أسئلة: الطاقة الداخلية ودرجة الحرارة

الإجابة الصحيحة: الطاقة الداخلية

الطاقة الداخلية للمادة تتكون من مجموع طاقتي الحركة والوضع لجسيماتها.

الإجابة الصحيحة: مقياس لمتوسط طاقة حركة الجسيمات ولا تعتمد على كمية المادة

درجة الحرارة تقيس متوسط طاقة الحركة للجسيم الواحد ولا تتأثر بكمية المادة.

الإجابة الصحيحة: الطاقة الداخلية للبركة أكبر لأن عدد الجسيمات فيها أكبر

تعتمد الطاقة الداخلية على كمية المادة (عدد الجسيمات والكتلة) بجانب درجة الحرارة.

الإجابة الصحيحة: جول/(كجم·°م)

تقاس الحرارة النوعية بوحدة جول/(كجم·°م) أو J/(kg·°C).

الإجابة الصحيحة: كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد منها درجة مئوية واحدة

هذا هو التعريف العلمي الدقيق للحرارة النوعية للمادة.

الإجابة الصحيحة: $Q = m \times c \times \Delta T$

تُحسب كمية الحرارة بضرب الكتلة في الحرارة النوعية في التغير في درجة الحرارة.

الإجابة الصحيحة: ارتفاع الحرارة النوعية للماء مما يجعله يخزن كميات هائلة من الحرارة

الحرارة النوعية العالية للماء تجعله يعمل كخزان حراري يعدّل من درجات الحرارة.

الإجابة الصحيحة: طاقة الحركة (الحرارية)

طاقة الحركة الناتجة عن حركة واهتزاز الجسيمات هي المكون الأول للطاقة الداخلية.

الإجابة الصحيحة: تزداد

تزداد طاقة الوضع عند تغير حالة المادة إلى حالة أقل ترابطًا حتى مع ثبات درجة الحرارة.

الإجابة الصحيحة: 420000 جول

$Q = 2 \times 4200 \times 50 = 420000$ جول.

الإجابة الصحيحة: 450 J/(kg·°C)

$c = \frac{4500}{0.5 \times 20} = \frac{4500}{10} = 450$ J/(kg·°C).

الإجابة الصحيحة: التغير في درجة الحرارة (النهائية ناقص الابتدائية)

$\Delta T$ هو الفرق بين درجة الحرارة النهائية ودرجة الحرارة الابتدائية.

درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط طاقة حركة الجسيم الواحد ولا تعتمد على كمية المادة، بينما الطاقة الداخلية هي المجموع الكلي لطاقات حركة ووضع جميع جسيمات المادة وتعتمد على الكتلة ودرجة الحرارة معًا. مثال: كوب ماء صغير وبركة ماء كبيرة قد يكونان عند نفس درجة الحرارة، لكن الطاقة الداخلية للبركة أكبر بكثير لكبر كتلتها وزيادة عدد جسيماتها.

الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة. ووحدة قياسها هي جول/(كجم·°م) أو J/(kg·°C).

يرجع ذلك إلى ارتفاع الحرارة النوعية للماء جدًا؛ حيث تمتص المسطحات المائية كميات هائلة من الحرارة نهارًا دون أن ترتفع درجة حرارتها كثيرًا، وتفقد كميات كبيرة ليلًا دون أن تنخفض انخفاضًا حادًا، مما يجعلها تعمل كخزان حراري يعدّل مناخ المناطق المجاورة.

باستخدام القانون $Q = m \times c \times \Delta T$: $Q = 3 \times 900 \times 40 = 108000$ جول (أو 108 كيلوجول).

تتكون من: 1. طاقة الحركة (الحرارية): الناتجة عن حركة واهتزاز الجسيمات الدائبة. 2. طاقة الوضع: الناتجة عن قوى الترابط والتجاذب بين الجسيمات وأوضاعها النسبية.

تزداد الطاقة الداخلية للمادة كلما ازدادت درجة حرارتها نتيجة زيادة طاقة الحركة، وتزداد أيضًا عند تغير حالتها إلى حالة أقل ترابطًا نتيجة زيادة طاقة الوضع حتى لو ظلت درجة الحرارة ثابتة أثناء التغير.