذلك نحافظ على مكوناته وتركيبه العضوي. وهذا يحصل أيضا في عملية تجفيف الحليب . وعلى العكس مما ذكرناه سابقا فان زيادة الضغط على سطح السائل يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانه كما في قدور الضغط .
إن أساس عمل قدور الضغط هو إحكام غلقها ماعدا فتحة صغيرة على الغطاء يوضع فوقها ثقلا متحركا يحدد مقدار الضغط فوق سطح السائل المتبخر وبذلك يعمل على زيادة الضغط إلى حد معين يمكن معه تحديد درجة غليان المحلول في إثناء الطبخ وهي درجة 120C , فيتم الطبخ بصورة جيدة وسريعة , وعند هذا الحد من الضغط فان الفتحة المغطاة بالثقل تسمح باخراج البخار الزائد ليثبت الضغط فوق المحلول في القدر وبذلك تثبت درجة حرارته . الشكل ( 7-22 ) .
ويجب الانتباه الى ضرورة تبرد القدر بما فيه قبل فتح غطاءه وذلك بصب الماء البارد فوقه أو تركه مدة زمنية مناسبة ليبرد .
إذا زيادة الضغط على سطح الماء يؤدي إلى ارتفاع نقطة غليانه عن نقطة الغليان الطبيعية .
نشاط 5 : نقطة غليان الماء
أدوات النشاط : وعاء زجاجي , ماء , محرار زئبقي , مصدر حرارة .
الخطوات :
- نضع الماء في الوعاء الزجاجي ثم نضعه على لهب المصدر الحراري كما موضح في الشكل فيبدأ الماء بالسخونة . وتتكون فقاعات هوائية داخل الماء ترتفع وتنفجر مع استمرارية التسخين .
- بعد مدة من الزمن حيث تثبت درجة حرارة الماء ( تثبت قراءة المحرار ) يحصل تبخر سريع في الماء يشمل جميع أجزاءه ويكون هذا مصحوبا بانفجارات لفقاعات بخارية كثيرة على سطحه . الشكل ( 7-20 )
- نعرض المحرار للبخار عند سطح السائل نلاحظ أن الدرجة الحرارية التي يشير اليها المحرار 100C تبقى إلى أن يتبخر جميع الماء .
إن هذه الحالة تسمى الغليان فالماء يبدأ بالغليان بدرجة 100C
تأتير تغيرات الضغط في درجة الغليان :
لتغير الضغط تأثير على درجة الغليان الطبيعية (نقطة الغليان) للسائل فعند انخفاض الضغط المسلط على سطح الماء يؤدي إلى خفض درجة غليانه عن نقطة غليانه الطبيعية .
الغليان - Boiling
يحدث التبخر عادة عند سطح السائل ويمكن كذلك أن يحدث تحت سطح السائل فيكون ذلك مصحوبا بأزيز وفوران وفقاعات مملوءة ببخار الماء ترتفع إلى السطح لتنفجر هناك . الشكل ( 7-19 )
ويحدث الغليان عند نقطة معينة من كل سائل تسمى نقطة الغليان الطبيعية للسائل . فالغليان هو عملية تحول السائل إلى بخار عند نقطة غليانه الطبيعية .
نشاط 4 : التبخر عملية تبريد
ضع على يدك بضع قطرات من سائل الكولونيا ( عطر ) ستشعر بعد برهة من الزمن برودة يدك وهذا يدل أن السائل تبخر نتيجة اكتسابه الحرارة اللازمة لتبخرة من اليد .
كما ان عمل المبردة الهوائية الاعتيادية يعتمد على أساس مرور الهواء على نشارة الخشب المبللة حيث يمتص الناء الحرارة اللازمة لتبخره من نشارة الخشب المبللة فيبرد المار خلال النشارة ويصل إلينا باردا .
ونستنتج من ذلك أن التبخر عملية تبريد .
التكاثف : Condensation
إذا اخذنا كمية حرارة من بخار فإن سرعة جزيئاته ستقل فتتقارب هذه الجزيئات من بعضها فتزداد القوى الجزيئية وتصبح مشابهة لما هو عليه في السائل وفي هذه الحالة نقول أن البخار قد تكثف أي تحول إلى سائل .
إن تحول بخار من حالته الغازية إلى حالته السائلة يسمى التكاثف .
وعلملية التكاثف عكس عملية التبخير .
فبخار أية مادة عندما يتكاثف يعطي حرارة إلى المحيط فالغيوم ( وهي بخار ماء في اعالي الجو ) بعد تكاثفها وتحولها إلى قطرات ماء متساقط ( مطر ) تجعل الجو إكثر دفئا وبخار الماء إذا ما أخذت منه كمية من الحرارة فإنه سيتكاثف ويكون واضحا في الشتاء عندما تتجمع قطرات الماء على السطح الداخلي لزجاج الغرف الدافئة المطلة على الفضاء الخارجي البارد .
حيث يحتوي هواء الغرفة على كميات من بخار الماء , الشكل ( 7-17 )
أو عند تكون قطرات ماء على الجدران الخارجية لزجاجة المياه الغازية الباردة لاحظ الشكل ( 7-18 )
نشاط 3 : الكحول اسرع تبخرا من الماء
أدوات النشاط : إناءان متماثللان , ماء , كحول.
الخطوات :
- نضع في أحد الإناءين كمية من الماء وفي الإناء الاخر نضع الكمية نفسها من الكحول .
- نتركها معرضين للجو مدة زمنية واحدة نجد أن النفص الحاصل في كمية الكحول أكثر مما في الماء . انظر الشكل ( 7-14 )
وهذا يدل على ان الكحول أسرع تبخرا من الماء .
واذا تعرض سطح السائل إلى تيارات هوائية سريعة فان ذلك يعمل على زيادة سرعة التبخر. انظر الشكل ( 7-15 )
في الايام التي تزداد فيها الرطوبة في الجو تقل سرعة عملية التبخر فالملابس التي تنشر في يوم رطب يتأخر جفافها كثيرا .
لكي يتحول السائل إلى بخار فأنه يحتاج إلى حرارة يمتصها من محيطه مما يؤدي إلى خفض درجة حرارة المحيط .
4-7 التبخر والتكاثف - Evaporation and Condensation
التبخر : Evaporation
إذا وضعنا سائلا في إناء واسع ومكشوف فإن بعض جزيئات السائل سوف تهر من سطحه بمرور الزمن , فتقل كميته في الإناء . وهذه الحالة تسمى تبخيرا , فالتبخر هو تحول المادة من حالتها السائلة الى حالتها البخارية أو الغازية . ويتم ذلك بتأثير الحرارة عادة ويحصل عند سطح السائل وفي جميع درجات الحرارة .
وتفسر عملية التبخر هو ان المادة السائلة عند اعطائها حرارة فأن ذلك يؤدي الى زيادة سرعة جزيئاتها أكثر فتزداد المسافات بين الجزيئات وتصبح مقاربة للمسافات بين جزيئات المادة الغازية فتتحول إلى بخار. وسيحصل العكس عند خفض درجة حرارة البخار .
فالملابس البللة تجف عند تعرضعا لأشعة الشمس أسرع مما لو كانت في منطقة الظل بسبب ازدياد سرعة التبخر عند ارتفاع درجة الحرارة انظر الشكل ( 7-12 )
3-7 الحرارة الكامنة للإنصهار - latent heat of fusion
لكي يتحول الصلب إلى سائل في درجة الانصهار نفسها فإنه يحتاج الى كمية من الحرارة يمتصها وتبقى كامنة (مخزونة ) في المادة السائلة من غير ان تسبب رفع درجة حرارتها وعند فقدان هذه الحرارة من السائل يعود السائل إلى حالته الصلبة .
وقد وجد عمليا ان الكيلو غرام الواحد من الثلج الذي بدرجة الصفر السيليزي يحتاج الى كمية من الحرارة تعادل 336kJ ليتحول إلى ماء في درجة الحرارة نفسها .
فالحرارة الكامنة لانصهار المادة : هي كمية الحرارة التي يحتاجها الكيلو غرام الواحد التي يحتاجها الكيلو غرام الواحد من المادة الصلبة لتتحول إلى سائل بدرجة انصهار المادة نفسها .
فالحرارة الكامنة لانصهار الثلج بدرحة الصفر السليزي تساوي 336kJ/kg
نشاط 2 : يزداد حجم الماء عند الانجماد
أدوات النشاط : وعاء زجاجي . ماء , ميزان رقمي .
الخطوات :
- نضع كمية من الماء في الوعاء الزجاجي ثم نزنه بالميزان الرقمي ونسجل كتلته . شكل ( a-5-7 ) .
- نضعة في قسم التجميد في الثلاجة .
- نتركه مدة من الزمن ألى أن يتم تجميد الماء أي يتحول ألى ثلج .
- نقيس كتلة الوعاء مع الماء المتجمد فيه . شكل ( b-5-7 ) .
ماذا تلاحظ … ؟
نلاحظ ان حجم الماء المتجمد أكبر من حجم الماء قبل التجميد , في حين أن الكتلة في الحالتين تبقى ثابتة .
نستنتج من ذلك أن الثلج الذي درجة انصهاره تساوي درجة انجماده يكبر حجمه عند الانجماد ( تقل كثافته ) لهذا يطفو الثلج فوق سطح الماء . لاحظ الشكل ( 7-6 ) .
إن زيادة الضغط على الثلج يؤدي إلى خفض درجة انجماده , لاحظ الشكل ( 7-7 ) .
فالضغط الكبير الذي تسلطه الحافة الحادة في أسفل حذاء المتزلج على الجليد تعمل على انصهار الجليد في منطقة الضغط فتتولد طبقة من الماء تحت الحافة الحادة للحذاء مما يساعد على التزلج فوق الجليد , ويعود هذا الماء ألى التجميد بعد مرور المتزلج ( بعد زوال الضغط هذا) .
قد تنفجر أحيانا أنابيب الماء المعرضة للهواء البارد شتاء بسبب تجمد الماء داخل الانابيب وزيادة حجمه بعد الانجماد . لاحظ الشكل ( 7-8 ) .
تغيرات درجة حرارة انجماد السوائل إذا اضيف لها شوائب معينة
عند ذوبان
السكر أو الملح في الماء فإن درجة إنجماد المحلول سوف تنخفض وبذلك يمكن
الحصول على محلول مشبع بدرجة حرارة منخفضة عند مزج الثلج بالملح فإن قسما
من الثلج ينصهر اخذا حرارة الانصهار من المحلول إلى أن تصل درجة الحرارة
إلى حالة التوازن عند درجة 20C - في حالة استعمال ملح الطعام .
نشاط 1 : قياس درجة انصهار الثلج
أدوات النشاط : جريش ثلج , أناء زجاجي , مصدر حراري , محرار.
الخطوات :
- نأخذ جريش الثلج ونضعه في إناء زجاجي لاحظ الشكل ( 7-4 )
- نضع بصلة المحرار داخل الجريش , فنلاحظ بعد مدة من الزمن أن قراءة المحرار تشير الى الصفر السيليزي. وتبقى ثابتة عند هذه القراءة إلى أن يتم انصهار جميع الثلج.
إن درجة الحرارة هذه تسمى درجة انصهار الثلج ( نقطة انصهار الثلج ) وهي درجة انجماد نفسها ومقدارها 0C عند الضغط الجوي الاعتيادي لاحظ الشكل ( 7-4 )
يستفاد من ثبوت درجة انصهار المواد في الكشف عن نوعها .
من أمثلة هذه المواد الحديد النحاس والرصاص . فلكل مادة من هذا النوع درجة انصهار خاصة بها .
2-7 الانصهار والانجماد
الانصهار : Meltingإذا وضعنا مجموعة من قطع الثلج في إناء زجاجي وتركناه في الجو نلاحظ بعد مدة من الزمن قد تحول قسما من الجليد الى ماء وبالتدريج ويتضح ذلك اكثر في المكان الدافئ , فالانصهار تحول المادة من حالتها الصلبة إلى حالتها السائلة بالتسخين.
أن تفسير انصهار المواد الصلبة هو حصول زياد في سرعة اهتزاز جزيئاتها اذ تصبح المسافات والقوى بينها مقاربة للسافات والقوى بين جزيئات المادة السائلة وذلك عند اكتسابها حرارة .
الإنجماد : Freezing
إذا وضعنا وضعنا في جزء التجميد من الثلاجة إناء المنيوم فيه ماء وتركناه مدة كافية من الزمن نلاحظ أن الماء قد تحول إلى ثلج , وعملية التحول هذه تسمى انجمادا .
فالانجماد هو تحول المادة من حالتها السائلة ألى حالتها الصلبة بالتبريد.
الذي يحصل في حالة الانجماد هو انحفاض سعة اهتزاز جزيئات السائل يؤدي إلى تقليل المسافات البينيو بينها الى أن تصبح مشابهة للمسافات بين الجزيئات في الحالة الصلبة فتتحول إلى الحالة الصلبة بعد أخذ حرارة منها .
فعملية الإنجماد إذا هي معاكسة لعملية الإنصهار فعند سقوط الوفر أو البرد فإن ذلك يؤدي الى ارتفاع في درجة حرارة الجو لأةن هذا التحول يعطي حرارة للمحيط فيشعرنا بالدفء.
الذي يحصل في حالة الانجماد هو انحفاض سعة اهتزاز جزيئات السائل يؤدي إلى تقليل المسافات البينيو بينها الى أن تصبح مشابهة للمسافات بين الجزيئات في الحالة الصلبة فتتحول إلى الحالة الصلبة بعد أخذ حرارة منها .
فعملية الإنجماد إذا هي معاكسة لعملية الإنصهار فعند سقوط الوفر أو البرد فإن ذلك يؤدي الى ارتفاع في درجة حرارة الجو لأةن هذا التحول يعطي حرارة للمحيط فيشعرنا بالدفء.
1-7 مقدمة
حالات المادة هي الصلبة والسائلة والغازية وحالة البلازمة. تتميز المادة في حالتها الصلبة بأن القوى الجزيئبة فيها كبيرة جدا والمسافات البينية صغيرة جدا لذا يكون لها حجم ثابت وشكل معين وقابلية انكباسها صغيرة جدا يمكن اهمالها .
اما المادة في حالتها السائلة فإن القوى الجزيئية فيها اقل مما هي عليه في الحالة الصلبة والمسافات البينية اكبر مما هي في الحالة الصلبة لذا فأن المادة السائلة تمتلك حجما ثابتا وشكلا متغيرا ولها سطح حر متميز وقابلية انكباس صغيرة.
بينما تتميز المادة في الحالة الغازية بأن القوى الجزيئية فيها ضعيفة جدا والمسافات البينية كبيرة نسبيا لذا فأن شكلها غير ثابت وحجمها غير ثابت وتمتلك قابلية عالية على الانكباس.
ويقصد بتغير الحالة تحول المادة من حالة ألى أخرى.
الاشتراك في:
الرسائل (Atom)