فيلم العزل الحراري في المباني .

القانون الأول في الديناميكا الحرارية ..

القانون الأول: في الديناميكا الحرارية    

             The first law: of thermodynamics

لقد اعتبرت دراسة الحرارة ودرجة الحرارة علماً مستقلاً قبل فهم الارتباط بين

( الطاقة الحرارية وحركة الذرات )

وكان القانون الأول بمثابة صيغة حول

((( ماهية الطاقة الحرارية ؟؟؟وكيفية انتقالها؟؟!! )))

وينص القانون الأول في الديناميكا الحرارية على ...:

لاحظ أن الكميات كلها

مقيسة بوحدلت الطاقة وهي الجول.

_______________________________

تتضمن الديناميكا الحرارية دراسة التغيرات في الخصائص الحرارية للمادة أيضاً . ويعد هذا القانون اعادة صياغة أخرى لقانون حفظ الطاقة ، والذي ينص على ان الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ، انما تتحول من شكل إلى اخر .

فعلى سبيل المثال ..:

تدفئ الشمس الأرض عن طريق الضوء من بعد أكثر من 150 مليون كيلومتر .

ومن الامثلة الاخرى على تغير كمية الطاقه الحرارية في نظام ما ، المضخة اليدوية المستخدمة في نفخ إطار الدراجة الهوائي :

المحركات الحرارية:إن الدفء الذي نشعر بة عندما نفرك يدينا إحداهما بالأخرى هو نتيجة تحول الطاقة الميكانيكية الى طاقه حرارية ، ويحدث التحول من الطاقة اليكانيكية إلى الطاقة الحرارية بسهولة . أما العملية العكسية ، وهي تحول الطاقه الحرارية إلى طاقة ميكانيكية فتكون <<أكثر صعوبة>>. ويعد

 المحرك الحراري أداة ذات قدرة على تحويل الطاقة الحرارية الى طاقة ميكانيكية بصورة مستمرة.

شروط عمله: 
1- وجود مصدرا ذا درجة حرارة مرتفعة لامتصاص الحرارة منه(مستودع ساخن) 
2- وجود مستقبلا ذا درجة حرارة منخفضة يمتص الحرارة  (مستودع بارد)

3- وجود آلة لتحويل الحرارة إلى شغل.

المستودع ( الخزان ) الحراري : 
هو جسم كبير يمكن أن تنتقل الحرارة منه أو إليه ولا يؤدي ذلك إلى تغير درجة حرارتة

___________________________

وكمثال على الآله الحرارية هناك نوعان:

مثال على الآلة الحرارية ( الآلة البخارية )

2- آلة الاحتراق الداخلي  مثال :  محرك الاحتراق الداخلي ( محرك السيارة)

<<ملاحظات:>>

1- لا تتحول جميع الطاقة الحرارية الناتجة عن الاشتعال في محرك السيارة إلى طاقة ميكانيكية.

2-  عند عمل المحرك تسخن الغازات في العادم وأجزاء المحرك وتنتقل للهواء الخارجي ومن المحرك تنتقل الحرارة على المشعاع ومنه للهواء الخارجي

3- تسمى الطاقة المنتقلة إلى خارج محرك المركبة بالحرارة الضائعة (   QL)

-  عندما يعمل المحرك بصورة دائمة فإن الطاقة الداخلية للمحرك لا تتغير

Δ U = Q – W = 0

5-  محصلة الحرارة التي تدخل المحرك هي             L Q -  Q = Q H

وبالتالي يكون الشغل الذي يبذله المحرك هو             W = Q H  -  Q L

6-  في جميع المحركات الحرارية توجد حرارة ضائعة ( مفقودة) ولا يوجد محرك يحول الطاقة كلها إلى شغل أو حركة نافعة

______________________________

                                        المبردات (الثلاجات)..

المبردة : مثالا على الآلة التي تحقق انتقال الحرارة من الجسم الأبرد إلى الأسخن  باستخدام شغل ميكانيكي

آلية العمل:

* تعمل الطاقة الكهربائية على تشغيل محرك فيبذل المحرك شغلا على الغاز فيضغطه

*يعبر الغاز ناقلا الحرارة من داخل المبرد ( الثلاجة) إلى ملفات التكثيف خلف الثلاجة ,حيث يبرد متحولا لسائل وتنتقل الحرارة الناتجة للهواء

*ثم يعود السائل على داخل الثلاجة ,ويتبخر بعد أن يمتص الحرارة من داخل الثلاجة وينتقل للضاغط ومنه للخارج وهكذا .

إذا التغير الكلي في الطاقة الحرارية ((للغاز = صفر,))

لذلك وحسب القانون الأول للديناميكا فإن مجموع الطاقة المأخوذة من محتويات المبردة والشغل المبذول بفعل المحرك يساوي الحرارة المنبعثة.

المضخات الحرارية..

عبارة عن مبرد يعمل في اتجاهين 

تنتزع المضخة في الصيف الحرارة من المنزل ولذا يبرد..

أما في الشتاء فتنتزع الحرارة من الهواء البارد الذي في الخارج وتنقلها إلى داخل المنزل لتدفئة .

االإنتروبي Entropy .

الإنتروبي ...

إبدأ بالتخمين قبل مشاهدة الفيديو...

الحرارة النوعية.

قياس السعة الحرارية النوعية:

المسعر

تعريفه : هو أداة  تستخدم لقياس التغير في الطاقة الحرارية.

ويكون المسعر معزولا تماما.ويستخدم لقياس انتقال الطاقة الحرارية .ويعتمد عمل المسعر على مبدأ حفظ الطاقة في النظام المغلق والمعزول . ونتيجة لذلك , إذا ازدادت طاقة جزء معين من النظام فإن طاقة جزء آخر يجب أن تنقص بالمقدار نفسه . 

حفظ الطاقة :
الطاقة الحرارية في النظام المغلق والمعزول للجسم ( A ) مضافا إليها الطاقة الحرارية للجسم ( B ) تساوي مقدارا ثابتا .

____________

EAB=EA+EB

↕

نظام مكون من نموذجين لقالبين عند درجات حرارة مختلفة , وهما مفصولان في الحالة الإبتدائية ( A ). وعندما يتلامس القالبين فإن الحرارة تتدفق من القالب الساخن إلى القالب الأبرد ( B ) .وتبقى الطاقة الكلية ثابتة.

فيديوعن تغير حالة المادة.

مشاهدة ممتعة...

 5-2تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية

استخدم صانعوا المحرك البخاري في القرن الثامن عشر الحرارة لتحويل الماء الساخن إلى بخار , حيث يدفع البخار المكبس , لتشغيل المحرك ثم يبرد البخار و يتكثف فيصبح سائلا مرة أخرى.

تغير حالة المادة ( change of state) :

إن الحالات الثلاث الأكثر شيوعا للمادة هي : الصلبة , والسائلة , والغازية. حيث تتغير حالة المادة الصلبة إلى السائلة عند رفع درجة حرارتها , وتصبح غازا عند درجات حرارة أعلى

تمثيل بياني للعلاقة بين درجة الحرارة وكمية الحرارة المكتسبة عندما يتحول  1gمن الجليد إلى بخار. لاحظ ان المحور الأفقي منفصل بين النقطتين E,D. إشارة إلى تغير مقياس الرسم  بين النقطتين. ________________________________________ درجة النصهار    تتغير المادة عند هذه الدرجة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة . وتسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا التغير درجة انصهار المادة. تعمل الطاقة الحرارية المكتسبة كلها على التغلب على القوى التي تربط الجزيئات بعضها ببعض في الحالة الصلبة ولكنها لاتؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية للجزيئات. درجة الغليان    عندما تنصهر المادة الصلبة تماما تتلاشى القوى التي تثبت الجزيئات في الحالة الصلبة , ويؤدي اكتساب المادة للمزيد من الطاقة الحرارية إلى زيادة طاقة حركة الجزيئات , وارتفاع درجة حرارة السائل. وعند درجة حرارة محددة – تعرف بدرجة الغليان – تؤدي أي زيادة في الطاقة الحرارية إلى تغير حالة المادة إلى حالة أخرى. وكل الطاقة الحرارية المكتسبة تغير حالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. الحرارة الكامنة للانصهار Hf  تسمى كمية الطاقة الحرارية اللازمة لانصهار 1kg من مادة ما بالحرارة الكامنة للانصهار لهذه المادة. على سبيل المثال عندما يتحول جزيئا للماء من حالة السيولة إلى بخار فإن سطح الماء يفقد شيئا من الحرارة وتنخفض درجة حرارة الماء. ذلك لأنه تلزم طاقة للتغلب على القوى الرابطة بين الجزيئات في الوسط السائل، بحيث يتحرر الجزيئ ويغادر سطع الماء. وعند تكثف جزيئ الماء وعودته وارتباطه بالماء ثانيا، فإنا يطلق تلك الحرارة ويعيدها إلى الماء، تلك الحرارة التي اكتسبها من قبل عندما تحول إلى بخار. الحرارة الكامنة للتبخر Hv  يغلي الماء عند درجة حرارة  373kعند الضغط الجوي العادي.وتسمى كمية الطاقة الحرارية اللازمة لتبخير 1kg من السائل بالحرارة الكامنة للتبخر. ولكل مادة حرارة كامنة للتبخر خاصة بها.  ______________________________ لاحظ ان الميل في الصورة السابقة في حالة الماء اقل من ميله في حالتي الجليد والبخار وهذا عائد ان للماء سعة حرارية نوعية أكبر مما للجليد والبخار.ويعبر عن كمية الحرارة Q اللازمة لصهر كتلة m  من المادة الصلبة بالمعادلة الآتية : كمية الحرارة اللازمة لصهر الكتلة الصلبة          Q=mHf كمية الحرارة اللازمة لصهر كتلة ما تساوي مقدار تلك الكتلة , مضروبة في الحرارة الكامنة لانصهار مادتها. كما يعبر عن كمية الحرارة Q اللازمة لتبخير m   من السائل بالمعادلة الآتية : كمية الحرارة اللازمة لتبخير السائل                          Q=mHv كمية الحرارة اللازمة لتبخير سائل ما تساوي كتلة السائل , مضروبة في الحرارة الكامنة لتبخير مادته. وعندما يتجمد السائل فإنه يفقد كمية من حرارته تساوي Q=-mHf وهي الطاقة التي يفقدها ليتحول الى الحالة الصلبة. وتشير الإشارة السالبة الى ان الحرارة تنتقل من المادة الى المحيط الخارجي . وبالطريقة نفسها عندما يتكثف بخار إلى سائل فإنه يفقد كمية من الحرارة Q=-mHv  ويبين الجدول الآتي بعض قيم الحرارة الكامنة للانصهار والحرارة الكامنة للتبخر لبعض المواد.