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.