السعة الحرارية والحرارة الكامنة: انتقال الحرارة – العلوم الفيزيائية — السنة الثالثة ثانوي (شعبة علوم تجريبية) — المنهاج الجزائري

السعة الحرارية والحرارة الكامنة: انتقال الحرارة

الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة تنتقل بين الأجسام بسبب اختلاف درجات الحرارة. عند تسخين مادة ما، يمكن أن ترتفع درجة حرارتها (طاقة محسوسة) أو أن تتغير حالتها الفيزيائية (طاقة كامنة). فهم هذه المفاهيم أساسي في الفيزياء الحرارية والهندسة.

السعة الحرارية (Heat Capacity)

السعة الحرارية لجسم هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارته درجة مئوية واحدة (1°C أو 1K).
C = Q / ΔT
حيث C السعة الحرارية (J/°C)، Q كمية الحرارة (J)، ΔT التغير في درجة الحرارة (K أو °C).

الحرارة النوعية (Specific Heat Capacity)

هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كغ من المادة درجة مئوية واحدة.
c = Q / (m × ΔT)
حيث c الحرارة النوعية (J/kg·K)، m الكتلة (kg).
مثال: الحرارة النوعية للماء 4186 J/kg·K، أي نحتاج 4186 جول لرفع درجة حرارة 1 كغ من الماء درجة واحدة مئوية.

مبدأ حفظ الطاقة الحرارية

عند تبادل الحرارة بين جسمين ضمن نظام معزول، فإن الحرارة المفقودة من الجسم الساخن تساوي الحرارة المكتسبة من الجسم البارد:
Q₁ + Q₂ = 0
أي m₁c₁(T_f – T₁) + m₂c₂(T_f – T₂) = 0

الحرارة الكامنة (Latent Heat)

هي كمية الحرارة اللازمة لتغيير حالة المادة دون تغير درجة حرارتها.
Q = m × L
حيث L الحرارة الكامنة (J/kg).
الحرارة الكامنة للانصهار (L_f): الحرارة اللازمة لتحويل 1 كغ من المادة من صلب إلى سائل (أو العكس). للجليد: 334,000 J/kg.
الحرارة الكامنة للتبخر (L_v): الحرارة اللازمة لتحويل 1 كغ من المادة من سائل إلى بخار (أو العكس). للماء: 2,260,000 J/kg.

مثال تطبيقي

كم حرارة نحتاج لتحويل 2 كغ من الجليد عند -10°C إلى ماء عند 20°C؟
1. تسخين الجليد: Q₁ = m × c_ice × ΔT = 2 × 2100 × (0-(-10)) = 42,000 J.
2. انصهار الجليد: Q₂ = m × L_f = 2 × 334,000 = 668,000 J.
3. تسخين الماء: Q₃ = m × c_water × ΔT = 2 × 4186 × 20 = 167,440 J.
المجموع: Q = 42,000 + 668,000 + 167,440 = 877,440 جول.

تمارين

1. قطعة نحاس كتلتها 500 غرام تسخن من 25°C إلى 100°C. احسب كمية الحرارة الممتصة (c_nh = 385 J/kg·K).
2. امزج 200 غرام ماء بدرجة 80°C مع 300 غرام ماء بدرجة 20°C. احسب درجة الحرارة النهائية.
3. ما الفرق بين الحرارة المحسوسة والحرارة الكامنة؟
4. احسب كمية الحرارة اللازمة لتحويل 1 كغ من الماء عند 100°C إلى بخار عند نفس الدرجة.

للمزيد من الدروس العلمية، راجع درس البيئة الصحراوية: تكيفات الكائنات الحية، كما يمكنك الاطلاع على التلوث وأنواعه وتأثيره على الصحة والبيئة.