الكميات الفيزيائية - Physical Quantities

اسئلــة الفصـل السابـــع

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 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 .