تعريفات ومفاهيم أساسية متعلقة بالحرارة
في هذا الدرس ان شاء الله سوف نتعرض لبعض التعريفات والمفاهيم الأساسية المتعلقة بالحرارة ومنها:
1- درجة الحرارة Temperature
تعريف درجة الحرارة
هى مقياس لتحديد اتجاه الانتقال التلقائي للحرارة ولقد شاعت مفاهيم تعودنا عليها مثل : ساخن، بارد، دافئ، وكلها تعابير تدل على الفرق في درجة الحرارة.
قياس درجة الحرارة
وتقاس درجة الحرارة بواسطة مقياس درجة الحرارة (الترموميتر Thermometer) ونعرفه جميعاً بقدر ما شاع استخدامه وشاع كذلك استخدام ثلاثة تدريجات لقياس الحرارة هي : التدريج المئوي ويشمل مقياس سيلزيوس Celsius scale ومقياس كلفن Kelven scale وتدريج مقياس فهرنهايت Fahrenheitويوضح الشكل التالي المقارنة بين التدريجات الثلاثة :
علاقات التحويل من مقياس لآخر
Tk= درجة الحرارة وفق مقياس كلفن (K)
tC = درجة الحرارة وفق مقياس سيلزيوس (Co)
tF = درجة الحرارة وفق مقياس فهرنهايت (Fo)
إن وحدات النظام الدولي SI تستخدم تدريج كلفن (K)، ويجب أن نتذكر أن درجة الصفر المطلق في تدريج كلفن تعادل (-273.15Co) أى أن
0 K = -273.15 Co
2- الحرارة Heat
إن التغير في درجة الحرارة كمية ما من الماء مثلاً لهو دليل على تغير كمية حرارتها، ويمكن قياس كمية الحرارة التى سببت مثل هذا التغير في درجة الحرارة، باستخدام العلاقة التالية:
Q = m . C . Δt
Q = كمية الحرارة التى امتصتها (أو فقدتها) كمية من المادة مقدارها m
Δt = التغير في درجة الحرارة
C = الحرارة النوعية (هي للماء 4.18J/gm.Co)
الحرارة النوعية
وتدعى إيضاً السعة الحرارية النوعية، وهي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد من مادة ما درجة مئوية واحدة.
Sp.heat = Cal/gm.Co
Sp.heat = J/gm.Co
وحدة قياس كمية الحرارة
فى وحدات النظام SI يستخدم الجول (Joule) كوحدة لقياس الطاقة الحرارية (أو الحرارة) وتستخدم كذلك وحدة السعر (Calorie)ورمزها Cal ، K.Cal وعلاقة التحويل هي :
1 Cal = 4.184 J
1KJ = 1000 J
1 Cal = 1000 Cal
تعرف الحرارة النوعية للماء بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء من الدرجة 14.5 Co إلى 15.5 Co وهى تساوي سعراً واحداً (1Cal) أو(4.184J)
مقياس كمية الحرارة
يستخدم المسعر لقياس كمية الحرارة الناجمة عن التفاعل الكيميائي أي القيمة الحرارية لوقود ما كالاحتراق، أو عن التبادل الحراري بين جسمين وأيضاً لتعيين الحرارة النوعية لمادة. إن الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة الكهربائية، الكيميائية ، الميكانيكية،…… الخ، وكلها قابلة للتحويل من شكل إلى آخر باستخدام آله مناسبة
3- السعة الحرارية Heat Capacity
تعريف السعة الحرارية
يرمز لها بالرمز C وهي كمية الحرارة التي يتلقاها الجسم (أو يطلقها) عندما تتغير درجة حرارته بمقدار درجة مئوية واحدة أو التغير في درجة حرارة الجسم عند تلقيه لكمية من الطاقة مقدارها Q وهكذا نجد:
C = Q/Δt cal/Co, J/Co
ملاحظات هامة
أن الجسم ذو السعة الحرارية الكبيرة يمكنه ان يمتص أو يحرر كمية كبيرة نسبياً من الطاقة الحرارية دون أن يرافق ذلك تغير كبير في درجة حرارته ، ويعد الماء من المواد ذات السعة الحرارية الكبيرة ولذلك فهو يستخدم في نقل الحرارة في أجهزة التدفئة المركزية وهو الذي يسمح بعدم تغير درجة حرارة جسم الإنسان كثيراً بسبب التغيرات الخارجية (يحوي جسم الإنسان 60-70% من وزنه ماء تقريباً).
الحرارة النوعية هي السعة الحرارية منسوبة إلى جرام واحد من المادة أى أن:
Sp.heat = C/gm
Sp.heat = J/gm.Co
الجدول التالي يبين قيم الحرارة النوعية لبعض المواد
يوضح الشكل التالي التغير في درجة الحرارة عند إضافة جرام واحد من المواد المبينة
4- السعة الحرارية المولية Molar heat Capacity
يرمز لها بالرمز Cm وهي السعة الحرارية لمول واحد من المادة أو هي كمية الحرارة (الطاقة) اللازمة لرفع درجة حرارة واحد مول من المادة درجة مئوية واحدة.
5- حرارة الانصهار المولية Heat of Fusion
هي كمية الحرارة اللازمة لانصهار واحد مول من المادة الصلبة وتحولها إلى الطور السائل بدون تغير درجة حرارتها (لاحظ الانصهار يتم عند درجة حرارة ثابتة).
فمثلاً إذا سخنا مول واحد من الثلج (18gm) عند درجة حرارة (-10Co) إلى درجة الصفر المئوي (0C)نجد أن كمية الحرارة اللازمة لذلك هي :
Q = m . C . Δt
وكانت الحرارة النوعية للثلج = 2 J/gm Co
Q = 18 x 2 x 10
= 360 Joule
إذا أضفنا كمية من الحرارة فإن الثلج يبدأ فى الانصهار عند درجة الحرارة الثانية (0Co) ونحتاج إلى 6010 Jلتحويل واحد مول من الثلج عند درجة (0Co) إلى ماء سائل عند نفس الدرجة.
الجدول التالي يوضح الحرارة المولية للانصهار والحرارة المولية للتبخير لبعض المواد
6- حرارة التبخير المولية Heat of Vaporization
هي كمية الحرارة اللازمة لتبخير مول واحد من المادة فى الطور السائل إلى الطور الغازي دون تغير درجة حرارتها (أي تتم هذه العملية عند درجة ثابتة من الحرارة)
7- حرارة التكثيف المولية Heat of Condensation
هي كمية الحرارة اللازمة لتكثيف مول واحد من المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة وهي عكس حرارة التبخير. وكمثال تنطلق كمية من الحرارة إلى الوسط المحيط قدرها 40.66 KJ عند تكثيف مول واحد من البخار عند درجة حرارة 100 Co
8- حرارة التسامي المولية Heat of Sublimation
هى كمية الحرارة اللازمة لتحويل مول واحد من المادة فى الطور الصلب إلى الطور الغازي دون المرور بالحالة السائلة وعند درجة حرارة وضغط ثابتين ويكون هنا :
حرارة التسامي = حرارة الانصهار + حرارة التبخير
9- حرارة الذوبان Heat of Solution
وهي مقدار التغير فى المحتوى الحراري الذي يصاحب عملية إذابة مذاب في مذيب ويعبر عنها بوحدة KJ/mole وتعتمد على التركيز النهائي للمحلول
المراجع
– مبادئ الكيمياء العامة (نظري – مسائل محلولة). محي الدين البكوش – نوري بسيبسو – ياسر حورية- نبيل شيخ قروش، الطبعة الثانية (2003م) / شركة الجا للنشر العلمي – طرابلس.
