الفيزياء

الفيزياء - 1-1

الإسلام والعلم

الإسلام والعلم

الإسلام والعلم - صفحة1

الفصل الأول
الإسلام والعلم

الإسلام والعلم - صفحة2

عناية الإسلام بالعلم

من بين تلك الصخرات وحبات الرمل التي تراها على خارطة الجزيرة العربية انطلقت حركة النهضة العظمى, والتي نعيش اليوم في ظلها ونقطف ثمرتها , عندما نزلت على قلب الرسول صلى الله عليه وسلم أول آية في كتاب الله تعالى:

" إقرأ باسمِ ربِّكَ الّذي خَلَقَ, خَلَقَ الإنسان مِنْ عَلَقٍ, إقْرَأْ ورَبُّكَ الأَكرَمُ, الّذِي عَلَّمَ بِالقَلَمِ, عَلَّمَ الإنسان مَا لَم يَعْلَم ..."

[ سورة العلق- الآيات من 1-5]

الإسلام والعلم - صفحة3

بين يديك الآن مجموعة آيات وأحاديث نبوية شريفة, والمطلوب منك بعد تأملها وتدبرها تصنيفها حسب الموضوعات التالية:

1- الحث على طلب العلم. 2- فضل العلم والتعلم والعلماء.
3- الحث على التدبر والنظر. 4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.

الإسلام والعلم - صفحة4

أولاً: آيات القرآن الكريم

" قُل هَل يَستَوي الَّذينَ يَعْلَمُونَ وَالَّذيْنَ لا يَعْلَمُوْنَ...

[ الزمر - 9]


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة5

أولاً: آيات القرآن الكريم

" وإذا قيل لهم اتبعوا ما أنزل الله قالوا بل نتبع ما ألفينا عليه ءابآءنا أولو كان ءابآؤهم لا يعقلون شيئاً ولا يهتدون...

[فاطر - 28]


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة6

أولاً: آيات القرآن الكريم

" يَرْفَعِ اللهُ الَّذيْنَ ءَامَنُواْ مِنكُمْ وَالَّذيْنَ أُوتُواْ العِلْمَ دَرجاتٍ...

المجادلة - 11


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة7

أولاً: آيات القرآن الكريم

" قُل انظُرُواْ مَاذَا فِى السَّمَوَاتِ وَالأَرضِ...

يونس - 101


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة8

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" من سَلكَ طريقاً يلتمسُ فيه علماً سهّلَ الله له طريقاً إلى الجنة...

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة9

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" فضل العالم على العابد كفضلي على أدناكم...

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة10

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" إنَّما العِلمُ بالتعلّم، والحِلمُ بالتحلّم، ومَن يتحرَّ الخير يُعطه، ومَن يتوَقَّ الشرَّ يُوقه...

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة11

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" طلب العلم فريضة على كل مسلم...

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة12

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" سلوا الله علماً نافعاً وتعوذوا بالله من علم لا ينفع..

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


الإسلام والعلم - صفحة13

ثانياً: الأحاديث الشريفة

" من غدا إلى المسجد لا يريد إلا أن يتعلم خيراً أو يُعلم كان له كأجر حاج تاماً حجته...

الحديث حسن أو صحيح.


1- الحث على طلب العلم.

2- فضل العلم والتعلم والعلماء.

3- الحث على التدبر والنظر.

4- ذم الجهل والتعصب والتقليد والهوى.


العلم والمنهج العلمي

العلم والمنهج العلمي - صفحة1

العلم والمنهج العلمي:

سنحاول أن نعرف العلم في مجال العلوم التجريبية أو العلم الطبيعي natural science , وعلى رأس هذه العلوم: الفيزياء والكيمياء والأحياء. وما يتفرع عنها.

فالعلم هو:
ميدان منظم من المعرفة يبحث في الكون بأحيائه وجماداته بمادته وطاقته وبالعلاقات التي توجد بينها وبما تعرضت له من تغير على مر الأزمنة.

وقد أمكن التوصل لهذه المعرفة بطرق منضبطة تعتمد على أساس موضوعي متين, وأساليب فكرية وعملية.

العلم والمنهج العلمي - صفحة2

ويمكن أن نوجز ذلك في تعريف للعلم بأنه:
 " مادة أو معلومات نحصل عليها بطريقة معينة موضوعية تسمى التفكير العلمي"

العلم والمنهج العلمي - صفحة3

ومن ثم:   فإن الحقيقة العلمية في العلوم التجريبية أو الطبيعية هي:
ما يستنتجه العقل مما تدركه الحواس.

لذا فالعلم البشري علم محدود:   "وَ مَا أُوتيتُم مِّن العِلْم إِلاَّ قليلاً.."

[سورة الإسراء - الآية 85]

وأدواته في الإنسان محدودة وهي :
1- الحواس الخمس
2- وقوة التصور والخيال والعقل.

العلم والمنهج العلمي - صفحة4

المنهج العلمي يتطلب نمطاً من التفكير يسمى التفكير العلمي والذي يُعَّرف بأنه :   مجموعة من الخطوات التسلسلية التي تقود إلى حل المشكلة.

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم - صفحة1

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم

1- إزاحة كل ما يعوق العقل الإنساني عن الملاحظة والتفكير سواء كان من رواسب الماضي أو من تأثيرات الحاضر:

" قُل انظُرُوا مَاذَا في السَّمواتِ وَالأرضِ   وَمَا تُغْنِى الآياتُ وَالنُّذُرُ عَن قَومٍ لا
  يُؤْمِنُونَ ..."

[ سورة يونس - الآية 101]

" وَاتَقُوُا الله وَيُعَلِّمُكُمُ الله ..."

[سورة البقرة - الآية 282]

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم - صفحة2

2- إن الكون خاضع لسنن إلهية ثابتة.

" وخَلَقَ كُلَّ شئ فَقَدَّرَهُ تَقْديراً..."

[سورة الفرقان - الآية 2]

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم - صفحة3

3- إن العلاقة بين الإنسان والكون علاقة مخلوق أكرمه الله بمخلوق مسخر, وإن
    الانتفاع بهذا التسخير لا يمكن إلا بالوقوف على السنن الإلهية المبثوثة فيه
    بالتفكير والدراسة والبحث والتجريب.

" الله الذي سَخَّرَ لَكُمُ البحرَ لِتجرِىَ الفُلْكُ فيه بأمره ولتبتغُوا مِن فَضْلهِ ولَعَلَّكُم
  تَشْكُرُونَ، وَسَخَّرَ لكُم مَّا فِي السَّموَاتِ وَمَا فِي الأَرضِ جَمِيْعاً مِّنْهُ إِنَّ في ذَلِكَ لآَياتٍ لِقَومِ يَتَفَكَّرُونَ "
[سورة الجاثية - الآيتان 12 - 13]

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم - صفحة4

4- إن الإنسان مأمور بالنظر والتفكر والاعتبار في نفسه وفي الكون من حوله.

" سَنُرِيهِمْ آيَاتِنَا فِي الآفَاقِ وَفِي أَنفُسِهِمْ حَتَّى يَتَبَيَّنَ لَهُمْ أَنَّهُ الْحَقُّ ..."

[سورة فصلت - الآية 53]

منهج العلم والفكر في القرآن الكريم - صفحة5

5- عندما تجد إشارات في القرآن الكريم حول بعض القضايا والسُّنن الكونية فما
    هي إلا حوافز للعقل البشري، وشواهد على أن هذا القرآن الكريم معجزة خالدة
    وأنه لا يأتيه الباطل من بين يديه ولا من خلفه.

"الَر كِتَابٌ أُحْكِمَتْ آيَاتُهُ ثُمَّ فُصِّلَتْ مِن لَّدُنْ حَكِيمٍ خَبِيرٍ"

[سورة هود - الآية 1]

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة1

الفصل الثاني
العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة2

عُرف علم الفيزياء عند المسلمين بعلم الطبيعيات واحتوى الفروع التالية:

الأسباب والحيل (الميكانيك), الثقل النوعي (نسبة كثافة المادة إلى كثافة الماء في نفس درجة الحرارة) سقوط الأجسام, الصوت, الضوء, الحرارة والمغناطيس.
وكان لعلماء المسلمين أبحاث قيمة فيها, وتوصلوا إلى قوانين وحقائق جديدة. ومنهم:

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة3

1- الحسن بن الهيثم:

فيزيائي بارع, أسس علم الضوء - بلا منازع - يعد كتابه "المناظر " مرجعاً عالمياً لبضع قرون, وتميزت دراساته بالتجربة ودقة الملاحظة.

وقد تحقق ابن الهيثم من أن الضوء ينشأ من المرئيات مصححاً نظرية أسلافه. كما وضع القوانين الأساسية لانعكاس الضوء وانكساره وغيرها.

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة4

2- أبو الريحان البيروني:

تمكن من تقدير الثقل النوعي لعدد من المعادن والأحجار الكريمة تقديراً دقيقاً (ومن بعده أبو منصور عبد الرحمن الخازني) وبحث سرعة الضوء واستنتج أنها تزيد على سرعة الصوت زيادة هائلة واشتهر البيروني بقياس أبعاد الأرض وتفسير ظواهر الشفق وكسوف الشمس, وله دراسات في علم توازن السوائل وحفظها. هذا بالاضافة إلى مكانته العالمية في الرياضيات والفلك.

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة5

3- أبناء موسى بن شاكر:

قاموا بابتكار أجهزة وآلات لاستخدامها في علم الحيل وعلم الفلك اشتهرت بالدقة والطرافة في عصرهم.

العلوم الطبيعية في ظل الحضارة الإسلامية - صفحة6

4- أبو منصور أبو الفتح عبد الرحمن الخازني (الخازن):

له مآثر هامة في الفلك والفيزياء وهندسة الأجهزة, وقدم أبحاثاً قيمة في الميكانيكا وتوازن السوائل والظاهرة الشعرية في الأنابيب الدقيقة, وبيّن وجود قوة تجاذب عامة بين الأجسام. وتمكن من تقدير الثقل النوعي - كما سبق -, وقال إن الثقل هو قوة جذب تتجه نحو مركز الأرض وإن الهواء كالماء يُحدث ضغطاً على أي جسم مغمور فيه فيدفعه من الأسفل إلى الأعلى,
وسبق العالم "توريشللي " في بحث الضغط الجوي.

المرونة

المرونة

المرونة - صفحة1

الفصل الثالث
المرونة

المرونة - صفحة2

المرونة

    المرونة: هي ميل المادة للعودة إلى حالتها الأصلية بعد زوال تأثير القوى عنها.
المرونة صفة (خاصية) للمادة وتختلف مرونة الأجسام الصلبة باختلاف نوع مادتها.

المرونة - صفحة3

القوة

القوةُ هي ذلك المؤثر الذي إذا أثر على جسم ما فإنه يسبِّب تغيراً في شكل الجسم أو موضعه أو في اتجاهه أو حركته.

والقوى كما تعلم تختلف في مقاديرها واتجاهاتها وهي إما دفع أو سحب أو لَيٌّ أو ...

المرونة - صفحة4

ويقال أيضاً عن ثقل الجسم إنه قوة فهو قوة جذب الأرض للجسم. ويحسب عن طريق المعادلة التالية:

ثقل الجسم = الوزن = ق = جـ × ك

حيث ق: القوة
جـ : تسارع الجاذبية = 9.8
ك: كتلة الجسم

ويمكننا أن نقول إن ثقل جسم كتلته كيلو غرام واحد يساوي 9,8 نيوتن.

المرونة - صفحة5

تأثير القوة على المادة:

هناك تأثيرات مختلفة للقوى على المادة ومن هذه التأثيرات:

- تغيير سرعة الحركة.
- تغيير اتجاه الحركة.
- تغيير شكل أو حجم المادة (تشويهها).

الكرة كانت ثابتة ثم حركت بتأثير ركلة اللاعب ثم غيرت إتجاهها بتأثير ضربة رأسية حيث هزت شباك حارس المرمى مغيرة شكلها.

تجربة أولى
    
تجربة ثانية

المرونة - صفحة6

المرونة - صفحة7

وحدات القياس

وحدات القياس - صفحة1

وحدات القياس

أنظمة وحدات القياس:

وقد كان هناك نظامان سابقان هما :

وحدات القياس - صفحة2

وحدات القياس

1- النظام الانجليزي:

يعتبر القدم أساساً لقياس الطول والباوند لقياس الكتلة والثانية لقياس الزمن.

الكمية وحدة القياس
الطول القدم
الكتلة الباوند
الزمن الثانية

وحدات القياس - صفحة3

وحدات القياس

2- النظام الفرنسي:

يعتبر السنتميتر وحدة أساسية لقياس الطول والجرام وحدة أساسية لقياس الكتلة والثانية وحدة أساسية لقياس الزمن.

الكمية وحدة القياس
الطول السنتميتر
الكتلة الجرام
الزمن الثانية

وحدات القياس - صفحة4

وحدات القياس

3- النظام الدولي لوحدات القياس SI-Units:

وفيه يُعتبر المتر, الكيلو جرام, والثانية, والدرجة المطلقة وهي وحدات لقياس الطول, الكتلة, والزمن ودرجة الحرارة ... إلخ.

الكمية وحدة القياس
الطول المتر
الكتلة الكيلو جرام
الزمن الثانية
درجة الحرارة الدرجة المطلقة

وحدات القياس - صفحة5

جدول مقارنة بين وحدات القياس في أنظمة مختلفة

الكمية وحدة القياس
وفق النظام (الدولي) (الإنجليزي) (الفرنسي)
الطول المتر القدم السنتميتر
الكتلة الكيلو جرام الباوند الجرام
الزمن الثانية الثانية الثانية
درجة الحرارة الدرجة المطلقة    

وحدات القياس - صفحة6

جدول تحويلات بين وحدات القياس

متر --- × 3,28 --> قدم
قدم --- ÷ 3,28 --> متر
كيلوغرام --- × 2,2 --> باوند
باوند --- ÷ 2,2 --> كيلوغرام

وحدات القياس - صفحة7

الكميات الفيزيائية

الكميات الأساسية والكميات المشتقة:

وحدات القياس - صفحة8

الكميات الفيزيائية

الكميات الأساسية والكميات المشتقة:

الكميات الفيزيائية
الأساسية المشتقة
هي الكميات التي لايمكن اشتقاقها من كميات أبسط منها.
مثل: الزمن, الطول, الكتلة.
هي الكميات الفيزيائية التي تُستنبط من غيرها من الكميات.
مثل: السرعة, نحتاج لقياسها قياس المسافة والزمن.

وحدات القياس - صفحة9

وحساب السرعة بقسمة المسافة على الزمن.

ومثل الكثافة = الكتلة ... إلخ
الحجم

وللتعبير عن الوحدات المشتقة بالوحدات الأساسية يلزم الرجوع إلى العلاقات والقوانين التي تُعرف بها تلك الكميات.

وحدات القياس - صفحة10

مثال:1

اشتقاق وحدة قياس المساحة
يحدد مساحة جسم بُعْدَيْن هما الطول والعرض
وحدة قياس المساحة مُشتقة من وحدات قياس الطول

المساحة = الطول × العرض

وحدة قياس الطول م
وحدة قياس العرض م
وحدة قياس المساحة = م × م = م2

وحدات القياس - صفحة11

مثال:2

السرعة = المسافة
الزمن
وحدة قياس السرعة = وحدة المسافة
وحدة الزمن
وحدة السرعة = متراً = م/ث
ثانية

وحدات القياس - صفحة12

وإليك جدول يبين عدداً من الكميات والوحدات في النظام الدولي للوحدات
"SI - Units."

اسم الكمية وحدتها اسم الكمية وحدتها
المسافة متر كمية الحرارة جول
الزمن ثانية الضغط بار (أو نيوتن/ م2)
الكتلة كيلوجرام الشغل جول
الطاقة جول المساحة متر مربع
الكثافة كجم/م3 الحجم متر مكعب

وحدات القياس - صفحة13

بعض التحويلات الهامة:

1- من سم إلى متر نقسم على 100
2- من سم2 إلى م2 نقسم على 10000
3- من سم3 إلى م3 نقسم على 1000000
4- من ملم إلى م نقسم على 1000
5- من ملم2 إلى م2 نقسم على 1000000

وحدات القياس - صفحة14

6- من كيلو متر إلى متر نضرب × 1000
7- من كم/ساعة إلى م/ث نضرب × 1000/3600
8- من جم/سم3 إلى كجم / م3 نضرب × 1000
9- من جم إلى كجم نقسم على 1000

وحدات القياس - صفحة15

ويمكنك الاستفادة من الجدول التالي للمقارنة بين الأجزاء والمضاعفات

الأجزاء المضاعفات
قيمة الجزء الكسر الإعتيادي الكسر العشري التعبير الأسي قيمة المضاعفات الرقم العشري التعبير الأسي
العشر 1/10 0.1 10-1 العشرة 10 110
جزء من المئة 1/100 0.01 10-2 المئة 100 210
جزء من الألف 1/1000 0.001 10-3 الألف 1000 310
جزء من المليون 1/1000000 0.000001 10-6 المليون 1000000 610

وحدات القياس - صفحة16

ونسوق الأمثلة التالية للتعبير الأسي

مثال1:

التعبير الأسي للكميات الكبيرة
400000 كم = 4 × 100000 = 4 × 510 كم.

وحدات القياس - صفحة17

مثال2:

التعبير الأسي للكميات الصغيرة
0,044 مم يكتب بالطريقة التالية:

44 = 44 = 44 × 10-3 مم
1000 310

قانون هوك

قانون هوك - صفحة1

قانون هوك:

العلاقة بين التشوه الحاصل والقوة المؤثرة.

قانون هوك - صفحة2

قانون هوك:

العلاقة بين التشوه الحاصل والقوة المؤثرة.
كيف يمكن تعيين حد المرونة للجسم الجامد؟

قانون هوك - صفحة3

قانون هوك:

العلاقة بين التشوه الحاصل والقوة المؤثرة.
كيف يمكن تعيين حد المرونة للجسم الجامد؟

للإجابة على هذا السؤال استخدمنا مسطرة مدرجة وعلقنا زنبركاً ليناً من حامل طويل وقمنا بتعليق أثقال مختلفة وسجلنا في كل مرة القراءة التي يدل عليها المؤشر .

قانون هوك - صفحة4

قانون هوك:

نلاحظ هنا أن الزنبرك استمر في إظهار مرونته التامة ما دامت القوة المؤثرة عليه أقل من مقدار معين وإذا تجاوزت القوة المؤثرة هذا المقدار حيث تتعدى استطالته ذلك الحد فإن النابض يفقد مرونته التامة ويتشوه .

قانون هوك - صفحة5

حد المرونة:
الوضع الذي يصل إليه الجسم بتأثير قوة خارجية ويبدأ عنده بفقدان مرونته التامة إذا تعدت القوة الخارجية ذلك المقدار.

يمكن أيضاً أن نلاحظ أن الزيادة الحاصلة في طول الزنبرك تتناسب تناسباً طردياً مع القوة المؤثرة عليه ما دامت هذه القوة دون حد المرونة.
يمكننا توضيح العلاقة بين مقدار التشوه الحاصل في جسم معدني تحت الشد والقوة المؤثرة بالاستناد إلى المنحنى التالي:

قانون هوك - صفحة6

1- l ا: خط مستقيم حيث أن الاستطالة متناسبة طردياً مع القوة المؤثرة.
2- اج فهو ليس بخط مستقيم فهذا يعني أن الاستطالة لا تتناسب طردياً مع القوة المؤثرة أي أن هناك فقدان للمرونة.
3- ب نقطة الإذعان: النقطة التي بعدها يستمر السلك في الاستطالة مع زيادة بسيطة في قوة الشد.
4- ج النقطة التي تنكسر عندها المادة, ويعبر عن القوة اللازمة لكسر مادة معدنية بقوة الكسر.
   ملاحظة: هذه القوة تعتمد على نوع المادة وسماكتها ولاتعتمد على طول الجسم.

قانون هوك - صفحة7

قانون هوك:

وتعرف هذه العلاقة بين الاستطالة والقوة المؤثرة بـ قانون هوك .
تحت حد المرونة لمادة تحت الشد، فإن الاستطالة الحادثة تتناسب طردياً مع قوة الشد المسببة لها.

قانون هوك - صفحة8

قانون هوك:

وتعرف هذه العلاقة بين الاستطالة والقوة المؤثرة بـ قانون هوك .
تحت حد المرونة لمادة تحت الشد، فإن الاستطالة الحادثة تتناسب طردياً مع قوة الشد المسببة لها.

ق = أ ×
ل

ق = القوة المؤثرة
أ = ثابت التناسب

ل = الاستطالة الحاصلة

قياس المرونة ومقارنتها

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة1

قياس المرونة ومقارنتها:

كما رأينا في تعريف المرونة يمكننا أن نستنتج أن المادة التي تحتفظ بالتشوه هي عديمة المرونة. في حين أن المواد التي لا تحتفظ بالتشوه هي مواد مرنة أو ذات مرونة.
لكن السؤال هنا كيف يمكننا مقارنة مرونة الأجسام المختلفة؟

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة2

مثال: أحضرنا سلكين من الفولاذ والرصاص متساويين في طولهما وفي مساحة مقطعيهما وعلقنا بكل منهما كتلة 3 كجم. كما تلاحظ فإن استطالة سلك الفولاذ تختلف عن استطالة سلك الرصاص. وعوضاً عن قياس حد مرونة الأجسام لمقارنة مرونتها فإن باستطاعتنا قياس ثابت التناسب الذي يربط الاستطالة بالقوة المولدة للاستطالة.

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة3

مثال:أحضرنا سلكين من الفولاذ والرصاص متساويين في طولهما وفي مساحة مقطعيهما وعلقنا بكل منهما كتلة 3 كجم. كما تلاحظ فإن استطالة سلك الفولاذ تختلف عن استطالة سلك الرصاص. وعوضاً عن قياس حد مرونة الأجسام لمقارنة مرونتها فإن باستطاعتنا قياس ثابت التناسب الذي يربط الاستطالة بالقوة المولدة للاستطالة.

الجسم الذي له ثابت تناسب أكبر أكثر مرونة.

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة4

ماذا لو اختلف الطول أو مساحة المقطع فكيف تتم المقارنة؟

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة5

ماذا لو اختلف الطول أو مساحة المقطع فكيف تتم المقارنة؟

عند اختلاف الطول لا يمكننا الاعتماد على الاستطالتين الحاصلتين لمقارنة المرونة لذا يجب أن نأخذ وحدة الأطوال. ونوجد استطالتهما وذلك بقسمة استطالة السلك

على طوله الأصلي
ل
وتسمى هذه الكمية الجديدة الانفعال.
ل

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة6

ماذا لو اختلف الطول أو مساحة المقطع فكيف تتم المقارنة؟

عند اختلاف الطول لا يمكننا الاعتماد على الاستطالتين الحاصلتين لمقارنة المرونة لذا يجب أن نأخذ وحدة الأطوال. ونوجد استطالتهما وذلك بقسمة استطالة السلك

على طوله الأصلي
ل
وتسمى هذه الكمية الجديدة الانفعال.
ل

الانفعال: الاستطالة التي تطرأ على وحدة الأطوال.

الانفعال = الإستطالة الحاصلة =
ل
الطول الأصلي ل

وبمقارنة الانفعالين يمكننا الاستنتاج بأن السلك الذي يكون له الانفعال الأكبر يكون ذا مرونة أقل.

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة7

كيف تقارن مرونة الأجسام المختلفة بمساحة مقاطعها؟

قياس المرونة ومقارنتها - صفحة8

إن الاستطالة الحاصلة هنا لا تعتمد على القوة المؤثرة فقط وإنما على مساحة مقطع السلك فلا بد هنا من وجود كمية غير القوة المؤثرة هذه الكمية هي:
الإجهاد: القوة المؤثرة على وحدة المساحات من مقطع السلك.

الإجهاد = القوة المؤثرة =  ق 
مساحة المقطع س

ومن هنا نرى أن المرونة تعتمد على الانفعال الحاصل في كل من السلكين والإجهاد المؤثر على كل منهما.

العلاقة بين الإجهاد والانفعال

العلاقة بين الإجهاد والانفعال - صفحة1

العلاقة بين الإجهاد والانفعال:

العلاقة بين الإجهاد والانفعال - صفحة2

العلاقة بين الإجهاد والانفعال - صفحة3

قانون هوك: ضمن مرونة المادة، يتناسب الانفعال الحاصل في المادة تناسباً طردياً مع الإجهاد المؤثر عليها.

العلاقة بين الإجهاد والانفعال - صفحة4

ل × أ هي معامل المرونة ويسمى معامل يونغ .
س

الإجهاد = معامل يونج × الانفعال = ي × الانفعال

ي = معامل يونغ = الاجهاد اللازم لإحداث وحدة انفعال في مادة ما .
ومن هنا يمكننا استخدام ي لمقارنة مرونة الشد للمواد, فكلما كبرت ي كانت المادة ذات مرونة أكبر.

العلاقة بين الإجهاد والانفعال - صفحة5

يمثل المنحنى المقابل العلاقة بين الإجهاد والانفعال:
ا حد المرونة أي مقدار الحد الأعلى من الإجهاد المؤثر على المادة مع المحافظة على المرونة.
أو أعظم إجهاد يمكن تأثيره على المادة دون أن تفقد مرونتها.
ب حد الكسر أو إجهاد الكسر ويعرف على أنه الإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة دون أن تنكسر.

تلخيص المرونة

تلخيص المرونة - صفحة1

تلخيص الفصل الثالث
المرونة

تلخيص المرونة - صفحة2

تلخيص: المرونة

1- الأجسام التي تخضع لتأثير قوة مناسبة تغير شكلها تغييراً مؤقتاً، إلا أن هذا التغير يزول بزوال القوة المؤثرة وهي خاصية تتصف بها بعض الأجسام وتسمى خاصية المرونة لذلك تعرف المرونة بأنها خاصية تجعل المادة قادرة على استعادة شكلها أو حجمها بعد زوال المؤثر عنها.

تلخيص المرونة - صفحة3

تلخيص: المرونة

1- الأجسام التي تخضع لتأثير قوة مناسبة تغير شكلها تغييراً مؤقتاً، إلا أن هذا التغير يزول بزوال القوة المؤثرة وهي خاصية تتصف بها بعض الأجسام وتسمى خاصية المرونة لذلك تعرف المرونة بأنها خاصية تجعل المادة قادرة على استعادة شكلها أو حجمها بعد زوال المؤثر عنها.

2- إذا تجاوزت القوة المؤثرة مقداراً معيناً يبدأ الجسم بفقدان مرونته وهذا الحد يعرف بحد المرونة.

تلخيص المرونة - صفحة4

تلخيص: المرونة

1- الأجسام التي تخضع لتأثير قوة مناسبة تغير شكلها تغييراً مؤقتاً، إلا أن هذا التغير يزول بزوال القوة المؤثرة وهي خاصية تتصف بها بعض الأجسام وتسمى خاصية المرونة لذلك تعرف المرونة بأنها خاصية تجعل المادة قادرة على استعادة شكلها أو حجمها بعد زوال المؤثر عنها.

2- إذا تجاوزت القوة المؤثرة مقداراً معيناً يبدأ الجسم بفقدان مرونته وهذا الحد يعرف بحد المرونة.

3- إن المواد التي تحتفظ بالتشوه هي عديمة المرونة في حين أن المواد التي لا تحتفظ بالتشوه هي مواد ذات مرونة.

تلخيص المرونة - صفحة5

تلخيص: المرونة

4- إن المرونة تعتمد على الانفعال الحاصل على الجسم والاجهاد المؤثر عليه. كما يتناسب الانفعال الحاصل في المادة تناسباً طردياً مع الاجهاد المؤثر عليه.

تلخيص المرونة - صفحة6

تلخيص: المرونة

4- إن المرونة تعتمد على الانفعال الحاصل على الجسم والاجهاد المؤثر عليه. كما يتناسب الانفعال الحاصل في المادة تناسباً طردياً مع الاجهاد المؤثر عليه.

5- وفقاً لقانون هوك فإن الاستطالة تتناسب طردياً مع قوة الشد المسببة لها ما دامت تحت المرونة.

تمارين المرونة

تمارين المرونة - صفحة1

س 1: زنبرك رأسي مثبت من أحد طرفيه بدعامة، أثرت على طرفه الحر قوة إلى الأسفل مقدارها 12 نيوتن فأحدثت استطالة مقدارها 2 سم. احسب:

1 ـ ثابت المرونة للزنبرك علماً بأن الزنبرك لم يتعد حد المرونة:


6 نيوتن/م

600 نيوتن/م

166.6 نيوتن/م


تمارين المرونة - صفحة2

2 ـ القوة اللازمة لأحداث استطالة بالزنبرك مقدارها 0.03م:

18 نيوتن

22 نيوتن

12 نيوتن


تمارين المرونة - صفحة3

س 2: سلك معدني طوله 1 م ومساحة مقطعه 0.5 سم2، استطال بمقدار 1 سم عندما شد بقوة (12000 نيوتن). احسب:

1 ـ الإجهاد المؤثر:


0.8 × 810 نيوتن/م2

1.2 × 810 نيوتن/م2

2.4 × 810 نيوتن/م2


تمارين المرونة - صفحة4

2 ـ الانفعال:

100

1

0.01


تمارين المرونة - صفحة5

3 ـ معامل يونغ:

2.4 × 1010 نيوتن/م2

1.2 × 1010 نيوتن/م2

0.8 × 1010 نيوتن/م2


تمارين المرونة - صفحة6

س 3: نستطيع تطبيق قانون هوك:

إذا لم يتخطى الجسم حد المرونة.

إذا تخطى الجسم حد المرونة.

في جميع الحالات.


تمارين المرونة - صفحة7

س 4: وحدة الإجهاد هي:

نيوتن.

نيوتن/م.

نيوتن/م2.


تمارين المرونة - صفحة8

س 5: نابض حلزوني (زنبرك) ربط أحد طرفيه بحامل وعلق بطرفه الحر كتلة مقدارها 2.5 كغ فاستطال مسافة مقدارها 0.05 م (اعتبر جـ = 10/ث2)، جد:

1 ـ ثابت المرونة للزنبرك.


5 نيوتن/م

500 نيوتن/م

200 نيوتن/م


تمارين المرونة - صفحة9

2 ـ مقدار الاستطالة الكلية عند تعليق كتلة إضافية قدرها 1 كغ:

10 سم

2 سم

7 سم


تمارين المرونة - صفحة10

3 ـ أكبر استطالة للزنبرك دون أن يفقد مرونته إذا كانت أكبر كتلة يتحملها 4 كغ:

8 سم

0.08 سم

12 سم


تمارين المرونة - صفحة11

س 6: أنزلت إحدى الروافع في ميناء العقبة صندوقاً كتلته 2.5 × 410 كغ بحبل من الفولاذ مساحة مقطعه 2سم2. ما قيمة الإجهاد المؤثر في الحبل ؟
(جـ = 9.8 م/ث2).

2.5 × 810 نيوتن/م2

1.225 × 910 نيوتن/م2

1.25 × 810 نيوتن/م2


تمارين المرونة - صفحة12

س 7: سلك من الحديد طوله ، ومساحة مقطعه 2 مم2. علقت فيه كتلة 5 كغ فزاد طوله 0.6 مم. احسب معامل يونغ للسلك. (جـ = 9.8 م/ث2).

1.63 × 1110 نيوتن/م2

1.66 × 1010 نيوتن/م2

163.3 نيوتن/م2


تمارين المرونة - صفحة13

س 8: ميل المادة للعودة إلى حالتها الأصلية بعد زوال القوى عنها هو:

الإجهاد.

الانفعال.

المرونة.


اختبار المرونة

اختبار المرونة - اختبار

يظهر تأثير القوة على الجسم في:


تشويه الجسم فقط.

تغير حركته فقط.

تشويه الجسم أو تغيير حركته أو كلاهما معاً.

ضمن حد المرونة ينص قانون هوك على تناسب القوة المؤثرة على سلك الزنبرك تناسباً:


طردياً مع مقدار الاستطالة الحاصلة له.

طردياً مع مساحة مقطعه.

عكسياً مع وحدة الاطوال لمقدار استطالته.

إن الأجسام التي يزول تشوهها بزوال المؤثر هي:


عديمة المرونة.

مرنة.

أجسام صلبة.

الانفعال لسلك طوله 2.5 متر حدثت له استطالة قدرها 5مم تحت تأثير قوة شد ما هو:


0.5 ÷ 2500 نيوتن

0.05 ÷ 25 نيوتن/م

0.5 ÷ 250

إذا علق بطرف زنبرك كتلة مقدارها 2.5 كغم فاستطال الزنبرك مسافة مقدارها 0.05 م هذا يعني أن ثابت المرونة للزنبرك يساوي:
جـ = 10 م/ث2


50 نيوتن/م.

500 نيوتن/م.

125 نيوتن/م.

الوحدة الكمية الفيزيائية للإجهاد هي:


نيوتن/م.

نيوتن/م2.

نيوتن.

سلك معدني ذو ثابت صلابة يساوي 5 × 410 نيوتن/م ازداد طوله 1سم عند تعليق أحد الخراف في طرفه الحر. ما هي كتلة الخروف الذي علق فيه.
تسارع الجاذبية الأرضية جـ = 10 م/ ث2.


50 كجم.

500 كجم.

60 كجم.

أقصى ما تستطيع مادة ما تحمله تحت تأثير قوة الشد بعد تجاوزها حالة المرونة هو:


حد المرونة.

إجهاد الكسر.

معامل يونج.

يطلق على نسبة الاجهاد إلى الانفعال إسم:


معامل المرونة للمادة.

إجهاد الكسر.

معامل يونج.


القوى والتوازن في الموائع

القوى والتوازن في الموائع

القوى والتوازن في الموائع - صفحة1

الفصل الرابع
القوى والتوازن في الموائع

القوى والتوازن في الموائع - صفحة2

القوى والتوازن في الموائع

 

المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان وهذا يجمع السائل والغاز.

القوى والتوازن في الموائع - صفحة3

معنى الضغط

انظر إلى هاتين القطعتين من الخشب لاحظ أن عمق الانغراز مختلف رغم وجود نفس الثقل على كل من القطعتين. هذا يعني أن قدر الانغراز لا يتوقف على ثقل الجسم فقط إنما أيضاً على مساحة السطح الذي يؤثر عليه الثقل.

القوى والتوازن في الموائع - صفحة4

لذا يمكننا تعريف الضغط على أنه:

القوة الواقعة عمودياً على وحدة المساحات من السطح الذي تؤثر فيه القوة.

ويمكننا أن نوضح هذه العلاقة على الشكل التالي:

الضغط = القوة = ق     ويعبر عن الضغط بوحدة النيوتن/م2
المساحة س

القوى والتوازن في الموائع - صفحة5

ضغط المائع(السائل)

لننظر إلى هذا الانبوب قبل وضع الماء فيه. والآن انظر ماذا حدث لقطعة المطاط بعد صب الماء كما تلاحظ أن السائل يوقع ضغطاً على قعر الإناء (تتمدد قطعة المطاط) وهذا الضغط يختلف باختلاف كمية الماء.

القوى والتوازن في الموائع - صفحة6

لاحظ كيف يخرج السائل من الثقوب في هذه العلبة. كما ترى هنا فإن للسائل ضغطاً عامودياً على الجدران وضغطاً على القاعدة. وهذا الضغط يختلف باختلاف عمق الثقب من سطح الماء.


   

القوى والتوازن في الموائع - صفحة7

كما لاحظت من الاختبارات السابقة فإن هناك فرق بين ضغط السائل وضغط الجامد فإنَّ السائل يوقع ضغطاً على جدران الإناء الرئيسية مع أنه لا يوضع فوق هذه الجدران بخلاف الجامد الذي لا يوقع ضغطاً على الجدران التي تلامسه.

تجربة

القوى والتوازن في الموائع - صفحة8

معرفة كيفية قياس ضغط المائع

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة1

معرفة كيفية
قياس ضغط المائع:

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة2

معرفة كيفية قياس ضغط المائع:

لاحظ هنا كيف يختلف الفرق في مستوى الزئبق في شعبتي الأنبوب كلما اختلف عمق القمع عن سطح السائل. إن الفرق في مستوى الزئبق في شعبتي الانبوب يمثل ضغط الماء. ومن هنا يمكننا القول أن:

ضغط السائل الساكن في نقطة ما يتناسب تناسباً طردياً مع عمق النقطة تحت سطح السائل.
       وإن ضغط السائل يتساوى في النقاط التي تقع على مستوى أفقي واحد.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة3


في الاختبار السابق وجدنا أن الضغط متعلق بالعمق لكن ماذا لو اختلف نوع السائل الموجود داخل الانبوب؟

لاحظ كيف اختلف تقوس قطعة المطاط في انبوب الزئبق وانبوب الماء بالرغم من وجود نفس الكمية من كل سائل. لا بد أن هذا الفرق يعود إلى:


1- رائحة السائل.

2- ارتفاع السائل.

3- لون السائل.

4- كثافة السائل.


معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة4

السائل الكثافة كغم/م3
الماء 1000
الزيت 920
الغول الإثيلي 780
الجليسرين 1260
ماء البحر 1025
الكلوروفورم 5100
الزئبق 13600

ما هي الكثافة؟
الكثافة هي كتلة وحدة الحجوم ويمكن حساب الكثافة بقسمة الكتلة على الحجم:

الكثافة = الكتلة (كغم)
الحجم(م3)

ملاحظة: هناك كمية أخرى شبيهة بالكثافة وهي الوزن النوعي:

الوزن النوعي= كثافة المادة
كثافة الماء

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة5

على ضوء ما سبق يمكننا الاستنتاج

إن الضغط يتناسب تناسباً طردياً مع كثافة السائل وعمق النقطة تحت سطح الماء

وبصورة رياضية:

ض = جـ × ف × ث

جـ: تسارع الجاذبية
ف: عمق النقطة
ث: كثافة السائل

وبالتالي فإن وحدة الضغط تكون نيوتن/م2.

تجربة

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة6

انظر إلى الشكل ،إذا قمنا بحساب ضغط السائل على حساب عمود السائل الرأسي الممتد من النقطة (ا) إلى سطح السائل والذي يمكن إقامته حول وحدة مساحات أفقية تحتوي هذه النقطة. فعلينا إذاً اجراء تعديل على المعادلة السابقة فتصبح على النحو التالي:

القوة (على السطح) = مساحة السطح × متوسط الضغط (على السطح).

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة7

استنتاج مبدأ أرخميدس عبر ملاحظة تأثير السائل على الأجسام المغمورة:
كيف يسهل دفع الأشياء الثقيلة أو تحريكها تحت الماء وبينما يصعب ذلك عندما يكون الجسم في الهواء. لا بد أن ذلك يعود لنقصان شيء من ثقل الأجسام عندما تطفو في الماء.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة8

إليك هذه التجربة:
- علق جسماً في ميزان زنبركي، دوّن قراءة الميزان.
الوزن = 10 نيوتن
- أغمر الجسم في السائل لاحظ قراءة الميزان.
الوزن = 8 نيوتن
- تلاحظ هنا وزن السائل المزاح:
وزن السائل = 2 نيوتن

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة9

نستنتج مما سبق أن:

وزن السائل المزاح يساوي الفرق بين وزني الجسم في الهواء والسائل.

وبذلك نتوصل إلى ما يلي:
1- إن الأجسام المغمورة في السوائل تبدو وَ كأنها خسرت جزءاً من ثقلها.
2- يختلف مقدار قوة الدفع باختلاف السائل الذي يغمر فيه. وكلما زادت كثافة السائل زاد مقدار قوة الدفع.
3- يتوقف مقدار قوة الدفع على حجم السائل المزاح أي على حجم الجسم نفسه.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة10

ويمكننا أن نعبر بصورة رياضية عن مبدأ أرخميدس على النحو التالي:
لنفرض أن:

1- حجم الجسم الصلب (ح) وحدة حجم.

2- أن ثقله في الهواء يساوي (و) وحدة ثقل.

3- أن ثقله مغموراً في السائل يساوي (وَ) وحدة ثقل.

4- أن كثافة السائل (ث) وحدة كثافة.

فإن و- وَ تمثل مقدار ما يخسره الجسم عندما يغمر في سائل ،
وتمثل أيضاً مقدار قوة دفع السائل للجسم .

    ق = و- وَ  

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة11

ومن مبدأ أرخميدس فإن قوة الدفع أو مقدار الخسارة التي يخسرها الجسم تساوي ثقل السائل المزاح أي إن
ق = جـ × كتلة السائل المزاح
ق =جـ × حجم السائل المزاح (ح) × كثافة السائل (ث)
ومن المعادلتين:

    ق = و- وَ = جـ ح ث     

 

وهي الصيغة الرياضية لمبدأ أرخميدس.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة12

ماذا يحدث لو كانت قوة الدفع أكبر من ثقل الجسم الصلب؟
لقد دلت التجارب العديدة أن مبدأ أرخميدس ينطبق في هذه الحالة أيضاً. فإن أي جسم تقل كثافته عن كثافة السائل الذي يوضع فيه يطفو على سطح السائل. وتوازن القوى المؤثرة على الجسم الطافي على سطح السائل يدلنا على أن ثقل الجسم يساوي قوة الدفع التي يتعرض لها. وقوة الدفع هذه تساوي ثقل السائل الذي يزيحه الجسم الصلب ،أي ثقل حجم الجزء المغمور من الجسم في السائل. وهكذا تفسر ظاهرة طفو المراكب والبواخر على سطح الماء.
ولا بد أنك تتساءل عن منشأ قوة دفع السائل إلى أعلى.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة13

انظر الآن إلى الشكل. في هذا الشكل تجد مكعباً طول ضلعه (ل) وِحْدَة مغموراً في سائل كثافته (ث) وِحْدَة إلى العمق المبين في الشكل (عمق وجهه العلوي تحت سطح السائل يبلغ (ف) وِحْدَة).

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة14

إن الضغط الواقع على جانبي الجسم يلغي بعضه بعضاً للتساوي والتضاد في الإتجاه.
أما الضغط على السطح السفلي فهو أكبر من الضغط على السطح العلوي الذي يعاكسه في الاتجاه لأنه أكبر منه عمقاً في السائل.
ونقول إن قوة الدفع تنشأ من إختلاف ضغط المائع على جوانب الجسم.

معرفة كيفية قياس ضغط المائع - صفحة15

تعيين كثافة السوائل

تعيين كثافة السوائل - صفحة1

تعيين كثافة السوائل:

علمنا أن الجزء المغمور من جسم معين يقل كلما زادت كثافة السائل ذلك بسبب زيادة قوة الدفع مع ارتفاع الكثافة.

تعيين كثافة السوائل - صفحة2

وبما أن

ثقل الجسم و = قوة الدفع إلى أعلى ق
           = عجلة الجاذبية الأرضية × حجم الجزء المغمور × كثافة السائل
           = ج × حَ × ثَ

إلا أن ثقل الجسم(و) = تسارع الجاذبية × الكتلة

                    = ج × ك
                    = ج × حَ × ثَ

بالتالي فإن: ج ح ث = ج حَ ثَ
أي إن    :    حَ ثَ = ح ث

تعيين كثافة السوائل - صفحة3

يمكننا التوصل هنا إلى أن كثافة السائل تتناسب تناسباً عكسياً مع حجم الجزء المغمور من الجسم.
من هذا المنطلق يمكننا فهم عمل الهيدرومتر وهو كما ترى يتألف من مستودع غير مصمت من الزجاج المثقل بمعدن والمتصل بساق زجاجية غير مصمتة ومدرجة بوحدات الكثافة. كما تستطيع أن تجد أن التدريج الأسفل يشير إلى أعلى كثافة يقيسها بينما التدريج الأعلى يشير إلى أدنى كثافة يقيسها الجهاز.

تعيين كثافة السوائل - صفحة4

مثال:
جسم يطفو على سائل وينغمر منه نصفه فإذا علمت أن حجم الجسم 0.02 م3 وأن كثافته 1000كجم/م3 أوجد كثافة السائل.

تعيين كثافة السوائل - صفحة5

مثال
جسم يطفو على سائل وينغمر منه نصفه فإذا علمت أن حجم الجسم 0.02 م3 وأن كثافته 1000كجم/م3 أوجد كثافة السائل.

الحل
ح = 0.5 حَ

ث = حَ × ثَ
ح
ث = حَ × ثَ = 1000 = 2000 كجم/م3
0.5 حَ 0.05

تعيين كثافة السوائل - صفحة6

من التطبيقات على مبدأ الطفو طريقة عمل صمامات الأمان لتدفق المياه ((العوامات)). وتستخدم لمنع تسرب كمية زائدة من المياه و توضع غالباً في خزانات المياه و المكيفات الصحراوية .

تعيين كثافة السوائل - صفحة7

لاحظ الشكل ، تجد أن فتحة الأنبوب يتصل بها قضيب العوامة. وعلى طرفه القريب من فتحة الأنبوب سدادة وفي الطرف البعيد كرة مجوفة تطفو على الماء.
ففي حالة عدم وجود الماء تنزل الكرة للأسفل وتبتعد السدادة عن فتحة الأنبوب فيبدأ الماء بالتدفق مما يزيد من ارتفاع منسوب الماء الذي يرفع معه الكرة الطافية تدريجياً حتى يمتلىء الخزان ويصبح قضيب العوامة على إستقامة الأنبوب فتغلق السدادة فتحة الأنبوب وتمنع تسرب الماء.

تلخيص القوى و التوازن في الموائع

تلخيص القوى و التوازن في الموائع - صفحة1

تلخيص الفصل الرابع:
القوى و التوازن في الموائع

تلخيص القوى و التوازن في الموائع - صفحة2

تلخيص: القوى والتوازن في الموائع

1- المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان وهذا ينطبق على السائل والغاز.

تلخيص القوى و التوازن في الموائع - صفحة3

تلخيص: القوى والتوازن في الموائع

1- المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان وهذا ينطبق على السائل والغاز.

2- يوقع المائع ضغطاً على قعر وجدران الإناء الذي يوضع فيه. هذا الضغط يختلف باختلاف عمق النقطة عن سطح السائل كما يختلف باختلاف السائل.

تلخيص القوى و التوازن في الموائع - صفحة4

تلخيص: القوى والتوازن في الموائع

1- المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان وهذا ينطبق على السائل والغاز.

2- يوقع المائع ضغطاً على قعر وجدران الإناء الذي يوضع فيه. هذا الضغط يختلف باختلاف عمق النقطة عن سطح السائل كما يختلف باختلاف السائل.

3- إن ضغط السائل الساكن من نقطة ما يتناسب طردياً مع كل من كثافة السائل وعمق النقطة تحت سطح السائل.

ض = ج × ف × ث

تلخيص القوى و التوازن في الموائع - صفحة5

تلخيص: القوى والتوازن في الموائع

4- وفقاً لمبدأ أرخميدس، إذا غمر جسم (كلياً أو جزئياً) في سائل فإنه يتأثر بقوة دفع من السائل إلى الأعلى تساوي وزن السائل المزاح، علماً أن حجم السائل المزاح يساوي حجم الجزء المغمور كلياً أو جزئياً ويمكن التعبير عن ذلك رياضياً بالصيغة:

ق = و - وَ = ج ح ث

تمارين القوى و التوازن في الموائع

تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة1

س 1: وضعت كمية من الزيت كثافتها 800 كغ/م3 في برميل بحيث كان ارتفاع الزيت 120 سم فوق قاع البرميل. جد ضغط الزيت عند نقطة تقع على ارتفاع
50 سم فوق القاع: (اعتبر جـ = 10 م/ث2).

4000 نيوتن /م2

9600 نيوتن /م2

5600 نيوتن /م2


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة2

س 2: احسب أقصى ارتفاع يمكن أن يصل إليه الماء في مواسير أحد المباني إذا كانت أقصى قيمة ضغط تتحملها مواسير المياه هي 300000 نيوتن/م2 علماً بأن كثافة الماء 1000 كغ/م3. ( جـ = 10 م/ث2 ).

100 م

30 م

150 م


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة3

س 3: قطعة من الخشب حجمها 1000 سم3 وكثافتها 820 كغ/م3 تطفو فوق سطح ماء مالح كثافته 1020 كغ/م3. احسب حجم الجزء المغمور من قطعة الخشب في الماء:

1000 سم3

804 سم3

244 سم3


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة4

س 4: سبيكة معدنية وزنها في الهواء 380 نيوتن ووزنها وهي مغمورة في الماء 320 نيوتن. احسب حجم السبيكة علماً بأن كثافة الماء 1000 كغ/م3
( جـ = 10م/ث2 )
:

6 × 10- 3 م3

3.8 × 10- 2 م3

4 × 10- 3 م3


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة5

س 5: احسب حجم قطعة الفولاذ اللازم ربطها بقطعة من الخشب حتى تصبح القطعتان معلقتين داخل الماء إذا علمت أن حجم قطعة الخشب 200 سم3 وكثافتها 400 كغ/م3 وكثافة الفولاذ 7000 كغ/م3.

200 سم3

20 سم3

40 سم3


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة6

س 6: يستخدم الهيدرومتر لقياس:

كثافة السائل

كتلة السائل

عمق السائل


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة7

س 7: كلما زادت المساحة التي تؤثر عليها قوة ما كلما:

زاد الضغط

يبقى الضغط كما هو

قل الضغط


تمارين القوى و التوازن في الموائع - صفحة8

س 8: تؤثر قوة مقدارها 100 نيوتن على مساحة قدرها 200 سم2، جد الضغط الحاصل من هذه القوة:

10000 نيوتن/م2

5000 نيوتن/م2

2000 نيوتن/م2


إختبار القوى و التوازن في الموائع

إختبار القوى و التوازن في الموائع - اختبار

إذا كانت كثافة ماء البحر 1150 كجم/م3 فاحسب الضغط الناشىْ على غواصة على عمق 40 م (ج= 10 م/ث).


4,6×510 نيوتن/م2

4000 نيوتن/م2

120 نيوتن

4.6×510 نيوتن

ترسب البيضة الطازجة في الماء العذب لأن:


كثافتها أقل من كثافة الماء

تساوي كثافة الماء

كثافتها أكثر من كثافة الماء

ما هو المكان الأفضل لوضع خزان مياه البلدة؟


في أسفل مكان فيها

في أعلى مكان فيها

في حوض قليل ارتفاع

كرة معدنية وزنها 100 نيوتن إذا غمرت في الماء الذي كثافته 1000 كجم/م3 أصبح وزنها 50 نيوتن وإذا غمرت في سائل آخر أصبح وزنها 25 نيوتن. ما هي كثافة السائل؟


1530.6 كجم/م3

1500 كجم/م3

7.5 كجم/م3

جسم يطفو على سائل وينغمر فيه نصفه فإذا علمنا أن كثافة الجسم 1500كجم/م3 ما هي كثافة السائل؟


1500 كجم/م3

3000 كجم/م3

750 كجم/م3

غمرت كرة معدنية كتلتها 1.6 كغم ونصف قطرها 3.5 سم في سائل الجليسرين الذي كثافته 1260 كجم/م3. أوجد قوة دفع الجليسرين للكرة.


13.46 نيوتن

2.22 نيوتن

89 نيوتن

أي من الجمل التالية صحيح:


إن كثافة السائل تتناسب تناسباً عكسياً مع حجم المغمور في الجسم.

إن كثافة السائل تتناسب تناسباً طردياً مع حجم المغمور في الجسم.

لا علاقة بين كثافة السائل وتوازن الجسم في السائل.

عندما يطفو جسم على وجه السائل هذا يعني أن السائل يؤثر بقوة:


أكبر من وزن الجسم

تساوي وزن الحجم المزاح للسائل

أصغر من وزن الجسم

غواصة تقف على عمق 200 م تحت سطح ماء البحر. أوجد مقدار القوة التي يسلطها ضغط ماء البحر على باب الغواصة مستطيل الشكل والذي يبلغ طوله 2 م وعرضه 1 م ويوجد في أعلى الغواصة (كثافة ماء البحر = 1025 كجم/م3).


10.25   نيوتن

4.1×510 نيوتن

610   نيوتن


الضغط الجوي وتطبيقات عليه

الضغط الجوي و تطبيقات عليه

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة1

الفصل الخامس
الضغط الجوي و تطبيقات عليه

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة2

الضغط الجوي و تطبيقات عليه

كما رأينا في الفصل السابق أن ضغط الهواء يظهر في جميع الاتجاهات سنرى الآن كيف يساعد هذا الضغط على رفع طائرة في الهواء أو سحب كمية سائل في إناء أو دفع المياه من الآبار.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة3

قياس الضغط الجوي:

سمعت كثيراً عن الضغط الجوي فهل تعرف ما هو؟

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة4

الضغط الجوي على سطح ما ينشأ من ثقل الهواء المؤثر على السطح.

وزن عمود الهواء الرأسي الذي يمكن إقامته على وحدة المساحة التي تحتوي هذه النقطة والذي يمتد من النقطة حتى نهاية وجود الهواء.

كما ترى لمعرفة ضغط الهواء. يلزمنا معرفة طول العمود وكثافة الهواء.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة5

كيفية تحديد كثافة الهواء:

يمكننا إيجاد كتلة الكرة وهي فارغة (ك) ثم نجد الكتلة بعد ملء الكرة بالهواء (كَ).
نحصل على كتلة الهواء بايجاد الفارق بين ك و كَ.
لإيجاد كثافة الهواء نقسم كتلة الهواء الذي يملأ الكرة على حجمها.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة6

لكن كما تعلم فإن سطح الأرض ليس مستوياً ولذلك يختلف الضغط من مكان إلى آخر وعليه فإن إيجاد وزن عمود الهواء الرأسي ليس مجدياً لتعيين قيمة الضغط الجوي. كيف نعين قيمة الضغط الجوي في مكان ما إذاً؟

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة7

انظر الآن إلى هذا الشكل. ففي هذا الشكل ترى أنبوباً زجاجياً واسعاً مفتوح الطرفين وموضوعاً في حوض كبير يحوي سائلاً كالماء.
إن الهواء كما تلاحظ يضغط ضغطاً واحداً على جميع أجزاء سطح الماء، ومن ثم فإن سطح الماء يستوي داخل الأنبوب مع سطحه خارج الأنبوب.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة8

الآن إن الهواء سُحِب من داخل الأنبوب الزجاجي، أي أن الأنبوب الزجاجي قد فرغ من الهواء. ففي هذه الحالة يبقى الهواء يضغط على سطح السائل خارج الأنبوب الزجاجي. فلابدّ للسائل أن يتحرك فيندفع الماء إلى أعلى في الأنبوب الزجاجي، وبذلك يمكن لضغطي الماء في النقطتين س و ص أن يتساويا.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة9

إن الماء سيرتفع في الأنبوب، كما تتوقع، إلى علو ما. بحيث يكون الضغط الناشىء عن عمود الماء المرتفع في النقطة س مساوياً للضغط الجوي في النقطة ص. وفي هذه الحالة فإن عمود الماء المقام على وحدة المساحة عند النقطة س يوازن تماماً عمود الهواء المقام على وحدة مساحة مساوية عند النقطة ص.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة10

لعلك ترى الآن أن بالإِمكان تعيين قيمة الضغط الجوي في مكان ما عن طريق موازنته بضغط عمود من سائل ما في المكان نفسه. إن هذه الطريقة هي التي استخدمها العالم الإِيطالي (تورشلي) في تجربته المشهورة.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة11

فإذا أخذنا أنبوباً زجاجياً طوله 90 سم وملأنا الأنبوب بالزئبق مع مراعاة طرد الهواء من الأنبوب ثم أغلقنا الطرف المفتوح بإبهام اليد وقلبناه في حوض زئبق ورفعنا اصبعنا. لاحظ انخفاض مستوى الزئبق في الأنبوب. إذا قسنا بالمسطرة المترية ارتفاع عمود الزئبق في الانبوب فوق مستوى الزئبق في الحوض نكون قد قسنا الضغط الجوي.

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة12

تجربة تورشلي :
يمكنك من إجراء هذه التجربة وتجارب مماثلة لها أن تتوصل إلى أن طول عمود الزئبق يختلف من وقت لآخر في المكان الواحد، ومن مكان لمكان في الوقت الواحد، تماماً كما تختلف كثافة الهواء كما أشرنا إلى ذلك سابقاً. وبسبب هذا الاختلاف في طول عمود الزئبق باختلاف الزمان والمكان، وبالتالي الاختلاف في قيمة الضغط الجوي، فإن العلماء حددوا قيمة معيارية للضغط الجوي تبلغ 76 سم زئبق وهي قيمة الضغط الجوي على سطح البحر في الظروف الاعتيادية.

تجربة

الضغط الجوي و تطبيقات عليه - صفحة13

معرفة كيفية عمل البارومترات

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة1

معرفة كيفية عمل البارومترات:


أمعن النظر في هذا الجهاز إنه الجهاز الذي استخدم في تجربة تورشلي ويسمى هذا الجهاز بالبارومتر الزئبقي. لكن كما ترى لا يمكن استخدام هذا الجهاز عملياً في أي مكان بالإضافة إلى بعض الصعوبات مثل وجود فقاعات من الهواء في فراغ تورشلي أو تمدد الزئبق بالحرارة.

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة2

لذلك نشأت الحاجة إلى بارومتر سهل الاستخدام والنقل أي بارومتر لا يحتوي على سائل فكان هذا البارومتر المعدني:

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة3

وكما ترى فإن البارومتر المعدني يتكون من غرفة معدنية مصنوعة من الصفائح الفولاذية المكبوسة بعضها فوق بعض كبساً جيداً. وهذه الغرفة المعدنية مرنة تعمل كزنبرك وهي قابلة للحركة إلى أعلى وأسفل، كما أنها مفرغة من الهواء. ويتصل بالغرفة المعدنية زنبرك يمنعها من التحطم بسبب تفريغها من الهواء، وهذا الزنبرك متصل بسلسلة من الروافع (لتكبير الحركة) ثم تتصل الروافع بمؤشر يتحرك على تدريج.

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة4

فعندما يزداد الضغط الجوي تتقلص الغرفة المعدنية أي تتحرك إلى أسفل، وعندما ينخفض الضغط الجوي تتمدد الغرفة المعدنية وتندفع إلى أعلى، وتنقل حركة الغرفة المعدنية بواسطة الزنبرك وسلسلة الروافع إلى المؤشر الذي يبين قيمة الضغط الجوي. ويدرج البارومتر المعدني عادة بمقارنته ببارومتر زئبقي.

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة5

الألتميتر:

ويستخدم الألتميتر لقياس الإرتفاع عن سطح البحر. فقد جعل الله الضغط الجوي ينخفض في طبقات الجو مع الإرتفاع بمعدل (1 مليبار) أي مائة نيوتن/م2 لكل10م من الارتفاع فوق سطح البحر. أي إن ارتفاع أي موقع عن سطح البحر نستطيع حسابه من القانون التالي:

إرتفاع الموقع = (الضغط عند السطح البحر - الضغط في الموقع) × 10

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة6

مثال:
إذا كان الضغط الجوي في الرياض 950 مليبار فما هو ارتفاع الرياض عن سطح البحر؟

معرفة كيفية عمل البارومترات - صفحة7

مثال
إذا كان الضغط الجوي في الرياض 950 مليبار فما هو ارتفاع الرياض عن سطح البحر؟

الحل
ارتفاع الرياض = (الضغط عند سطح البحر - الضغط في الرياض) × 10
               = (1013 - 950) × 10
               = 63 × 10 = 630 متراً.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة1

معرفة أسباب ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة:


كما ترى هنا وكما تعرف من تجاربك اليومية فإن السائل لا يجر من الأوعية المملوءة ماءً بالرغم من وجود ثقب في أسفل الوعاء في حين وجود ثقب في الأعلى والأسفل فإن السائل يتدفق بسهولة. ما سبب ذلك؟

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة2

في الإناء الأول الضغط على النقطة س هو ضغط عمود السائل وهو غالباً ما يكون أقل من الضغط الجوي في حين ثقب الإناء من الطرفين فإن النقطة س تتعرض لضغط من عمود السائل ومن الهواء أي الضغط الجوي.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة3

كما ترى، فإن الضغط الجوي يعيق تدفق السائل من الأواني الممتلئة به. كذلك يُعيق الضغط الجوي انتقال السوائل بين الأواني التي تختلف فيها ارتفاعات أو مستويات هذه السوائل عند وصل هذه الأواني بعضها ببعض.


انظر في هذا الشكل ترى وعاءين متشابهين يحويان ماء، كما ترى أن مستوى الماء في الوعاء (أ) هو أعلى من مستواه في الوعاء (ب).

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة4

عند وصل هذين الوعائين من ثقبيهما بأنبوب من المطاط ضيق جداً محاولاً قدر الإِمكان عدم تسرب الماء إلى داخل الأنبوب المطاطي. وبذلك يكون الوعاءان متصلين بأنبوب مملوء بالهواء.
الماء لا يجري بين الوعاءين. إن السائل لا يجري إلا إذا سحب شيء من الهواء في أنبوب المطاط بحيث يصبح ضغط الهواء في أنبوب المطاط ذا قيمة قليلة إلى درجة يتغلب عليه ضغط الماء عند الثقب في الوعاء (أ). فعندها يتدفق الماء من ثقب الوعاء (أ) وينتقل في الوعاء (ب).

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة5

إن سحب الهواء من الأنبوب يخفف ضغط الهواء في داخله، مما يتسبب عنه اندفاع الماء في الأنبوب.
إن الشيء نفسه يمكن قوله عن ارتفاع السائل في القطارة، فعند الضغط على قطعة المطاط في أعلى القطارة يطرد شيء من الهواء داخلها فيخف ضغط الهواء فيها، وعند إزالة الضغط عن قطعة المطاط يرتفع شيء من السائل، وإذا ما أريد سحب كمية أكبر من السائل يعاد الضغط على قطعة المطاط ليُطردَ مزيد من الهواء منها فيخف فيها أكثر ضغط الهواء.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة6

كذلك ينطبق القول نفسه على فعل السحب في الشفاط (Siphon) ، فإن الماء لا يرتفع في الشعبة (أ) من الشفاط إلا عند سحب شيء من الهواء فيه وبالتالي تخفيف ضغط الهواء فيه.

ولعلك ترى أن ضغط الهواء في الشفاط ينبغي أن يخفف إلى درجة كافية ليرتفع الماء في الشعبة (أ) إلى أعلاها وعندها يتدفق الماء في الشعبة (ب) بفعل الجاذبية الأرضية.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة7

كما ترى في هذا الشكل فإن المضخة الماصة تتألف من أنبوب طويل (جـ) متصل بأسطوانة يتحرك فيها بواسطة ذراع مكبس محكم الاتصال بجدران الأسطوانة. وفي نهاية الأنبوب صمام (ب) لا يفتح إلا إلى أعلى، كما في المكبس صمام آخر (أ) لا يفتح إلا إلى أعلى كذلك.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة8

فعند إِنزال المكبس في الأسطوانة يحصر الهواء في الأسطوانة فيزداد ضغطه ويفتح صمام المكبس (أ) فيخرج الهواء. وعند سحب المكبس إلى أعلى يقل الضغط في الأسطوانة أكثر فيفتح صمام الأنبوب (ب) لأن ضغط الهواء فيه أعلى من ضغط الهواء في الأسطوانة، فينتقل بذلك بعض هواء الأنبوب إلى الأسطوانة مما يؤدي إلى هبوط في ضغط الهواء في الأنبوب الأمر الذي ينشأ عنه ارتفاع بعض الماء في الأنبوب.

ارتفاع السائل في الأنابيب المفرغة - صفحة9

وهكذا فباستمرار إنزال المكبس في الأسطوانة وسحبه إلى أعلى يستمر ارتفاع الماء في الأنبوب بسبب الفرق المتزايد بين ضغط الهواء في الأنبوب وضغطه على سطح الماء في البئر خارج الأنبوب، حتى يمتلىء كل الأنبوب وجزء من الأسطوانة لغاية الفتحة (د)، وعندها ينسكب الماء من الفتحة في الأسطوانة بفعل الجاذبية الأرضية.

توازن الأجسام في الهواء الساكن

توازن الأجسام في الهواء الساكن - صفحة1

العلاقة بين قوة الطفو وتوازن الأجسام في الهواء الساكن:

انظر إلى هذه البالونات في الهواء ألا يشبه ارتفاعها ارتفاع قطعه الخشب في الماء.

توازن الأجسام في الهواء الساكن - صفحة2

لعلك تذكر من الفصل السابق أن الأجسام التي تغمر في سائل تعاني من قوة تدفعها إلى أعلى تسمى بقوة الطفو أو الدفع إلى أعلى. ولعلك تذكر أيضاً أن هذه القوة تنشأ عن اختلاف ضغط السائل مع الارتفاع.

توازن الأجسام في الهواء الساكن - صفحة3

إن الشيء نفسه يمكن قوله على الأجسام التي تغمر في الهواء؛ فهي تتعرض لقوة تدفعها إلى أعلى. وتسمى هذه القوة بقوة الطفو أو الدفع إلى أعلى. ويمكننا أن نعمم مبدأ أرخميدس ليشمل السوائل والغازات على النحو التالي:

عندما ينغمر جسم في مائع، فإن الجسم يتعرض لقوة طفو يساوي مقدارها ثقل حجم من المائع يعادل حجم الجزء المغمور من الجسم في المائع.

توازن الأجسام في الهواء الساكن - صفحة4

وكما هي الحال في السوائل، فإن الجسم المغمور يرتفع في الهواء أو يعلق ويرسب فيه وفق الشروط التالية:
أ - إذا كان ثقل الجسم أكبر من قوة دفع الهواء له إلى أعلى يرسب الجسم، أي يسقط إلى الأرض.
ب - إذا كان ثقل الجسم معادلاً لقوة دفع الهواء له إلى أعلى يعلق الجسم في الهواء.
جـ - إذا كان ثقل الجسم أقل من قوة دفع الهواء له إلى أعلى يرتفع الجسم في الهواء.

تلخيص الضغط الجوي وتطبيقات عليه

تلخيص الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة1

تلخيص الفصل الخامس
الضغط الجوي وتطبيقات عليه

تلخيص الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة2

تلخيص
الضغط الجوي وتطبيقات عليه

- ينشأ الضغط الجوي من جذب الأرض لكتلة الهواء في الغلاف الجوي.
- الضغط الجوي في نقطة ما هو ثقل عمود السائل الرأسي الذي يمكن إقامته على وحدة مساحات حول النقطة والذي يوازن عمود الهواء الرأسي على وحدة المساحات عند النقطة نفسها.
- يستخدم البارومتر لقياس الضغط الجوي ويمكن استعمال النيوتن/م2، باسكال أو المليبار (أو البار) كوحدات للضغط الجوي.
- يرتفع السائل في الأنابيب إذا سحب الهواء من الأنبوب.
- عندما ينغمر جسم في مائع، فإن الجسم يتعرض لقوة طفو يساوي مقدارها ثقل حجم من المائع يعادل حجم الجزء المغمور من الجزء المائع.

تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه

تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة1

س 1: إذا كان الماء هو السائل المستعمل في البارومتر المبني في الشكل , فكم سيكون ارتفاع الماء في البارومتر عند ضغط جوي واحد؟

(كثافة الماء = 1000 كغ/م3, كثافة الزئبق = 13600 كغ/م3).


5.6 م

1.2 م

10.3 م


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة2

س 2: ما مقدار الضغط المطلق لنقطة على عمق 30 م من سطح بحيرة‚
(كثافة الماء = 1000 نيوتن/م2, الضغط الجوي = 1.013 × 510 نيوتن/م2, جـ = 10م/ث2).


101600 نيوتن/م2

401300 نيوتن/م2

300000 نيوتن/م2


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة3

س 3: بارومتر موضوع على قمة جبل ارتفاعه 3000 متر عن سطح البحر.
جد مقدار الضغط الجوي عند قمة الجبل إذا كان الضغط الجوي عند سطح البحر 1013 مليبار.


713 مليبار

1313 مليبار

987 مليبار


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة4

س 4: إذا وضع بارومتر في غرفة مفرغة من الهواء عند سطح البحر, فإن ارتفاع الزئبق فيه يكون:


76 سم زئبق

صفر

100 سم زئبق


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة5

س 5: بالون أرصاد جوية حجمه 200 لتر, مملوء بغاز الهيدروجين كتلة البالون والأجهزة المعلقة فيه 200 غ, فإذا علمت أن كثافة الهواء تساوي 1.3 كغ/م3, وكثافة الهيدروجين 0.9 كغ/م3.
1 ـ احسب مقدار قوة الطفو المؤثرة في البالون: (جـ = 10م/ث2).


2.6 نيوتن

2 نيوتن

5.2 نيوتن


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة6

2 ـ إذا صعد البالون إلى ارتفاع 600 م ثم توقف , فما مقدار كثافة الهواء على هذا الارتفاع, على فرض أن حجم البالون بقي ثابتاً:


0.65 كغ/م3

1.3 كغ/م3

0.98 كغ/م3


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة7

س 6: يستخدم الألتميتر:


لقياس الارتفاع عن سطح البحر.

لقياس الضغط الجوي.

لقياس ضغط السوائل.


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة8

س 7: عند الصعود عن سطح البحر:


يزداد الضغط الجوي.

لا يتأثر الضغط الجوي.

يقل الضغط الجوي.


تمارين الضغط الجوي وتطبيقات عليه - صفحة9

س 8: قيس الضغط الجوي في قرية جبلية فوجد أنه يساوي 890 مليبار.
جد ارتفاع هذه القرية عن سطح البحر إذا علمت أن الضغط عند مستوى سطح البحر يساوي 1013 مليبار.


123 م

1230 م

890 م


اختبار الضغط الجوي وتطبيقات عليه

اختبار الضغط الجوي وتطبيقات عليه - اختبار

طائرة تحلق في الجو وجد قائدها أن الضغط الجوي لديه هو 613 مليباراً. فما هو ارتفاع الطائرة عن سطح البحر؟


4000 مليباراً

400 مليباراً

2028 مليباراً

طائرة تطير على ارتفاع 4000 م فوق سطح البحر. احسب مقدار الضغط الجوي إذا علمت أن الضغط الجوي على سطح البحر هو 1015 مليباراً؟


1415 مليباراً

615 مليباراً

4615 مليباراً

إذا كان الضغط الجوي في الرياض 950 مليباراً فما هو ارتفاع الرياض عن سطح البحر؟


6300 متراً

630 متراً

6.30 متراً

يتميز الغلاف الجوي للأرض بالخصائص التالية:


ازدياد الكثافة كلما ارتفعنا عن سطح البحر

تناقص الضغط الجوي بمعدل 1 مليبار لكل 10 م إرتفاع عن سطح البحر.

عدم تغير كثافته

ما الذي يساعد على رفع الماء من خزان في الطابق الأرضي إلى سطح البناء؟


القطارة

الشفاط

المضخة الماصة

كل ما سبق

يرتفع الماء من المستودع "ع" إلى المستودعين س، ص في حالة سحب الهواء خارج:



الفتحة "أ"

الفتحة "ب"

الفتحتين "ب" و"ج"

يستمر ارتفاع البالون عندما


تقل كثافته عن كثافة الهواء الجوي

يكون قوة الضغط عليه من أسفل أقل

تقل قوة الدفع عن مقدار وزنه

قيمة الضغط الجوي المعياري


1013 مليباراً

1013 باراً

1.013 مليباراً

عندما تصبح كثافة الهواء الجوي مساوية لكثافة البالون


يتوقف ارتفاع البالون

ينخفض البالون

يزداد ارتفاع البالون

البار الواحد يعادل:


مئة ألف نيوتن/م2

3000 نيوتن/م2

1013 نيوتن/م2


خواص السائل

خواص السائل

خواص السائل - صفحة1

الفصل السادس
خواص السائل

خواص السائل - صفحة2

إن أجزاء الجامد كما تعرف متماسكة بقوة بعضها مع بعض، فلا تتحرك أو تنزلق هذه الأجزاء بعضها على بعض، ولذلك يحتفظ الجامد بشكل وحجم ثابتين، أي إن حجمه وشكله لا يتغيران بتغيير السطح الذي يلامسه، أو الوعاء الذي يوضع فيه.

خواص السائل - صفحة3

أما الغاز، كما تعرف. فأجزاؤه مفككة أي إنها ضعيفة جداً في تماسكها، ولذلك تتحرك أجزاؤه في جميع الاتجاهات، ولا يحتفظ الغاز بحجم وشكل ثابتين. أي إن حجم الغاز وشكله يتغيّران بتغيير الإِناء الذي يملأ فيه الغاز. ولذلك يقال: إن الغاز مفكك التركيب.

خواص السائل - صفحة4

السائل فهو وسط بين الجامد والغاز، فأجزاؤه ليست مفككة كما هي الحال في الغاز، وليست متماسكة بقوة بعضها مع بعض كما هي الحال في الجامد، وإنما هي متماسكة إلى درجة تسمح لها بالتحرك أو

الانزلاق بعضها على بعض، ولذلك يحتفظ السائل بحجم ثابت فقط، ويتغير شكله كما هي الحال في الغاز بتغيّر شكل الإِناء الذي يوضع فيه. ويقال إن للسائل تركيباً وسطاً في تماسكه وثباته بين تركيب الجامد والغاز.

خواص السائل - صفحة5

فهم النظرية الحركية للمادة Kinetic theory of matter.

لماذا يبدو السائل أقل تماسكاً من الجامد؟

خواص السائل - صفحة6

لابدّ لنا لفهم خواص المادة وسلوكها من اللجوء إلى النظرية الحركية للمادة
(Kinetic theory of matter).
فالنظرية الحركية للمادة كغيرها من النظريات العلمية بنيت لتفسير سلوك المادة والأحداث والظواهر المرتبطة لها. المادة تتألف من وحدات بناء صغيرة جداً تسمى الجزيئات.

خواص السائل - صفحة7

وبموجب هذه النظرية فإن جزيئات المادة الواحدة تجذب بعضها بعضاً وهي في حركة دائمة مستمرة. ففي حالة الغاز تكون قوة الجذب بين جزيئات الغاز ضعيفة جداً ولذلك تتحرك هذه الجزيئات في جميع الاتجاهات وبحرية تامة تقريباً، الأمر الذي يكسب الغاز صفة الانتشار ولا يكون له لذلك حجم أو شكل ثابت.

خواص السائل - صفحة8

وفي حالة الجامد، فإن قوى الجذب بين الجزيئات تكون كبيرة جداً ولذلك تكون حركة الجزيئات الجامدة مقيدة جداً، فهي لا تغادر أمكنتها وإنما تهتز أو تتذبذب حولها، ولكون قوى الجذب بين الجزيئات قوية جداً فإن الجامد يبقى متماسكاً، ويحتفظ بحجم وشكل ثابتين.

خواص السائل - صفحة9

في حالة السوائل، فإن قوى الجذب بين الجزيئات قوية، ولكنها أقل قوة من قوى الجذب بين جزيئات الجامد، ولذلك لا تكون حركة هذه الجزيئات مقيدة جداً كما في الجامد، وإنما هي حركة شبه مقيّدة تنتقل عن طريقها الجزيئات

من أماكنها ولكن ضمن الحجم المحدد للسائل أما شكلها فيتغير بتغيّر الإِناء الذي يوضع فيه.
وتسمى قوى الجذب بين جزيئات المادة الواحدة بقوى التماسك (Cohesion forces).

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي)

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة1

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي):

خاصية التوتر السطحي والظواهر الناشئة عنه:

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة2

ما الذي يجعل نقطة الماء تسقط بهذا الشكل؟
هل سطح السائل الساكن مشدود ومتماسك؟ ما الذي يشده؟

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة3

سنتعرف هنا على التوتر السطحي، انظر كيف يطفو الدبوس على سطح الماء عند سقوطه بلطف بعد سحب السلك. ما الذي يجعل الدبوس يطفو بالرغم من أن الدبوس أكثف من الماء؟

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة4

إن سطح الماء يبدو متماسكاً ومشدوداً وهذه خاصية للسائل تعرف بخاصية التوتر السطحي المشدود. فوضع الدبوس على سطح الماء يتسبب في انبعاج سطح الماء ولو لم يكن سطح الماء مشدوداً لما حدث هذا الانبعاج اللطيف.

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة5

انظر كيف تتجه عيدان الثقاب للورق عندما تلامس سطح الماء والآن انظر كيف تبتعد العيدان عند ملامسة الصابون سطح الماء هذا يدل على أن سطح السائل يبدو متماسكاً ومشدوداً كما لو كان غشاء مرناً.

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة6

ما هو سبب توتر سطح السائل؟

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة7

كما تعلم أن هناك قوى جذب بين جزئيات السائل تسمى بقوة التماسك
(Cohesion force) تعمل على تماسك جزيئات السائل بعضها مع بعض.
لاحظ الجزيء (أ) المأخوذ في وسط السائل ينجذب إلى كل جزيء من جزيئات السائل الأخرى القريبة منه والمنتشرة حواليه بانتظام وعلى البعد نفسه تقريباً في جميع الاتجاهات.

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة8

ورغم كون هذا الجزيء منجذباً إلى الجزيئات الأخرى المحيطة به، إلا أن قوى الجذب المؤثرة عليه تتعادل ويلغي بعضها تأثير البعض الآخر. أما الجزيء (ب) المأخوذ من سطح السائل، فلا تحيط به الجزيئات من جميع الاتجاهات كما هي الحال بالنسبة إلى الجزيء (أ)، وتتسبب الجزيئات المحيطة به في جذبه رأسياً إلى أسفل.

التوترالسطحي للسائل (الشد السطحي) - صفحة9

وينطبق هذا على بقية الجزيئات في سطح السائل. فكل جزيء منها يبدو بفعل قوى جذب الجزيئات له كأنه مجذوب رأسياً إلى أسفل.
إن كون جزيئات سطح السائل الساكن مجذوبة رأسياً إلى أسفل بفعل جزيئات السائل الأخرى المجاورة لها يتسبب في ظهور شدّ أو توتّر في سطح السائل. ويعرف التوتر السطحي على أنه ظاهرة تنشأ عن قوى التماسك المؤثرة على جزيئات سطح السائل، مما يجعل سطح السائل يعمل كغشاء رقيق مرن مشدود.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة1

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل:

كيف يمكن لسطح السائل الساكن أن يرفع دبوساً أكثف من الماء؟
كيف تسقط قطرة الماء بشكل شبه دائري؟

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة2

لاحظ كيف يزيد الصابون قوى التلاصق ويقلل قوى التماسك بين جزيئات الماء مما يسبب شد حلقة الخيط إلى الخارج، فتأخذ الشكل الدائري.

تجربة

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة3

ظواهر ناشئة عن التوتر السطحي

الآن دعنا نرى كيف يبدو سطح السائل من حيث شكله بسبب التوتر السطحي.
لماذا تختلف أشكال قطرات السوائل عند وضعها على لوح الزجاج؟

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة4

إن قطرات السائل التي توضع على اللوحة الزجاجية تميل إلى التكوّر أي إلى أن تأخذ شكلاً قريباً من شكل الكرة. فقطرة الزئبق تبدو كرة كاملة تقريباً وبإمكانك دحرجتها على اللوحة الزجاجية بدبوس. أما القطرات من السوائل الأخرى فلا تأخذ شكل الكرة تماماً وإنما أشكالاً متكورة بعضها قريب من شكل الكرة كما في الماء، وبعضها بعيد عن شكل الكرة كشكل طاقية كما في الغول.
إن التوتر السطحي للسائل هو الذي يتسبب في جعل قطرة السائل تميل إلى التكور. فالتوتر السطحي يعمل على شدّ سطح قطرة السائل وتقليصه حتى يأخذ سطح القطرة أقل مساحة ممكنة.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة5

لماذا لا يكون شكل قطرات السوائل الأخرى (غير الزئبق) كرات تامة؟

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة6

لعلك تذكر من خبرتك أن السوائل تختلف في تبليلها للسطوح التي تصب عليها أو تلامسها. فالماء يبلل يدك عندما تلمسه، كذلك الغول، وغير الماء والغول الكثير من السوائل، أمّا الزئبق فلا يعلق بيدك ولا يبللها. إن تبليل السائل للسطح يعني أو يدل على وجود قوى جذب بين جزيئات السائل وجزيئات السطح الذي يلامسه. وهذه القوى تسمى بقوى التلاصق: (Adhesion forces).
إن قوى التلاصق هذه تعمل على إلصاق السائل بالسطح أي على فرش السائل، فتقاوم بذلك محاولة شد جزيئات السائل بعضها إلى بعض، أي إنها تقاوم في عملها قوى التماسك التي مرّ ذكرها لك.


  

  

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة7

وهكذا فإن السائل يؤثّر عليه نوعان من القوى: قوى تعمل على شدّ سطحه وتظهر في توتّر سطح السائل وتكويره وقوى تعمل على إلصاق السائل بالسطح الذي يلامسه أي على منع تكويره.

إن تبليل السائل لسطح ما يعتمد إذن على الموازنة بين هذين النوعين من القوى. فعندما تتغلب قوى التماسك كثيراً على قوى التلاصق، أي عندما تكون قوى التماسك كبيرة جداً بالمقارنة مع قوى التلاصق، يبدو كأن السائل لا يبلل السطح الذي يلامسه.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة8

أما إذا كانت قوى التماسك ليست كبيرة بالمقارنة مع قوى التلاصق، فإن السائل يبلل السطح الذي يلامسه.

ويمكننا قول الشيء نفسه بالنسبة إلى الشكل الذي تأخذه قطرة السائل. ففي حالة الزئبق تتغلب قوى التماسك كثيراً على قوى التلاصق، فتأخذ قطرة الزئبق شكل الكرة تقريباً. أما في حالة الماء فإن قوى التماسك ليست كبيرة جداً بالمقارنة مع قوى التلاصق، ولذلك تأخذ شكلاً قريباً من شكل الكرة.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة9

ظاهرة عدم استواء سطح السائل:

(ظاهرة عدم استواء سطح الماء)

كيف يكون شكل سطح كمية كبيرة من السائل؟

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة10

إن التوتر السطحي الذي ينشأ عن قوى التماسك يعمل على جعل سطح السائل يميل إلى التكور، بينما تَعْمل قوى التلاصق بين دقائق السائل والسطح الذي يلامسه على مقاومة ميل سطح السائل إلى التكور. إن الشكل الذي يأخذه السائل يتوقف على تأثير قوى التماسك والتلاصق معاً.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة11

ففي حالة الزئبق، تكون قوى التماسك بين ذرات الزئبق كبيرة جداً بالمقارنة مع قوى التلاصق بين ذرات الزئبق وجزيئات جدران الإِناء، ولذلك يميل سطح الزئبق قريباً من جدران الإِناء إلى التكوّر كما هو الحال في ميل قطرة الزئبق إلى التكوّر، وهكذا يبدو سطح الزئبق في الإِناء متحدباً. ويزداد وضوح تحدب سطح الزئبق كلما قل سمك الإِناء.


       

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة12

أما في الماء، فإن قوى التماسك بين جزيئات الماء ليست كبيرة بالمقارنة مع قوى التلاصق بين جزيئات الماء وجدران الإِناء. إن قوى التلاصق بين جزيئات الماء وجدران الإِناء قوية إلى حد أنها تجعل شيئاً من الماء يتسلق جدران الإِناء. ولذلك يظهر سطح الماء قريباً من جدران الإِناء كأنه متسلق للجدران ويكون مقعّراً.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة13

الظاهرة الشعرية:

الظاهرة الشعرية هي ظاهرة أخرى تنشأ من التوتر السطحي للسائل.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة14

إن ارتفاع (أو انخفاض) سطح السائل في الأنابيب الدقيقة (الشعرية) فوق (أو دون) مستواه يعرف بالظاهرة الشعرية.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة15

وفي الظاهرة الشعرية يزداد ارتفاع (أو انخفاض) السائل فوق (أو دون) مستواه بنقصان سُمك الأنبوب الشعري (أو قطره)، كما سبق لك أن لاحظت في النشاط السابق.
إن الظاهرة الشعرية من الظواهر التي جعلها الله في الطبيعة بحكمته وقدرته. فالنباتات تساعدها هذه الظاهرة في رفع الماء من الجذر إلى الأوراق.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة16

وتجدر الإشارة هنا إلى أن هناك ظاهرة شبيهة بالظاهرة الشعرية يرتفع السائل فيها في الأنابيب وتسمى الظاهرة الاسموزية وقد درست هذه الظاهرة في كتاب الأحياء وهي: انتقال المذيب من محلول إلى آخر يزيد عنه في التركيز عبر غشاء مسامي يفصل بين المحلولين.
فالظاهرة الشعرية منشؤها من قوى التلاصق والتوتر السطحي أما الظاهرة الاسموزية فمنشؤها اختلاف تراكيز المحاليل.

الظواهر الناشئة عن التوتر السطحي للسوائل - صفحة17

تلخيص خواص السائل

تلخيص خواص السائل - صفحة1

تلخيص الفصل السادس
خواص السائل

تلخيص خواص السائل - صفحة2

تلخيص خواص السائل

- في ضوء النظرية الحركية للمادة، يعتبر الجامد تركيباً ثابتاً ومستقراً من الجزيئات، أما الغاز فيعتبر تركيباً مفككاً من الجزئيات. أما السائل فهو وسط في ثبات تركيب جزيئاته بين الجامد والغاز.

تلخيص خواص السائل - صفحة3

- هناك نوعان من قوة الجذب بين جزيئات المادة:
الجذب بين جزيئات المادة الواحدة يسمى تماسكاً.
أما الجذب بين جزيئات المواد المختلفة فيعرف بقوى التلاصق.

تلخيص خواص السائل - صفحة4

- هناك نوعان من قوة الجذب بين جزيئات المادة:
الجذب بين جزيئات المادة الواحدة يسمى تماسك.
أما الجذب بين جزيئات المواد المختلفة فيعرف بقوى التلاصق.

- إن لسطح السائل الساكن خاصية تعرف بخاصية التوتر السطحي أو الشد السطحي.

تلخيص خواص السائل - صفحة5

- يبلل السائل سطحاً ما إذا ما كانت قوى التلاصق بين جزيئات السائل والسطح أكبر من قوى التماسك بين جزيئات السائل.

تلخيص خواص السائل - صفحة6

- يبلل السائل سطحاً ما إذا ما كانت قوى التلاصق بين جزيئات السائل والسطح أكبر من قوى التماسك بين جزيئات السائل.

- يختلف شكل سطح السائل باختلاف السائل والسطح فقد يكون محدباً أو مقعراً.

تلخيص خواص السائل - صفحة7

- يبلل السائل سطحاً ما إذا ما كانت قوى التلاصق بين جزيئات السائل والسطح أكبر من قوى التماسك بين جزيئات السائل.

- يختلف شكل سطح السائل باختلاف السائل والسطح فقد يكون محدباً أو مقعراً.

- يعتمد ارتفاع (أو انخفاض) السائل في الأنابيب الشعرية على التوتر السطحي للسائل حيث يزداد بازدياده، وعلى قطر الأنبوب حيث يزداد بنقصانه.

تمارين خواص السائل

تمارين خواص السائل - صفحة1

س1: تطفو شفرة الحلاقة على سطح الماء, وتسمى هذه الظاهرة:


ظاهرة ارخميدس

الخاصية الشعرية

التوتر السطحي


تمارين خواص السائل - صفحة2

س 2: أي من الأنابيب تحتوي الماء؟


(1)

(2)

(3)



تمارين خواص السائل - صفحة3

س 3: كلما ازداد قطر الأنبوب الشعري كلما:


ازداد ارتفاع الماء.

ازداد انخفاض الزئبق.

قل انخفاض الزئبق.


تمارين خواص السائل - صفحة4

س 4: إذا وضع قضيب من الزجاج في الماء فإنه لا يبتل لأن:


قوى التماسك أصغر من قوى التلاصق.

قوى التماسك أكبر من قوى التلاصق.

قوى التماسك تساوي قوى التلاصق.


تمارين خواص السائل - صفحة5

س 5: إن إضافة الصابون للماء تعمل على ...... بين جزيئات الماء نفسها.


زيادة قوى التماسك وتقليل قوى التلاصق.

زيادة قوى التلاصق وتقليل قوى التماسك.

زيادة المسافة.


تمارين خواص السائل - صفحة6

س 6: في الحالة الغازية تكون قوة الجذب بين جزيئات الغاز.


قوية.

متوسطة.

ضعيفة.


تمارين خواص السائل - صفحة7

س 7: تتكور قطرة الماء الساقطة من الصنبورة بسبب:


قوى التماسك.

التوتر السطحي.

قوة الجاذبية.


تمارين خواص السائل - صفحة8

س 8: صعود الماء من داخل التربة إلى سطحها مثال على:


الخاصية الشعرية.

التوتر السطحي.

قوى التماسك.


اختبار خواص السائل

اختبار خواص السائل - اختبار

إن التوتر السطحي للماء يقل بـ:


ارتفاع درجة حرارة الماء

انخفاض درجة حرارة الماء

عدم إضافة الصابون

ظاهرة شبيهة بالظاهرة الشعرية هي:


التوتر السطحي

الاسموزية

التلاصق

يزداد ارتفاع السائل في الانبوب الشعري


بزيادة قطر الانبوب

بنقصان قطر الانبوب

بانخفاض التوتر السطحي للسائل

إن قوى الجذب بين جزيئات السائل وجزيئات السطح الذي يلامسه تعرف بـ:


قوى التلاصق

قوى التماسك

قوى التوتر

على ماذا يعتمد شكل قطرة السائل؟


على نسبة قوى التلاصق إلى قوى التماسك

على زيادة التوتر السطحي

على درجة حرارة السائل

على قوى التماسك

تقل درجة تكور قطرة الزئبق عندما تزداد قوة:


التماسك بين حزيئاته

التلاصق بين جزيئاته وجزيئات السطح

التماسك والتلاصق معاً

التوتر السطحي في السائل الساكن يعمل على جعل سطح السائل


مشدوداً

منحني إلى أسفل

مستوياً

تستطيع أن ترى صورتك على سطح الماء الساكن بسبب:


الخاصية الشعرية للماء

تماسك جزئيات الماء

خاصية التوتر السطحي للماء

عند ازدياد قوة التلاصق عن قوة التماسك


يقل تبلل السطح بالماء الملامس له

يزداد تبلل السطح بالماء الملامس له

لا تتأثر السطوح الملامسة للسائل


الفيزياء - 3-1

ميكانيكا الموائع السكونية

تعريف الموائع

تعريف الموائع - صفحة1

الفصل الأول:
ميكانيكا الموائع السكونية

تعريف الموائع - صفحة2

أهداف الفصل الأول
بعد دراسة هذا الفصل يتوقع من التلميذ أن يكون قادراً على أن:
1- يعرَف المائع.
2- يذكر العوامل التي يعتمد عليها ضغط السائل عند أي نقطة داخله.
3- يحسب الضغط المطلق والضغط المعياري لمائعٍ محصور.
4- يفسر عمل المانومتر.
5- يذكر نص مبدأ باسكال.
6- يفسر مبدأ عمل المكبس وكابح السيارة على ضوء مكبس باسكال.
7- يذكر نص قاعدة أرخميدس للأجسام الطافية والمغمورة.
8- يفسر مبدأ عمل كل من (السفينة والغواصة والمنطاد والهيدرومتر) على ضوء قاعدة أرخميدس.

تعريف الموائع - صفحة3

ميكانيكا الموائع السكونية:

ميكانيكا الموائع من العلوم المهمة لما لها من تطبيقات كثيرة في حياة الإنسان, فبناء السدود وصناعة السفن والطائرات والغواصات إلى حركة المياه وسريان الدم في الأوعية الدموية, وحركة الأمواج في البحار, بالإضافة إلى حركة السوائل في معظم الأجهزة مثل ماكينة السيارة... إلخ, تدخل كلها ضمن دراسة هذا العلم.

تعريف الموائع - صفحة4

أولاً : الموائع :

تعريف الموائع - صفحة5

أولاً : الموائع :

توجد بين جزيئات المادة قوى تماسك، وتتفاوت هذه القوى بين مادة ومادة، وبين حالة وحالة .

تعريف الموائع - صفحة6

فالمادة في الحالة الجامدة تتمتع بقوى تماسك كبيرة بين جزيئاتها، مما يجعل جزيئات المادة تهتز في مساحة ضيقة ويجعل المسافات بينها صغيرة. فهذا يجعل المادة تحافظ على حجمها وشكلها.

تعريف الموائع - صفحة7

وتكون قوى التماسك ضعيفة في الحالة السائلة، وضعيفة جداً في الحالة الغازية،

تعريف الموائع - صفحة8

وتكون قوى التماسك ضعيفة في الحالة السائلة، وضعيفة جداً في الحالة الغازية،

مما يجعلها سهلة الاستجابة لتأثير القوى الخارجية التي تحاول تغيير شكلها مما يجعلها تتصف بالجريان (للسوائل) أو الانتشار (للغازات). ومن هنا سميت السوائل والغازات بالموائع .

ضغط السوائل

ضغط السوائل - صفحة1

ثانياً : ضغط السوائل

ضغط السوائل - صفحة2

ثانياً : ضغط السوائل

الضغط هو القوة العمودية على وحدة المساحة

ض = ق
س

حيث ق = القوة العمودية على المساحة س .

ضغط السوائل - صفحة3

ثانياً : ضغط السوائل

الضغط هو القوة العمودية على وحدة المساحة:

ض = ق
س

حيث ق = القوة العمودية على المساحة س .

ض= الضغط ووحدته (نيوتن/م2) وتسمى باسكال (وفقاً لنظام الوحدات العالمي SI).

ضغط السوائل - صفحة4

لنأخذ سائلاً في حالة السكون، فإن ضغط السائل على مساحة صغيرة
س على عمق ف هو:

ض = ق

س

ضغط السوائل - صفحة5

لنأخذ سائلاً في حالة السكون، فإن ضغط السائل على مساحة صغيرة س على عمق ف هو:

ض = ق

س

حيث ق تساوي وزن عمود السائل (و) فوق المساحة
س.

ضغط السوائل - صفحة6

لنأخذ سائلاً في حالة السكون، فإن ضغط السائل على مساحة صغيرة س على عمق ف هو:

ض = ق

س

حيث ق يساوي وزن عمود السائل (و) فوق المساحة
س.

وبالتالي ق = كتلة عمود السائل (ك)× تسارع الجاذبية الأرضية (جـ).

ضغط السوائل - صفحة7

لنأخذ سائلاً في حالة السكون، فإن ضغط السائل على مساحة صغيرة س على عمق ف هو:

ض = ق

س

حيث ق يساوي وزن عمود السائل (و) فوق المساحة
س .

وبالتالي ق = كتلة عمود السائل (ك)× تسارع الجاذبية الأرضية (جـ).

           = حجم عمود السائل (ح)× كثافة السائل (ث) × جـ

ضغط السوائل - صفحة8

حجم عمود السائل =
س × ف

ضغط السوائل - صفحة9

حجم عمود السائل =
س × ف

ق =
س × ف × ث × جـ

ضغط السوائل - صفحة10

حجم عمود السائل =
س × ف

ق =
س × ف × ث × جـ

ض=
س×ف×ث×جـ

س

ضغط السوائل - صفحة11

CHANGE OF PRESSURE OF A LIQUID

حجم عمود السائل =
س × ف

ق =
س × ف × ث × جـ

ض=
س×ف×ث×جـ

س

ض=ف×ث×جـ

ضغط السوائل - صفحة12

CHANGE OF A PRESSURE OF A LIQUID

حجم عمود السائل =
س × ف

ق =
س × ف × ث × جـ

ض=
س×ف×ث×جـ

س

ض=ف×ث×جـ

ويتبين أن ضغط السائل عند أي نقطة يعتمد على عمق النقطة وكثافة السائل, باعتبار (جـ) قيمة ثابتة.

تجربة

ضغط السوائل - صفحة13

وإذا أخذنا الضغط الجوي (ض0) المؤثر على سطح السائل فإن الضغط عند أي نقطة يعطي العلاقة:

ض = ض0 + ف × ث × جـ

ضغط السوائل - صفحة14

ضغط السوال

ضغط السائل على جسم مغمور في بيئة معزولة عن الضغط الجوي:

=
م

ضغط السوائل

=
كغم/م3
ضغط السائل على الجسم: ض = ف × ث × جـ
ض =
باسكال

ضغط السوائل - صفحة15

قياس الضغط

قياس الضغط - صفحة1

ثالثاً: قياس الضغط:

قياس الضغط - صفحة2

ثالثاً: قياس الضغط:

1- قياس الضغط الجوي:

قياس الضغط - صفحة3

ثالثاً: قياس الضغط:

BAROMETER

1- قياس الضغط الجوي:

الضغط الجوي هو الضغط الناتج عن طبقة الهواء المحيطة بسطح الأرض.ويقاس الضغط الجوي بالبارومتر الزئبقي.

تجربة

قياس الضغط - صفحة4

البارومتر الزئبقي

مثال - إذا أخذنا بارومتراً عند سطح البحر، نرى أن ارتفاع الزئبق الذي يعادل الضغط الجوي ف = 0.76 م. إذا أردنا حساب الضغط الجوي فإنه يساوي ضغط عمود الزئبق.

قياس الضغط - صفحة5

البارومتر الزئبقي

مثال - إذا أخذنا بارومتراً عند سطح البحر، نرى أن ارتفاع الزئبق الذي يعادل الضغط الجوي ف = 0.76 م. إذا أردنا حساب الضغط الجوي فإنه يساوي ضغط عمود الزئبق.

      ض = ف × ث × جـ

قياس الضغط - صفحة6

البارومتر الزئبقي

مثال - إذا أخذنا بارومتراً عند سطح البحر، نرى أن ارتفاع الزئبق الذي يعادل الضغط الجوي ف = 0.76 م. إذا أردنا حساب الضغط الجوي فإنه يساوي ضغط عمود الزئبق.

      ض = ف × ث × جـ

      =0.76 م× 13.6×310 كغم/م3×9.8م/ث2.

قياس الضغط - صفحة7

البارومتر الزئبقي

مثال - إذا أخذنا بارومتراً عند سطح البحر، نرى أن ارتفاع الزئبق الذي يعادل الضغط الجوي ف = 0.76 م. إذا أردنا حساب الضغط الجوي فإنه يساوي ضغط عمود الزئبق..

      ض = ف × ث × جـ

      =0.76م ×13.6×310 كغم/م3×9.8م/ث2.

          =1.013×510 باسكال

قياس الضغط - صفحة8

أسئلة للتحليل :

قياس الضغط - صفحة9

أسئلة للتحليل :

1- ماذا يحدث إذا صعدنا مع جهاز بارومتر إلى قمة جبل عالٍ؟ لماذا؟

قياس الضغط - صفحة10

أسئلة للتحليل :

1- ماذا يحدث إذا صعدنا مع جهاز بارومتر إلى قمة جبل عالٍ؟ لماذا؟

2- ماذا يحدث إذا وضعنا هذا الجهاز في مكان مفرغ من الهواء تماماً؟

قياس الضغط - صفحة11

2- قياس ضغط مائع محصور:

قياس الضغط - صفحة12

2- قياس ضغط مائع محصور:

المانومتر

يستعمل لقياس ضغط مائع محصور جهاز يسمى المانومترManometer.

قياس الضغط - صفحة13

2- قياس ضغط مائع محصور :

يستعمل لقياس ضغط مائع محصور جهاز يسمى المانومترManometer.

ضغط المائع المحصور = الضغط الجوي + ضغط عمود السائل في الشعبة المفتوحة

قياس الضغط - صفحة14

ضغط المائع المحصور = الضغط الجوي + ضغط عمود السائل في الشعبة المفتوحة

     ض =     ض0    +   
ف × ث × جـ

قياس الضغط - صفحة15

ضغط المائع المحصور = الضغط الجوي + ضغط عمود السائل في الشعبة المفتوحة

     ض =     ض0    +   
ف × ث × جـ


ف = الفرق بين مستوى السائل في الشعبتين.

وتسمى ض الضغط المطلق للمائع (الضغط الكلي )

قياس الضغط - صفحة16

مثال :وصلت اسطوانة غاز بجهاز مانومتر يحتوي على سائل الزئبق فهبط الزئبق في الشعبة القصيرة مسافة مقدارها 20 سم، أحسب الضغط المطلق للغاز، إذا علمت أن الضغط الجوي = 1.013 × 510 باسكال .
كثافة الزئبق 13.6 ×310كغم/ م3.

المانومتر

قياس الضغط - صفحة17

المانومتر

الحل : إذا هبط مستوى الزئبق 20 سم في الشعبة القصيرة فيكون ارتفع 20 سم في الشعبة الطويلة فيكون
ف = 40 سم .

قياس الضغط - صفحة18

المانومتر

الحل : إذا هبط مستوى الزئبق 20 سم في الشعبة القصيرة فيكون ارتفع 20 سم في الشعبة الطويلة فيكون
ف = 40 سم .

  ض = ض0 +
ف × ث × جـ

قياس الضغط - صفحة19

المانومتر

الحل : إذا هبط مستوى الزئبق 20 سم في الشعبة القصيرة فيكون ارتفع 20 سم في الشعبة الطويلة فتكون
ف = 40 سم .

  ض = ض0 +
ف × ث × جـ

      = 1.013×510 باسكال +(0.4م×13600كغم/م3×9.8م/ث2)

قياس الضغط - صفحة20

المانومتر

الحل : إذا هبط مستوى الزئبق 20 سم في الشعبة القصيرة فيكون ارتفع 20 سم في الشعبة الطويلة فتكون
ف = 40 سم.

  ض = ض0 +
ف × ث × جـ
      = 1.013×510 باسكال +(0.4م×13600كغم/م3×9.8م/ث2)
      = 1.546×510 باسكال

قياس الضغط - صفحة21

ملاحظة : يستعمل اليوم جهاز مانومتر معدني لا يعتمد على النظرية السابقة ويستعمل مثلاً في قياس ضغط الهواء داخل عجلات السيارة.

المانومتر المعدني
المانومتر المعدني

قياس الضغط - صفحة22

مبدأ باسكال وتطبيقاته

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة1

رابعاً : مبدأ باسكال :

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة2

رابعاً : مبدأ باسكال :

نص مبدإ باسكال : " إذا سلط ضغط إضافي على سائل محصور فإن هذا الضغط ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي ".

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة3

رابعاً : مبدأ باسكال :

باسكال

نص مبدأ باسكال : " إذا سلط ضغط إضافي على سائل محصور فإن هذا الضغط ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي ".

وتنتج هذه الظاهرة عن عدم قابلية السائل للإنضغاط، لذلك فهو ينقل القوى المؤثرة عليه عبر أجزائه المختلفة دون أن يغيّر في مقدارها.

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة4

تطبيقات مبدأ باسكال :

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة5

1- المكبس الهيدروليكي:

المكبس الهيدروليكي

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة6

1- المكبس الهيدروليكي:

المكبس الهيدروليكي

يتألف من اسطوانتين مختلفتين في مساحة مقطعيهما.

في حالة التوازن   ض1 = ض2

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة7

1- المكبس الهيدروليكي:

المكبس الهيدروليكي

يتألف من اسطوانتين مختلفين في مساحة مقطعيهما.

في حالة التوازن   ض1 = ض2

ق1 = ق2
س1 س2

تجربة
  

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة8

مثال : احسب القوة اللازمة لرفع سيارة كتلتها 1800 كغم باستعمال مكبس زيت مساحة مقطع اسطوانتيه 10 سم2 و1500 سم2.

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة9

الحل: القوة المقاومة التي تبذلها السيارة هي ثقلها.

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة10

الحل : القوة المقاومة التي تبذلها السيارة هي ثقلها.
       ق2 = ك × جـ

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة11

الحل : القوة المقاومة التي تبذلها السيارة هي ثقلها.
       ق2 = ك × جـ
           = 1800 × 9.8 = 17640 نيوتن

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة12

الحل : القوة المقاومة التي تبذلها السيارة هي ثقلها
       ق2 = ك × جـ
           = 1800 × 9.8 = 17640 نيوتن

عند الإتزان:     ق1 = ق2
س1 س2

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة13

الحل : القوة المقاومة التي تبذلها السيارة هي ثقلها
       ق2 = ك × جـ
           = 1800 × 9.8 = 17640 نيوتن

عند الإتزان:     ق1 = ق2
س1 س2
ق1= س1 × ق2 = 10سم2×17640نيوتن =117.6 نيوتن
س2 1500سم2

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة14

2- الكوابح :

الكوابح

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة15

2- الكوابح :

الدواسة المتصلة بالمكبس تنقل القوة مكبّرة فتحدث ضغطاً كبيراً على السائل في الاسطوانة الرئيسية وينتقل هذا الضغط بواسطة السائل إلى الاسطوانات الموجودة عند العجلات، حيث يوجد مكبسان عند كل عجلة يتصلان بما يعرف بالفحمات فيدفعانها نحو جدار الصاج للعجلة وينتج عن ذلك احتكاك شديد بين الحذائين والعجلة يؤدي إلى تخفيف السرعة أو إيقاف السيارة.

مبدأ باسكال وتطبيقاته - صفحة16

قاعدة أرخميدس

قاعدة أرخميدس - صفحة1

خامساً : قاعدة أرخميدس :

إن أي جسم مغمور في مائع يتعرض إلى قوة دفع إلى أعلى (ق) تساوي ثقل السائل المزاح .

قاعدة أرخميدس - صفحة2

خامساً : قاعدة أرخميدس :

إذا علقنا جسماً بميزان زنبركي، فنحصل على ثقل الجسم في الهواء (و).

قاعدة أرخميدس - صفحة3

خامساً : قاعدة أرخميدس :

علقنا جسماً بميزان زنبركي، فنحصل على ثقل الجسم في الهواء (و).

أما إذا غمرنا الجسم بالماء، فنحصل على ثقله في الماء (وَ) الذي يكون أقل من ثقل الجسم في الهواء .

قاعدة أرخميدس - صفحة4

إن هذا الانخفاض في الثقل (الوزن) ناتج عن وجود قوة دفع عمودية إلى أعلى " Bouyant force" (قوة الطفو) تبذلها السوائل على الأجسام المغمورة فيها .

قاعدة أرخميدس - صفحة5

إن هذا الانخفاض في الثقل (الوزن) ناتج عن وجود قوة دفع عمودية إلى أعلى "Bouyant force" تبذلها السوائل على الأجسام المغمورة فيها .

هذه القوة ق تعادل ثقل الماء المزاح .

قاعدة أرخميدس - صفحة6

إن هذا الانخفاض في الثقل (الوزن) ناتج عن وجود قوة دفع عمودية إلى أعلى "Bouyant force" تبذلها السوائل على الأجسام المغمورة فيها .

هذه القوة ق تعادل ثقل الماء المزاح .

ق = كتلة السائل المزاح (ك) × جـ

قاعدة أرخميدس - صفحة7

إن هذا الانخفاض في الثقل (الوزن) ناتج عن وجود قوة دفع عمودية إلى أعلى "Bouyant force" تبذلها السوائل على الأجسام المغمورة فيها .

هذه القوة ق تعادل ثقل الماء المزاح .

ق = كتلة السائل المزاح × جـ

   = كثافة السائل (ث) × حجم السائل المزاح (ح) × جـ

    =ث × ح × جـ

قاعدة أرخميدس - صفحة8

إن هذا الانخفاض في الثقل (الوزن) ناتج عن وجود قوة دفع عمودية إلى أعلى "Bouyant force" تبذلها السوائل على الأجسام المغمورة فيها .

هذه القوة ق تعادل ثقل الماء المزاح .

ق = كتلة السائل المزاح × جـ

    = كثافة السائل (ث) × حجم السائل المزاح (ح) × جـ

    =ث × ح × جـ

    وكذلك ق = و - وَ

قاعدة أرخميدس - صفحة9

ويمكن هنا دراسة ثلاث حالات:

1- في حالة الغرق : يكون حجم السائل المزاح = حجم الجسم المغمور

قاعدة أرخميدس - صفحة10

2- أما في حالة الطفو، فيكون الجسم في حالة توازن نستنتج أن
    ق = و .تكون وَ=صفر.

قاعدة أرخميدس - صفحة11


3- إذا كان الجسم مغموراً في غاز (الهواء مثلاً)، فإنه يتعرض أيضاً لقوة دفع من الغاز إلى أعلى والتي تساوي ثقل الغاز المزاح .

تطبيقات على قاعدة أرخميدس

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة1

تطبيقات على قاعدة أرخميدس

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة2

1- الهيدروميتر:

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة3

1- الهيدروميتر:


الهيدرومتر
يعتمد الهيدروميتر نظرية طفو جسم صلب على سطح سائل ويستخدم لقياس كثافة السوائل. يتكون الهيدروميتر من انتفاخ من الزجاج يحتوي على كرات من الرصاص تساعد على اتزان الجهاز في الوضع الرأسي وساق طويل ذي قطر صغير وثابت مدرج بوحدات الكثافة بحيث نقرأ أعلى كثافة عند أسفله، وأقل كثافة عند طرفه العلوي.

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة4

2- السفينة:

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة5

2- السفينة:

مع أن السفينة مصنوعة من معادن كثافتها اعلى من كثافة الماء، فإنها تطفو على سطح الماء, ويعود سبب ذلك الى وجود هواء في جوف السفينة، هذا ما يجعل متوسط كثافة السفينة أقل من كثافة الماء.

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة6

2- السفينة:

مع أن السفينة مصنوعة من معادن كثافتها اعلى من كثافة الماء، فإنها تطفو على سطح الماء.ويعود سبب ذلك الى وجود هواء في جوف السفينة، هذا ما يجعل متوسط كثافة السفينة أقل من كثافة الماء.

متوسط كثافة السفينة يتغير مع تغير درجات الحرارة مما يجعل حمولة السفينة متفاوتة في الصيف والشتاء.

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة7

3- الغواصة:

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة8

3- الغواصة:

الغواصة جسم مُعَلَّقٌ في الماء، حيث انها تحتوي على خزانات يمكن ملؤها بالماء وتفريغها للتحكم في صعودها وهبوطها مع تغير متوسط كثافتها مقارنة مع كثافة الماء.

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة9

4- البالون:

البالون

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة10

4- البالون:

البالون

يملأ البالون بغاز كثافته أقل من كثافة الهواء (هيدروجين _ هيليوم) فإذا كانت كتلة جسم البالون ( الغشاء) قليلة، فإن قوة دفع الهواء عليه (قوة الطفو) تكون أكبر من ثقله، عندها يرتفع البالون نحو الأعلى.

وعادة ما يتوقف البالون عند ارتفاع معين ويعود ذلك إلى تناقص قوة دفع الهواء عليه نتيجة نقصان كثافة الهواء .

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة11

5- المنطاد:

المنطاد

تطبيقات على قاعدة أرخميدس - صفحة12

5- المنطاد:

يتكون من هيكل مصنوع من مادة خفيفة ومتينة ومغطى بطبقة (غشاء) غير منفذة للغاز، ويحمل تحته ما يشبه العربة.يملأ المنطاد بغاز الهليوم أو بالهواء الساخن.

يرتفع المنطاد بفعل قوة الطفو، ويتحرك الى الأمام بفعل محرك ويوجه بواسطة أجهزة التحكم.

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة1

تلخيص الفصل الأول
ميكانيكا الموائع السكونية

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة2

تلخيص الفصل الأول:

1- يطلق اسم الموائع على السوائل والغازات .

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة3

تلخيص الفصل الأول:

1- يطلق اسم الموائع على السوائل والغازات .

2- الضغط (ض) هو القوة العمودية (ق) على المساحة (س).

ض = ق
س

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة4

تلخيص الفصل الأول:

1- يطلق اسم الموائع على السوائل والغازات .

2- الضغط (ض) هو القوة العمودية (ق) على المساحة (س)

ض = ق
س

3- ضغط السوائل على عمق (ف) :
         ض = جـ × ف × ث
    حيث ث = كثافة السائل.

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة5

تلخيص الفصل الأول:

4- يقاس الضغط الجوي بالبارومتر (Barometer) .

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة6

تلخيص الفصل الأول:

4- يقاس الضغط الجوي بالبارومتر (Barometer) .

5- يقاس ضغط الموائع المحصورة بالمانومتر (Manometer).

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة7

تلخيص الفصل الأول:

4- يقاس الضغط الجوي بالبارومتر (Barometer) .

5- يقاس ضغط الموائع المحصورة بالمانومتر (Manometer).

6- ينص مبدأ باسكال على أن الضغط الإضافي المسلط على سائل محصور ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي.

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة8

تلخيص الفصل الأول:

4- يقاس الضغط الجوي بالبارومتر (Barometer) .

5- يقاس ضغط الموائع المحصورة بالمانومتر (Manometer).

6- ينص مبدأ باسكال على أن الضغط الإضافي المسلط على سائل محصور ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي.

7- من تطبيقات مبدأ باسكال: 1- المكبس الهيدروليكي.

                               2- الكوابح.

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة9

تلخيص الفصل الأول:

8- قاعدة أرخميدس: إن أي جسم مغمور في مائع يتعرض إلى قوة دفع إلى أعلى (ق) تساوي ثقل السائل المزاح.

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة10

تلخيص الفصل الأول:

8- قاعدة أرخميدس إن أي جسم مغمور في مائع يتعرض إلى قوة دفع إلى أعلى (ق) تساوي ثقل السائل المزاح.

أ- إذا غمر الجسم كلياً في السائل
ق= و- وَ
و = ثقل الجسم في الهواء.
وَ = ثقل الجسم في السائل.
كذلك ق = جـ × ح × ث.
حيث ح = حجم السائل المزاح.
ث = كثافة السائل.
  

تلخيص ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة11

تلخيص الفصل الأول:

8- قاعدة أرخميدس إن أي جسم مغمور في مائع يتعرض إلى قوة دفع إلى أعلى (ق) تساوي ثقل السائل المزاح.

أ- إذا غمر الجسم كلياً في السائل
ق= و- وَ
و = ثقل الجسم في الهواء.
وَ = ثقل الجسم في السائل.
كذلك ق = جـ × ح × ث.
حيث ح = حجم السائل المزاح.
ث = كثافة السائل.
ب- إذا كان الجسم طافيا على سطح السائل.
ق = و= ك × جـ .

تمارين ميكانيكا الموائع السكونية

تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة1

س1: تاج يزن 7.84 نيوتن في الهواء و 6.86 نيوتن إذا غمر بالماء. إذا كانت كثافة الماء 1000 كغ/م3:

1 ـ جد كثافة التاج:


  19300 كغ/م3

  8000 كغ/م3

  13600 كغ/م3


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة2

2 ـ هل التاج مصنوع من الذهب (كثافة الذهب 19300 كغ/م3).

  نعم

  كلا


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة3

س 2: وعاء مملوء بالزئبق حتى ارتفاع 20 سم، وضع في وعاء زجاجي مفرغ من الهواء في المختبر. إذا كان الضغط الجوي 510 باسكال ، جد الضغط الكلي المبذول على قعر الوعاء.

 510 باسكال

 1.27 × 510 باسكال

 2.7 × 410 باسكال


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة4

س 3: ما هي القوة التي يبذلها الغلاف الجوي على مساحة 1 كلم2 من الأرض على مستوى البحر حيث الضغط الجوي 10° باسكال.

 10" نيوتن.

 10 نيوتن.

 510 نيوتن.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة5

س 4: سيارة تزن 1.2 × 410 نيوتن، موضوعة على مكبس هيدروليكين على اسطوانة مساحة مقطعها 0.9 م2. احسب مقدار القوة التي يجب بذلها على الاسطوانة الأخرى والتي مساحتها 0.2 م2 حتى ترفع السيارة.

 2.7 × 310 نيوتن.

 5.4 × 410 نيوتن.

 1.2 × 410 نيوتن.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة6

س 5: وعاء كتلته 1 كلغ يحتوي على 2 كلغ من الزيت كثافته 916 كغ/م3 موضوع على ميزان. قطعة من الحديد كتلتها 2 كلغ معلقة من ميزان زنبركي وضعت في وعاء الزيت حتى غمرت كلياً. عند الإتزان، جد:

1 ـ قراءة الميزان:


 17 نيوتن.

 31 نيوتن.

 30 نيوتن.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة7

2 ـ قراءة الميزان الزنبركي:

 17 نيوتن.

 20 نيوتن.

 31 نيوتن.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة8

س 6: بركة سباحة دائرية على مستوى سطح البحر حيث الضغط الجوي يساوي 10° باسكال، قعرها مستوٍ وقطرها 6 أمتار، ملأت بالماء لعلو 1.5 م. جد الضغط الكلي على قعر البركة (كثافة الماء 1000 كغ/م3).


 0.15 × 510 باسكال.

 510 باسكال.

 1.15 × 510 باسكال.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة9

س 7: في الشكل المقابل، جد ضغط الغاز إذا كانت كثافة الزئبق 13600 كغ/م3. (الضغط الجوي 510 باسكال).


 1.136 × 510 باسكال.

 1.36 × 610 باسكال.

 13600 باسكال.


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة10

س 8: قطعة معدنية تزن 50 نيوتن في الهواء، 36 نيوتن في الماء، 41 نيوتن في الزيت. إذا كانت كثافة الماء 1000 كغ/م3، جد كثافة كل من:

1 ـ القطعة المعدنية:


 3.56 × 310 كغ/م3

 6.4 × 210 كغ/م3

 4.2 × 310 كغ/م3


تمارين ميكانيكا الموائع السكونية - صفحة11

2 ـ الزيت:

 3.56 × 10 3 كغ/م3

 6.4 × 10 2 كغ/م3

 5.4 × 10 3 كغ/م3


اختبار ميكانيكا الموائع السكونية

اختبار ميكانيكا الموائع السكونية - اختبار

الضغط الجوي على النقطة أ يساوي 510 باسكال.
(كثافة الزئبق = 13600 كجم/م3، جـ = 10 نيوتن/ كجم) , الضغط على النقطة ب يساوي :

البارومتر الزئبقي


86400 باسكال.

100000 باسكال.

13600 باسكال.

الضغط الجوي على النقطة أ يساوي 510 باسكال.
(كثافة الزئبق = 13600 كجم/م3، جـ = 10 نيوتن/ كجم).ضغط الغاز على النقطة ج يساوي :

البارومتر الزئبقي


86400 باسكال.

13600 باسكال.

  صفر  باسكال .

مكعب من الثلج حجمه 100 سم3 يطفو على وجه الماء.
(كثافة الماء = 1 × 310 كجم/ م3.     كثافة الثلج = 9،. × 310 كجم /م3)
       حجم الثلج المغمور في الماء يساوي :


50 سم3.

9×10-5 م3.

900 سم3 .

قطر الأسطوانة الكبيرة في مكبس هيدروليكي يحتوي على ماء هو 10سم وقطر الأسطوانة الصغيرة 2سم وضعنا على الأسطوانة الصغيرة جسم كتلته 1 كجم. (كثافة الماء = 1000 كجم/ م3).
ترتفع الاسطوانة الكبيرة بمقدار ف =

 



79 سم.

7.9 سم.

10 سم .

قطعة من الحديد حجمها 200 سم3 وكثافتها 2.7 جم/ سم3 . وضعت في وعاء يحتوي ماء. أحسب حجم قطعة الخشب اللازم ربطها بقطعة الحديد حتى تصبح القطعتان معلقتين داخل الماء إذا علمت أن كثافة الخشب 0.5 جم/ سم3 وكثافة الماء 1جم/ سم3.


400 سم3.

340 سم3.

680 سم 3.

لدينا هيدروميتر موضوع في ماء كثافته 1 جم / سم3 بحيث يوجد إشارة ×على الساق الطويل على عمق 4 سم تحت سطح الماء. إذا وضعت في سائل كثافته0.9 جم/ سم3 فإن إشارة × تصبح على عمق 6 سم تحت سطح السائل. على أي عمق تكون إشارة × إذا وضع الهيدروميتر في سائل كثافته 1.1 جم / سم3.


8 سم.

2 سم.

2.4 سم .

سبيكة من الذهب والفضة تزن 35.20 جم في الهواء و 33.13 جم في الماء. أوجد كتلة كل من الذهب والفضة في هذه السبيكة علماً أن كثافة الذهب 18.90 جم/ سم3 والفضة 10.50 جم /سم3 .


الذهب 30.30 جم ,والفضة 4.90 جم.

الذهب 33.13 جم ,والفضة 2.07 جم.

الذهب 4.90 جم ,والفضة 30.30 جم .

انبوب على شكل حرف U يحتوي على زئبق كثافته =13.6×310 كجم/ م3. ما هو ارتفاع الماء الذي يجب سكبه في احد أطراف الأنبوب ليرتفع مستوى الزئبق في الطرف الآخر بمقدار 1 سم.


2 سم3.

13.6 سم3.

27.2سم 3.


ميكانيكا الموائع المتحركة

الموائع المتحركة

الموائع المتحركة - صفحة1

الفصل الثاني:
الموائع المتحركة

الموائع المتحركة - صفحة2

أهداف الفصل الثاني

بعد دراسة هذا الفصل يُتوقع من التلميذ أن يكون قادراً على أن:
1- يذكر خصائص المائع المثالي.
2- يطبق مبدأ حفظ المادة على المائع المتحرك على نظام مفتوح ، ويستنتج
    معادلة الإستمرارية .
3- يطبق معادلة الإستمرارية لحل بعض المسائل العددية.
4- يذكر نص مبدإ برنولي رمز .
5- يكتب رمز معادلة برنولي .
6- يطبق معادلة برنولي لحل بعض المسائل العددية .
7- يشرح مبدأ عمل المازج (الكاربورتير) و مقياس فنتوري و المرذاذ كتطبيقات
    لمبدأ برنولي .

الموائع المتحركة - صفحة3

أهداف الفصل الثاني

 8- يعرَف معامل اللزوجة.
 9- يذكر بعض التطبيقات على اللزوجة ..
10- يذكر نص قانون ستوكس.
11- يحل بعض المسائل العددية لحساب قوة اللزوجة .

الموائع المتحركة - صفحة4

الموائع المتحركة

سنتعرف في هذا الفصل على دراسة الموائع المتحركة لما لها من علاقة مباشرة ومهمة في حياتنا العملية.

الموائع المتحركة - صفحة5

الموائع المتحركة

سنتعرف في هذا الفصل على دراسة الموائع المتحركة لما لها من علاقة مباشرة ومهمة في حياتنا العملية.

فهي تدرس جريان الماء في الأنابيب، وجريان الدم في العروق، كما أنها تتعرض لتفسير القوى الحاملة للطائرات، وعمل المازج (الكاربوريتور) في السيارة، وأهمية تزييت السيارات، ومواصفات الزيت الجيد للمحركات.

المائع المثالي

المائع المثالي - صفحة1

أولاً : المائع المثالي :

المائع المثالي - صفحة2

أولاً : المائع المثالي :

لتجنب الصعوبات الرياضية في معالجة حركة الموائع الحقيقية سنفترض مائعاً مثالياً للدراسة، ويتمتع المائع المثالي بالخصائص التالية :

المائع المثالي - صفحة3

1- المائع المثالي غير قابل للانضغاط، فحجمه ثابت، ومن ثم تبقى كثافته ثابتة (ينطبق هذا على السائل فقط دون الغاز)، غير أن الغاز إذا لم يتغير ضغطه ودرجة حرارته عند جريانه فإن كثافته تبقى ثابتة.

المائع المثالي - صفحة4

1- المائع المثالي غير قابل للانضغاط، فحجمه ثابت، ومن ثم تبقى كثافته ثابتة (ينطبق هذا على السائل فقط دون الغاز)، غير أن الغاز إذا لم يتغير ضغطه ودرجة حرارته عند جريانه فإن كثافته تبقى ثابتة.

2- المائع المثالي عديم اللزوجة : يمكن إهمال قوى الاحتكاك الداخلي بين طبقات السائل عند الحركة .

المائع المثالي - صفحة5

1- المائع المثالي غير قابل للانضغاط، فحجمه ثابت، ومن ثم تبقى كثافته ثابتة (ينطبق هذا على السائل فقط دون الغاز)، غير أن الغاز إذا لم يتغير ضغطه ودرجة حرارته عند جريانه فإن كثافته تبقى ثابتة.

2- المائع المثالي عديم اللزوجة : يمكن إهمال قوى الاحتكاك الداخلي بين طبقات السائل عند الحركة .

3- جريان المائع المثالي غير دَوَّامي، أي لا يحدث له انتقال (دَوَّامي) أثناء انتقاله من نقطة لأخرى.

المائع المثالي - صفحة6

4- جريان المائع المثالي منتظم : أي إن حركة دقائق المائع لها خطوط انسياب محددة، كما أن سرعة المائع عند نقطة معينة تكون ثابتة لا تتغير مع الزمن، بالرغم من اختلاف السرعة من نقطة إلى أخرى .

معادلة الاستمرارية

معادلة الاستمرارية - صفحة1

معادلة الاستمرارية (قانون حفظ المادة):

معادلة الاستمرارية - صفحة2

معادلة الاستمرارية (قانون حفظ المادة):

عند تطبيق قانون حفظ المادة على نظام مفتوح (هو النظام الذي يسمح بانتقال الطاقة والكتلة من خلاله إلى الوسط المحيط) والذي يمكن اعتباره جزءاً من أنبوبة حقيقية فإنه ينتج الآتي:

معادلة الاستمرارية - صفحة3

معادلة الاستمرارية (قانون حفظ المادة)

عند تطبيق قانون حفظ المادة على نظام مفتوح (هو النظام الذي يسمح بانتقال الطاقة والكتلة من خلاله إلى الوسط المحيط) والذي يمكن اعتباره جزءاً من أنبوبة حقيقية فإنه ينتج الآتي:

معدل تغير كتلة المادة داخل الحجم المفتوح بالنسبة للزمن = معدل دخول المادة للحجم المفتوح عند المقطع (1) - معدل خروج المادة من الحجم المفتوح عند المقطع (2)

معادلة الاستمرارية - صفحة4

وفي حالة افتراض أن الحركة مستقرة فإن معدل تغير الكتلة داخل النظام المفتوح بالنسبة للزمن تساوي صفراً، حيث يكون سريان المادة مستمراً، ومن هذا المنطلق يتم استنتاج معادلة الاستمرار (التصريف) والتي تنص على:

معادلة الاستمرارية - صفحة5

وفي حالة افتراض أن الحركة مستقرة فإن معدل تغير الكتلة داخل النظام المفتوح بالنسبة للزمن تساوي صفراً، حيث يكون سريان المادة مستمراً، ومن هذا المنطلق يتم استنتاج معادلة الاستمرار (التصريف) والتي تنص على:

كمية المادة (المائع) الداخلة عند المقطع
(1) خلال زمن معين
= كمية المادة (المائع) الخارجة عند المقطع
(2) خلال نفس الزمن

معادلة الاستمرارية - صفحة6

وفي حالة افتراض أن الحركة مستقرة فإن معدل تغير الكتلة داخل النظام المفتوح بالنسبة للزمن تساوي صفراً، حيث يكون سريان المادة مستمراً، ومن هذا المنطلق يتم استنتاج معادلة الاستمرار (التصريف) والتي تنص على:

كمية المادة (المائع) الداخلة عند المقطع
(1) خلال زمن معين
= كمية المادة (المائع) الخارجة عند المقطع
(1) خلال نفس الزمن

س1 × ع1 ×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

معادلة الاستمرارية - صفحة7

س1 × ع1×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

حيث: ث: كثافة المائع (كجم/م3) .

معادلة الاستمرارية - صفحة8

س1 × ع1×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

حيث: ث: كثافة المائع (كجم/م3) .

ع: سرعة تدفق المائع (م/ث).

معادلة الاستمرارية - صفحة9

س1 × ع1×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

حيث: ث: كثافة المائع (كجم/م3) .

ع: سرعة تدفق المائع (م/ث).

س: مساحة المقطع (م2) الذي تكون سرعة التدفق عمودية عليه.

معادلة الاستمرارية - صفحة10

وفي حالة السوائل (غير القابلة للانضغاط) تكون الكثافة ثابتة فنحصل على :

معادلة الاستمرارية - صفحة11

وفي حالة السوائل (غير القابلة للانضغاط) تكون الكثافة ثابتة فنحصل على :

التصريف = س1 × ع1(الدخول) = س2 × ع2(الخروج) = ثابت (م3/ث)

معادلة الاستمرارية - صفحة12

وفي حالة السوائل (غير القابلة للانضغاط) تكون الكثافة ثابتة فنحصل على :

التصريف = س1 × ع1(الدخول) = س2 × ع2(الخروج) = ثابت (م3/ث)

نلاحظ إن س وَ ع متناسبان عكسياً.

معادلة الاستمرارية - صفحة13

مثال: احسب سرعة التدفق (السريان) عند المقطعين والذي يبلغ طول قطريهما (30 سم و10 سم) على التوالي عندما يكون حجم التدفق (التصريف) 900 لتر/دقيقة ( 0.015 م3/ث).

معادلة الاستمرارية - صفحة14

  الحل: التصريف = ع1× س1= ع2× س2.

معادلة الاستمرارية - صفحة15

  الحل: التصريف = ع1× س1= ع2× س2.

معادلة الاستمرارية - صفحة16

  الحل: التصريف = ع1 × س1= ع2 × س2.

ع1= التصريف = 0.015 =0.211م/ث
س1 0.071

معادلة الاستمرارية - صفحة17

  الحل: التصريف = ع1 × س1= ع2 × س2.

معادلة الاستمرارية - صفحة18

  الحل: التصريف = ع1× س1= ع2× س2.

ع2= التصريف = 0.015 =0.019م/ث
س2 0.079

مبدأ ومعادلة برنولي

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة1

مبدأ برنولي

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة2

مبدأ برنولي

ينص مبدأ برنولي على أن ضغط المائع المثالي يقل إذا زادت سرعته.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة3

معادلة برنولي

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة4

معادلة برنولي

مجموع الضغط والطاقة الحركية وطاقة الوضع لوحدة الحجوم يساوي مقداراً ثابتاً.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة5

معادلة برنولي

مجموع الضغط والطاقة الحركية وطاقة الوضع لوحدة الحجوم يساوي مقداراً ثابتاً.

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة6

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

حيث ض : الضغط.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة7

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

حيث ض : الضغط.

ث : الكثافة.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة8

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

حيث ض : الضغط.

ث : الكثافة.

ف : الارتفاع.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة9

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

حيث ض : الضغط.

ث : الكثافة.

ف : الارتفاع.

ع : السرعة.

مبدأ ومعادلة برنولي - صفحة10

ض + 1 ث ع2+ ث جـ ف = ثابت
2

حيث ض : الضغط.

ث : الكثافة.

ف : الارتفاع.

ع : السرعة.

لاحظ أننا استبدلنا الكتلة بالكثافة من أجل وحدة الحجوم.

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة1

تطبيقات على مبدأ برنولي:

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة2

1- مقياس فنتوري (Venturi meter)

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة3

1- مقياس فنتوري (Venturi meter)

هو جهاز يستخدم لقياس سرعة التدفق لسائل معين من خلال أنبوب ما, نقيس فرق الضغط بين أنبوبين.

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة4


ض=
ف× ث× جـ

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة5


ض=
ف× ث× جـ

نطبق العلاقة المشتقة من علاقة برنولي:

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة6


ض=
ف× ث× جـ

نطبق العلاقة المشتقة من علاقة برنولي:

      

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة7


ض=
ف× ث× جـ

نطبق العلاقة المشتقة من علاقة برنولي:

      

حيث ع1 : السرعة المطلوبة

تطبيقات على مبدأ برنولي مقياس فنتوري - صفحة8


ض=
ف× ث× جـ

نطبق العلاقة المشتقة من علاقة برنولي:

      

حيث ع1 : السرعة المطلوبة

س1: مساحة مقطع دخول السوائل. س2 : مساحة مقطع الاختناق.

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة1

2- قوة الرفع في الطائرة :

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة2

2- قوة الرفع في الطائرة :

صممت أجنحة الطائرة بحيث تكون سرعة انسياب الهواء فوق الجناح أكبر من انسياب الهواء تحت الجناح، ويؤدي هذا الفرق في الضغط إلى قوة تعمل على رفع الطائرة إلى أعلى تسمى قوة الرفع .

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة3

وحيث إن :

القوة = المساحة × الضغط

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة4

وحيث إن :

القوة = المساحة × الضغط

إذاً ق الرفع = مساحة الجناحين × فرق الضغط

   ق الرفع = س ×
ض

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة5

لكن:


ض =
1 ث(ع22- ع21 )
2

حيث ث : كثافة الهواء

ع2: سرعة الهواء فوق الجناح.

ع1: سرعة الهواء تحت الجناح.

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة6

مثال: إذا علمت أن سرعة الهواء فوق جناح الطائرة 40م/ث وسرعة الهواء تحته 30م/ث وأن مساحة الجناح = 4م2 احسب قوة الرفع على هذه الطائرة إذا علمت أن كثافة الهواء =1.3كجم/م3.

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة7

مثال: إذا علمت أن سرعة الهواء فوق جناح الطائرة 40 م/ث وسرعة الهواء تحته 30 م/ث وأن مساحة الجناح = 4 م2 احسب قوة الرفع على هذه الطائرة إذا علمت أن كثافة الهواء = 1.3 كجم/م3.

الحل:       ق الرفع = س ×
ض

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة8

مثال: إذا علمت أن سرعة الهواء فوق جناح الطائرة 40 م/ث وسرعة الهواء تحته 30 م/ث وأن مساحة الجناح = 4 م2 احسب قوة الرفع على هذه الطائرة إذا علمت أن كثافة الهواء = 1.3 كجم/م3.

الحل:       ق الرفع = س ×
ض


ض =
1 ث(ع22- ع21 )
2

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة9

مثال: إذا علمت أن سرعة الهواء فوق جناح الطائرة 40م/ث وسرعة الهواء تحته 30م/ث وأن مساحة الجناح = 4م2 احسب قوة الرفع على هذه الطائرة إذا علمت أن كثافة الهواء =1.3كجم\م3.

الحل:ق الرفع = س ×
ض


ض =
1 ث(ع2221 )
2
= 1 ×1.3×[(40)2 -(30)2 ] =455 باسكال.
2

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة10


ض =
1 ث(ع2221 )
2
= 1 ×1.3×[(40)2 -(30)2 ]
2

=455 باسكال.

ق الرفع = 455 × 2 × 4 = 3640 نيوتن

قوة الرفع في الطائرة تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة11


ض =
1 ث(ع2221 )
2
= 1 ×1.3×[(40)2 - (30)2 ]
2

=455 باسكال.

ق الرفع = 455 × 2 × 4 = 3640 نيوتن

ملاحظة : ضربنا بـ2 لأن الطائرة لها جناحان.

المرذاذ والمازج تطبيقات على مبدأ برنولي

المرذاذ والمازج تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة1

3- المرذاذ:

المرذاذ والمازج تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة2

3- المرذاذ:

يستخدم في بعض زجاجات العطر وبعض مبيدات الحشرات وعلب الطلاء. يعتمد المرذاذ على اندفاع الهواء من أنبوب واسع إلى أنبوب ضيق ينتج عنه زيادة سرعة الهواء ومن ثم انخفاض الضغط فوق سطح السائل فيرتفع السائل نحو الأعلى، علماً أن الضغط على سطح السائل يساوي الضغط الجوي (لاتصاله بالجو), فيندفع السائل على شكل رذاذ محمول على دقائق الهواء المندفع في الفتحة الصغيرة.

تجربة

المرذاذ والمازج تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة3

4- المازج في السيارات (الكاربوريتور):

وله نفس عمل المرذاذ آنف الذكر.

المرذاذ والمازج تطبيقات على مبدأ برنولي - صفحة4

اللزوجة

اللزوجة - صفحة1

اللزوجة :

اللزوجة - صفحة2

اللزوجة :

إذا أحضرنا وعائين، الأول يحتوي على ماء والثاني على عسل. حرك العسل والماء باستخدام الساق الزجاجي ستجد أن تحريك الساق أسهل في الماء، نستطيع أن نقول إن لزوجة العسل أكبر من لزوجة الماء.

اللزوجة - صفحة3

اللزوجة :

فاللزوجة هي مقياس لمقدار قوة الاحتكاك الداخلي بين طبقات المائع مع بعضها أثناء الجريان بسبب قوى التماسك بين جزيئات المائع وقوى التلاصق بين جزيئات المائع وجزيئات جدران الوعاء الذي يجري بداخله.

اللزوجة - صفحة4

يخفف الاحتكاك بين جدار الوعاء وطبقة المائع الملامسة له من سرعة جريانها قياساً بباقي طبقات المائع الأبعد عن جدران الوعاء.

اللزوجة - صفحة5

يخفف الاحتكاك بين جدار الوعاء وطبقة المائع الملامسة له من سرعة جريانها قياساً بباقي طبقات المائع الأبعد عن جدران الوعاء.

وهذا النوع من الجريان يطلق عليه اسم الجريان الطبقي ويلاحظ هذا النوع في جريان الدم في العروق وجريان الزيت في الآلات.


اللزوجة - صفحة6

يخفف الاحتكاك بين جدار الوعاء وطبقة المائع الملامسة له من سرعة جريانها قياساً بباقي طبقات المائع الأبعد عن جدران الوعاء.

وهذا النوع من الجريان يطلق عليه اسم الجريان الطبقي ويلاحظ هذا النوع في جريان الدم في العروق وجريان الزيت في الآلات.

هناك نوع آخر للجريان يسمى الجريان الانسيابي ويكون خالياً تماماً من الاحتكاك وهو خاص بالمائع المثالي وغير موجود في الطبيعة.

معامل اللزوجة

معامل اللزوجة - صفحة1

معامل اللزوجة

معامل اللزوجة - صفحة2

معامل اللزوجة

يعرّف معامل اللزوجة بأنه النسبة بين إجهاد القص، ومعدل التغير في مطاوعة القص للمائع.

معامل اللزوجة - صفحة3

معامل اللزوجة

يعرّف معامل اللزوجة بأنه يساوي النسبة بين إجهاد القص، ومعدل التغير في مطاوعة القص للمائع.

حيث إجهاد القص= ق
س

ق : القوة الأفقية الموازية للسطح.    س: مساحة السطح.

معامل اللزوجة - صفحة4

- معدل المطاوعة : هو نسبة التغير في السرعة للطبقة العلوية (
ع) إلى سمك المادة اللزجة (ل).

معامل اللزوجة - صفحة5

- معدل المطاوعة : هو نسبة التغير في السرعة للطبقة العلوية إلى سمك المادة اللزجة.

معدل المطاوعة =
ع
ل

معامل اللزوجة - صفحة6

ـ معدل المطاوعة : هو نسبة التغير في السرعة للطبقة العلوية إلى سمك المادة اللزجة.

معدل المطاوعة =
ع
ل
معامل اللزوجة مل= ق/س   نيوتن.ث/م2

ع/ل

معامل اللزوجة - صفحة7

ومعامل اللزوجة يقل مع ارتفاع درجة الحرارة عند السوائل ويزيد مع ارتفاع درجة الحرارة عند الغازات.لذلك يعطى مقروناً بدرجة الحرارة.

  معامل اللزوجة
المادة صفر °م 50 °م 100 °م
ماء 1.79 × 10 -3 0.55 × 10 -3 0.28 × 10 -3
بنزين 0.71 × 10 -3 0.39 × 10 -3 0.26 × 10 -3
زئبق 1.68 × 10 -3 1.41 × 10 -3 1.33 × 10 -3
زيت خروع 5.3 0.16 0.17
معامل لزوجة بعض السوائل مقدرة بوحدة (بوازييه)

معامل اللزوجة - صفحة8

مثال: صفيحة مستوية مساحتها 200 سم2 يفصلها عن سطح أفقي طبقة من الزيت سمكها 0،2 سم. احسب معامل لزوجة الزيت، إذا تحركت الصفيحة بسرعة 10م/ث تحت تأثير قوة مماسية مقدارها 50 نيوتن.

معامل اللزوجة - صفحة9

مثال: صفيحة مستوية مساحتها 200 سم2 يفصلها عن سطح أفقي طبقة من الزيت سمكها 0،2 سم. احسب معامل لزوجة الزيت، إذا تحركت الصفيحة بسرعة 10م/ث تحت تأثير قوة مماسية مقدارها 50 نيوتن.

الحل :      مل = ق/س = ق × ل = 50 نيوتن × 0.002 م
ع/ل ع×س 10 م/ث ×0.02 م2

مل = 0.5 بوازييه (نيوتن/م2).

تطبيقات على اللزوجة

تطبيقات على اللزوجة - صفحة1

تطبيقات على اللزوجة:

تطبيقات على اللزوجة - صفحة2

1-السرعة القصوى المثلى للسيارة:

تطبيقات على اللزوجة - صفحة3

1-السرعة القصوى المثلى للسيارة:

تعمل السيارة أثناء حركتها على بذل شغل لمقاومة قوة الاحتكاك مع جزيئات الهواء، حيث تتناسب هذه القوة طردياً مع سرعة السيارة وذلك بسبب خاصية اللزوجة للهواء.

تطبيقات على اللزوجة - صفحة4

1-السرعة القصوى المثلى للسيارة:

تعمل السيارة أثناء حركتها على بذل شغل لمقاومة قوة الاحتكاك مع جزيئات الهواء، حيث تتناسب هذه القوة طردياً مع سرعة السيارة وذلك بسبب خاصية اللزوجة للهواء.

وبعد حد معين من السرعة تصبح قوة الاحتكاك متناسبة طردياً مع مربع السرعة مما يلزم السيارة بذل شغل أكبر (أي استهلاك وقود أكثر). وقد وجد بالتجارب أن هذه السرعة هي 120 كلم/ساعة.

تطبيقات على اللزوجة - صفحة5

2- قياس سرعة ترسب الدم:

تطبيقات على اللزوجة - صفحة6

2- قياس سرعة ترسب الدم:

في بعض الأمراض مثل الحمّى الروماتيزمية وروماتزم القلب تتلاصق كريات الدم الحمراء فيزداد حجمها وبالتالي تقل سرعة انسيابها، بينما في أمراض أخرى مثل الأنيميا واليرقان تتكسر كريات الدم فيقل حجمها وتزداد سرعتها. وبالتالي يمكن للطبيب أن يكتشف مثل هذه الأمراض من خلال قياس سرعة سقوط كريات الدم الحمراء خلال البلازما.

تطبيقات على اللزوجة - صفحة7

3- استخدام الزيوت في التشحيم:

تطبيقات على اللزوجة - صفحة8

3- استخدام الزيوت في التشحيم:

ينبغي تشحيم أو تزييت الآلات المعدنية التي تحتك أجزاؤها مع بعضها مثل محركات السيارات من وقت لآخر حيث تؤدي عملية التشحيم إلى:

تطبيقات على اللزوجة - صفحة9

3- استخدام الزيوت في التشحيم:

ينبغي تشحيم أو تزييت الآلات المعدنية التي تحتك أجزاؤها مع بعضها مثل محركات السيارات من وقت لآخر حيث تؤدي عملية التشحيم إلى:

1- نقص كمية الحرارة المتولدة أثناء الاحتكاك.

تطبيقات على اللزوجة - صفحة10

3- استخدام الزيوت في التشحيم:

ينبغي تشحيم أو تزييت الآلات المعدنية التي تحتك أجزاؤها مع بعضها مثل محركات السيارات من وقت لآخر حيث تؤدي عملية التشحيم إلى:

1- نقص كمية الحرارة المتولدة أثناء الاحتكاك.
2- حماية أجزاء الآلة من التآكل.

تطبيقات على اللزوجة - صفحة11

3- استخدام الزيوت في التشحيم:

ونلاحظ أننا نستخدم مواداً خاصة للتشحيم وهي تلك المواد التي تتصف بدرجة عالية من اللزوجة وذلك حتى تلتصق بالأجزاء المتحركة وتؤدي الغرض منها.

قانون ستوكس

قانون ستوكس - صفحة1

قانون ستوكس:

قانون ستوكس - صفحة2

قانون ستوكس:

ينص هذا القانون على أن:
"قوة مقاومة المائع لكرة تسقط سقوطاً حراً فيه تتناسب طردياً مع معامل لزوجة هذا المائع، وقطر الكرة وسرعتها الحدية (النهائية)" .

قانون ستوكس - صفحة3

قانون ستوكس:

ينص هذا القانون على أن:
"قوة مقاومة المائع لكرة تسقط سقوطاً حراً فيه تتناسب طردياً مع معامل لزوجة هذا المائع، وقطر الكرة وسرعتها الحدية (النهائية)" .

وهذا القانون ينطبق على مدى معين للسرعة، أما إذا زادت السرعة عن حد معين فإن قوة مقاومة المائع تصبح متناسبة تناسباً طردياً مع مربع السرعة.

قانون ستوكس - صفحة4

قانون ستوكس:


وعند سقوط كرة نصف قطرها (نق) في مائع لزج، فإنها تبدأ بسرعة كبيرة عند ملامستها للمائع ثم تتناقص السرعة تدريجياً حتى تثبت عند قيمة معينة نطلق عليها السرعة النهائية (الحدية).

قانون ستوكس - صفحة5

قانون ستوكس:

وعند سقوط كرة نصف قطرها (نق) في مائع لزج، فإنها تبدأ بسرعة كبيرة عند ملامستها للمائع ثم تتناقص السرعة تدريجياً حتى تثبت عند قيمة معينة نطلق عليها السرعة النهائية (الحدية).

في هذه الحالة:
           ق اللزوجة + ق الطفو = وزن الكرة

قانون ستوكس - صفحة6

قانون ستوكس:

وعند سقوط كرة نصف قطرها (نق) في مائع لزج، فإنها تبدأ بسرعة كبيرة عند ملامستها للمائع ثم تتناقص السرعة تدريجياً حتى تثبت عند قيمة معينة نطلق عليها السرعة النهائية (الحدية).

في هذه الحالة:
           ق اللزوجة + ق الطفو = وزن الكرة

ق الممانعة (اللزوجة) = 6
× مل×نق× ع النهائية

تجربة

قانون ستوكس - صفحة7

مثال: احسب السرعة الحدية التي تصعد بها فقاعة هواء نصف قطرها 0.01 سم من خلال سائل معامل لزوجته 15× 10-4 بوازييه، وكثافته 0.9 جم/سم3 إذا علمت أن كثافة فقاعة الهواء 1.3 كجم/م3.

قانون ستوكس - صفحة8

الحل: عندما تصل فقاعة الهواء إلى سرعتها الحدية فإن:
ق (الطفو) = ق (اللزوجة) + و (ثقل الفقاعة)

قانون ستوكس - صفحة9

الحل:
عندما تصل فقاعة الهواء إلى سرعتها الحدية فإن:
ق (الطفو) = ق (اللزوجة) + و (ثقل الفقاعة)

جـ × ح × ث السائل = 6
× مل×نق× ع الحدية
+ جـ × ح × ث الهواء

قانون ستوكس - صفحة10

الحل:
عندما تصل فقاعة الهواء إلى سرعتها الحدية فإن:
ق (الطفو) = ق (اللزوجة) + و (ثقل الفقاعة)

جـ × ح × ث السائل = 6
× مل×نق× ع الحدية
+ جـ × ح × ث الهواء
ح= 4
نق3
3

قانون ستوكس - صفحة11

ع الحدية = جـ × ح × ث السائل - جـ × ح × ث الهواء
6
× مل × نق

قانون ستوكس - صفحة12

ع الحدية = جـ × ح × ث السائل - جـ × ح × ث الهواء
6
× مل × نق

ع الحدية = 0.326 م/ث .

قانون ستوكس - صفحة13

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة1

تلخيص الفصل الثاني
ميكانيكا الموائع المتحركة

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة2

ميكانيكا الموائع المتحركة

لتسهيل الدراسة رياضياً اعتبرنا أن دراستنا تتم على مائع مثالي:

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة3

ميكانيكا الموائع المتحركة

لتسهيل الدراسة رياضياً اعتبرنا أن دراستنا تتم على مائع مثالي:

1- معادلة الاستمرارية: (قانون حفظ المادة).

س1 × ع1 ×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة4

ميكانيكا الموائع المتحركة

لتسهيل الدراسة رياضياً اعتبرنا أن دراستنا تتم على مائع مثالي:

1- معادلة الاستمرارية: (قانون حفظ المادة).

س1 × ع1 ×
ز × ث1 = س2 × ع2 ×
ز × ث2

2-التصريف = س1×ع1( الدخول) = س2×ع2 (الخروج) = ثابت (م3/ث)

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة5

ميكانيكا الموائع المتحركة

3- مبدأ برنولي: ينص على أن ضغط المائع المثالي يقل إذا زادت سرعته.

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة6

ميكانيكا الموائع المتحركة

3- مبدأ برنولي: ينص على أن ضغط المائع المثالي يقل إذا زادت سرعته.

4- معادلة برنولي: مجموع الضغط والطاقة الحركية وطاقة الوضع لوحدة الحجوم يساوي مقداراً ثابتاً .

ض + 1 ث ع2+ ث ج ف = ثابت
2

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة7

ميكانيكا الموائع المتحركة

5-تطبيقات على مبدأ برنولي:
1-مقياس فنتوري :

2- قوة الرفع في الطائرة:   قالرفع = س ×
ض
.

و
ض =
1 ث (ع22 - ع21)
2

3- المرذاذ     
4- المازج في السيارة (الكاربوريتور).

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة8

ميكانيكا الموائع المتحركة

6-معامل اللزوجة: يساوي النسبة بين إجهاد القص ومعدل التغير في مطاوعة القص للمائع.

إجهاد القص = ق
س
معدل المطاوعة =
ع
ل
معامل اللزوجة م ل= ق/س (نيوتن.ث/م2)

ع/ل

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة9

ميكانيكا الموائع المتحركة

7-تطبيقات على اللزوجة:

        1- السرعة القصوى المثلى للسيارة .
2- قياس سرعة ترسب الدم .
  3- استخدام الزيوت في التشحيم.

تلخيص ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة10

ميكانيكا الموائع المتحركة

 


8-قانون ستوكس:

إن قوة مقاومة المائع لكرة تسقط سقوطاً حراً فيه تتناسب طردياً مع معامل لزوجة هذا المائع، وقطر الكرة وسرعتها الحدية.


    ق الممانعة(اللزوجة) = 6
× م ل × نق × ع النهائية

    ق اللزوجةالطفو = وزن الكرة.

تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة

تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة1

س 1: استخدم خرطوم مياه قطره 2 سم لملء دلو حجمه 20 ليتراً، واستغرق ذلك دقيقة واحدة، فما سرعة الماء لحظة تركه الخرطوم؟

 26.5 سم/ثانية.

 333.3 سم/ثانية.

 106 سم/ثانية.


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة2

س 2: يدخل الماء إلى الطابق الأرضي في بناية خلال انبوب نصف قطره 2 سم، وقيمة ضغط الماء 3.03× 510 باسكال، وهناك خرطوم مياه نصف قطره 0.5 سم سوف يستعمل لسقي نبات على ارتفاع 10 م من الطابق الأرضي. احسب سرعة الماء لحظة تركه الخرطوم. (كثافة الماء 1000 كغ/م3).

 14.45 م/ثانية.

 0.9 م/ثانية.

 12.4 م/ثانية.


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة3

س 3: قدرت مساحة جناحي طائرة 32 م2، وسرعة الهواء فوق الأجنحة بمقدار 50م/ث، وتحت الأجنحة بمقدار 40 م/ث وكثافة الهواء بمقدار 1.2 كغ/م3. احسب قوة رفع الطائرة.

 160000 نيوتن.

 17280 نيوتن.

 34560 نيوتن.


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة4

س 4: انبوب مساحة مقطعه 20 سم2، متصل بأنبوب آخر مساحة مقطعه 6 سم2، موصول بصنبور ماء ، يندفع الماء منه بسرعة 40 سم/ث، احسب:

1 ـ سرعة جريان الماء في الأنبوب الأول:


 24 سم/ث.

 12 سم/ث.

 4.4 سم/ث.


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة5

2 ـ معدل التدفق عبر كلا الأنبوبين:

 4.2 × 10-4 م3/ث.

 1.2 × 10-4 م3/ث.

 2.4 × 10-4 م3/ث.


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة6

س 5: يتدفق ماء في أنبوب مساحة مقطعه 3 سم2، وبسرعة 4 م/ث، وضغط مقداره 2 × 510 باسكال، فإذا هبط الأنبوب مسافة رأسية مقدارها 10 م، وزادت مساحة مقطعه إلى 6 سم2، فاحسب:

1 ـ السرعة عند المستوى الأسفل:


 8 م/ث

 2 م/ث

 4 م/ث


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة7

2 ـ الضغط عند المستوى الأسفل:

 3.04 × 510 باسكال

 20 × 510 باسكال

 12 × 510 باسكال


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة8

س 6: أنبوب مساحة مقطعه 50 سم2، ينقل زيتاً كثافته 0.8 غم/سم2، ويوجد فيه اختناق مساحة مقطعه 30 سم2 بفرض قياس سرعة جريان الزيت في الأنبوب، فإذا كانت قراءة مقياس الضغط الأول 2.34 × 510 باسكال، وقراءة مقياس الضغط الثاني 2.24 × 510 باسكال، احسب سرعة تدفق الزيت في الأنبوب:


 25 م/ث

 3.75 م/ث

 7.5 م/ث


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة9

س 7: في الشكل المجاور أنبوب يدخله الماء، ويتفرع إلى شعبتين، سرعة الماء عبر
2
(3.4 م/ث) وعبر

3
(4.5 م/ث) وبناء على ذلك فإن سرعة الماء عبر
1
تساوي:


 7.9 م/ث

 5 م/ث

 1.1 م/ث


تمارين ميكانيكا الموائع المتحركة - صفحة10

س 8: خزان ماء فيه فتحة في أسفله. إذا كان الخزان مفتوح من الأعلى، جد سرعة الماء الخارج من الفتحة إذا علمت أن ارتفاع الماء فوق الفتحة يساوي 0.5 م.



 5.1 م/ث

 9.8 م/ث

 3.13 م/ث


اختبار ميكانيكا الموائع المتحركة

اختبار ميكانيكا الموائع المتحركة - اختبار

يسري سائل في ثلاث أنابيب قطر الأول 10 سم وسرعة السريان فيه 20 م/ث وقطر الثاني 15 سم وسرعة السريان 10 م/ث وقطر الثالث 5 سم وسرعة السريان 30 م/ث وفي النهاية تصب في أنبوب واحد قطره 20 سم. سرعة السريان في الأنبوبة الكبيرة (4) تساوي:


12.5 م/ث.

15 م/ث .

10 م/ث .

قطرة من الزيت شكلها كروي ونصف قطرها 3 × 10-6 م تسقط في هواء معامل لزوجته (مل) هو 1.8 × 10-5 بوازييه. سرعة القطرة الحدية إذا افترضنا أن كثافة الهواء تساوي صفراً :


8.7 م/ث

217.78 م/ث .

8.7 × 10-4 م/ث .

يتصل بجناح الطائرة من الخلف صفائح مستطيلة قابلة للحركة صعوداً ونزولاً، عند هبوط الطائرة:


ينزل الطيار الصفائح نحو الأسفل .

يرفع الطيار الصفائح نحو الأعلى .

يوقف الطيار المحركات.

يزداد استهلاك السيارة للوقود عندما تسير بسرعة عالية مع أنها تقطع المسافات بزمن أقل وذلك لأن:

 


قوة الاحتكاك تصبح متناسبة طردياً مع السرعة.

قوة الاحتكاك تصبح متناسبة طردياً مع مربع السرعة.

هذه المقولة غير صحيحة.

إذا كانت كثافة السائل 1 جم/سم3 و ض1 = 200 كيلوباسكال
ع1=1 م/ث وقطر المقطع (1) = 20 سم سرعة السريان عند المقطع (2) يساوي :


2 م/ث .

1 م/ث .

4 م/ث .

إذا كانت كثافة السائل 1 جم/سم3 و ض1 = 200 كيلوباسكال
ع1=1 م/ث وقطر المقطع (1) = 20 سم وسرعة السريان عند المقطع (2) تساوي 4 م/ث, إذاً الضغط عند المقطع (2) يساوي :


83.950 باسكال .

94.50 ك باسكال.

23 ك باسكال .

سرعة جريان الهواء فوق جناح الطائرة هو 450 م/ث وسرعته تحت جناح الطائرة 300 م/ث. مساحة كل جناح 20 م2. كثافة الهواء 1.3 كجم/م3. قوة الرفع تساوي:


2.925 × 610 نيوتن .

3.9 × 310 نيوتن .

2.025 ×510 نيوتن .

سرعة جريان الهواء فوق جناح الطائرة هو 450 م/ث وسرعته تحت جناح الطائرة 300 م/ث. مساحة كل جناح 20 م2. كثافة الهواء 1.3 كجم/م3. قوة الرفع تساوي : 2.925 × 610 نيوتن . إذا كانت كتلة الطائرة 300 طن فالطائرة :




ترتفع .

لا ترتفع .

تقف .

يمثل الشكل التالي مقياس فنتوري والمستخدم في حساب سرعة السريان (الجريان) وكمية التصريف للسائل، سرعة الماء عند مقطع الدخول تساوي :


0.326 م/ث .

0.1037 م/ث .

2.3 م/ث .

إذا كانت سرعة الماء عند مقطع الدخول
=0.1037 م/ث .فتصريف الماء يساوي :


9.98 × 10-3 م3/ث .

31.34 × 10-3 م3/ث .

221.13 × 10-3 م3/ث .

إذا كانت سرعة الماء عند مقطع
الدخول = 0.1037 م/ث ,وتصريف
الماء=9.98 × 10-3 م3/ث ,فسرعة الماء
عند مقطع الخروج تساوي :


57.49 م/ث .

8.14 م/ث .

2.59 م/ث .


الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية - صفحة1

الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية - صفحة2

أهداف الفصل الثالث
1- يعرَف علم الديناميكا الحرارية.
2- يعرَف مفهوم (النظام الحراري - الاتزان الحراري - الإجراء الديناميكي الحراري - المسار - الدورة الديناميكية الحرارية).
3- أن يعرَف أنواع النظام (النظام المغلق- النظام المعزول- النظام المفتوح).
4- أن يذكر أنواع الإجراءات (إيزوبارية-إيزوثيرمية-إيزوكورية-أديباتيكية).
5- أن يحسب الشغل المبذول خلال الإجراءات السابقة .
6- يذكر نص القانون الأول للديناميكا الحرارية ورمزه الرياضي.
7- يعرف بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية وحل تمارين عليها .
8- يعرف الإجراء العكوس واللاعكوس .

الديناميكا الحرارية - صفحة3

9- يعرف الآلة الحرارية.
10- يعرف مردود الآلة البخارية وذكر العلاقة الرياضية.
11- يحل تمارين حسابية على القانون الأول للديناميكا الحرارية.
12- يذكر صيغ القانون الثاني للديناميكا الحرارية (كالفن- بلانك، كلاوزيوس).
13- يعرف دورة كارنو .
14- يذكر العلاقات الرياضية لحساب كفائة دورة كارنو.
15- يحل تمارين على الآلة الحرارية .
16- يذكر دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة.
17- يذكر معامل أداء دورة كارنو المقلوبة.
18- يذكر عمل المكيف والثلاجة.
19- يحل بعض التمارين على المضخة الحرارية.

الديناميكا الحرارية - صفحة4

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

الديناميكا الحرارية - صفحة5

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

1- تعريف : الديناميكا الحرارية(Thermodynamics) هي العلم الذي يهتم بالعلاقة بين الحرارة والشغل. وهي علم تجريبي جميع قوانينه وأساسياته مستخلصة من التجارب والمشاهدات الطبيعية.

الديناميكا الحرارية - صفحة6

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

2 - النظام الديناميكي الحراري (Thermodynamics System) يتكون النظام من كمية معينة (ثابتة) من المادة معزولة عن الوسط المحيط بها.

الديناميكا الحرارية - صفحة7

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

2 - النظام الديناميكي الحراري (Thermodynamics System) يتكون النظام من كمية معينة (ثابتة) من المادة معزولة عن الوسط المحيط بها.

ولوصف النظام نستخدم (الضغط - الحجم - درجة الحرارة) وهي كميات يمكن قياسها بسهولة كما نستخدم أيضاً كميات أخرى مثل (الطاقة الداخلية والشغل والحرارة) لوصف النظام.

الديناميكا الحرارية - صفحة8

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

2 - النظام الديناميكي الحراري (Thermodynamics System) يتكون النظام من كمية معينة (ثابتة) من المادة معزولة عن الوسط المحيط بها.

ولوصف النظام نستخدم (الضغط - الحجم - درجة الحرارة) وهي كميات يمكن قياسها بسهولة كما نستخدم أيضاً كميات أخرى مثل (الطاقة الداخلية والشغل والحرارة) لوصف النظام.

وإذا حدث تغير في أي من هذه الكميات نقول إن هناك تغيراً في حالة النظام.

الديناميكا الحرارية - صفحة9

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

3 - الإتزان الحراري: تصل الأجسام المتلامسة إلى حالة الاتزان الحراري، عندما ينعدم انتقال الحرارة بينها (تصبح لها نفس درجة الحرارة).

الديناميكا الحرارية - صفحة10

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

3 - الإتزان الحراري: تصل الأجسام المتلامسة إلى حالة الاتزان الحراري، عندما ينعدم انتقال الحرارة بينها (تصبح لها نفس درجة الحرارة).

4 - الإجراء الديناميكي الحراري (Thermodynamics Process) هو عبارة عن تغير في حال النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة (أو سحب) حرارة أو شغل.

الديناميكا الحرارية - صفحة11

تعاريف ومصطلحات الديناميكا الحرارية:

3 - الإتزان الحراري: تصل الأجسام المتلامسة إلى حالة الاتزان الحراري، عندما ينعدم انتقال الحرارة بينها (تصبح لها نفس درجة الحرارة).

4 - الإجراء الديناميكي الحراري (Thermodynamics Process) هو عبارة عن تغير في حال النظام من حالة إلى أخرى بسبب إضافة (أو سحب) حرارة أو شغل.

5 - المسار: هو عبارة عن الحالات التي تمر بها خواص النظام.

الديناميكا الحرارية - صفحة12

6 - الدورة الديناميكية الحرارية (Thermodynamics Cycle) يُتم النظام دورة إذا مر بعدة تحولات بحيث تتطابق بداية ونهاية الإجراءات.

أنواع النظام

أنواع النظام - صفحة1

أنواع النظام:

أنواع النظام - صفحة2

أنواع النظام:

1- النظام المغلق (Closed System): هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة. وبهذا تكون كتلة المادة داخل النظام المغلق ثابتة.

أنواع النظام - صفحة3

أنواع النظام:

1- النظام المغلق (Closed System): هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة. وبهذا تكون كتلة المادة داخل النظام المغلق ثابتة.

2- النظام المعزول (Isolated System): هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة أو الطاقة مع محيط النظام.

أنواع النظام - صفحة4

أنواع النظام:

1- النظام المغلق: (Closed System) هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة. وبهذا تكون كتلة المادة داخل النظام المغلق ثابتة.

2- النظام المعزول: (Isolated System) هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة أو الطاقة مع محيط النظام.

3- النظام المفتوح: (Open System) هو النظام الذي يسمح بدخول وخروج المادة والطاقة من وإلى النظام وغالباً ما تكون كتلة المادة داخل النظام المفتوح غير ثابتة إلا في حالة السريان المستقر.

الشغل والحرارة

الشغل والحرارة - صفحة1

الشغل والحرارة:

الشغل والحرارة - صفحة2

الشغل والحرارة:

لنفترض كمية من الغاز المحصور في مكبس (نظام ديناميكي حراري) وأن هذا النظام انتقل من حالة إلى أخرى، وإذا رسمنا العلاقة البيانية بين (الحجم - الضغط) لهذا النظام، فإن المساحة المحصورة بين المنحنى ومحور الحجم تساوي الشغل المبذول لإحداث هذا التغيير.

الشغل والحرارة - صفحة3

الشغل والحرارة:

وقد مر معنا خلال دراستنا لقوانين الغازات أن عملية انتقال نظام غازي من حالة إلى أخرى قد تتم وفق أحد الإجراءات التالية:
1- عند ضغط ثابت (تحولات إيزوبارية) Isobaric .

الشغل والحرارة - صفحة4

2- عند درجة حرارة ثابتة (تحولات إيزوثيرمية) Isothermal .

الشغل والحرارة - صفحة5

3- عند حجم ثابت (تحولات إيزكورية) Isochoric .

الشغل والحرارة - صفحة6

4- تتم على النظام الغازي المعزول حرارياً عن الوسط المحيط به وتسمى العملية الكظمية (الأديباتيكية) Adiabatic .

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة1

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات:

1- إذا كان الحجم ثابتاً فإن
ح= صفر وبالتالي الشغل المبذول يساوي صفراً، ولا يتحرك المكبس .

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة2

2- إذا كان الضغط ثابتاً:     شغ = ض (ح2 ـ ح1)

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة3

3- إذا كانت درجة الحرارة ثابتة

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة4

3- إذا كانت درجة الحرارة ثابتة

شغ = ح1ض1 لوe ح2
ح1

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة5

3- إذا كانت درجة الحرارة ثابتة

شغ = ح1ض1 لوe ح2
ح1
ح2 = ض1    وفق قانون بويل
ح1 ض2

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة6

3- إذا كانت درجة الحرارة ثابتة

شغ = ح1ض1 لوe ح2
ح1
ح2 = ض1    وفق قانون بويل
ح1 ض2
شغ = ح1ض1 لوe ض1
ض2

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة7

4 - إذا كانت العملية كظمية أديباتيكية: شغ = -
طد حيث
طد هي التغير في الطاقة الداخلية للنظام (الغاز المحصور).

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة8

العملية الايزوكورية
العملية الايزوبارية

العملية الايزوثيرمية
العملية الاديباتيكية

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة9

مثال 1: إذا افترضنا أن حجم رئتي الإنسان يزداد بمقدار 500 سم3 عند عملية الشهيق الواحدة، احسب الشغل المبذول على الرئتين خلال تلك العملية، معتبراً الضغط داخل الرئتين يبقى ثابتاً ويساوي الضغط الجوي (510 نيوتن/م2).

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة10

مثال 1: إذا افترضنا أن حجم رئتي الإنسان يزداد بمقدار 500 سم عند عملية الشهيق الواحدة، احسب الشغل المبذول على الرئتين خلال تلك العملية، معتبراً أن الضغط داخل الرئتين يبقى ثابتاً ويساوي الضغط الجوي
(10 نيوتن/م).

الحل:

شغ = ض (ح2 - ح1)
شغ = 510 × 500 × 10-6 = 50 جول

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة11

مثال 2: تمدد غاز محصور في اسطوانة ومكبس حجمه 0.2 م3 وضغطه 1000 كيلو باسكال بحيث أصبح حجمه 0.6 م3 فإذا ثبتت درجة حرارته خلال هذا الإجراء (د = 300° كلفن) فاحسب الشغل المبذول.

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة12

مثال 2: تمدد غاز محصور في اسطوانة ومكبس حجمه 0.2 م3 وضغطه 1000 كيلو باسكال بحيث أصبح حجمه 0.6 م3 فإذا ثبتت درجة حرارته خلال هذا الإجراء (د = 300° كلفن) فاحسب الشغل المبذول.

 

الحل: حرارة ثابتة ,إذاً :    شغ = ح1ض1 لوe ح2
ح1
شغ = 0.2 × 610 × لوe 0.6
0.2

= 219.222 × 310 جول.

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة13

مثال 3: تمدد نظام مكون من غاز محصور في اسطوانة ومكبس من حجم مقداره 0.02م3 وضغط 500 كيلو باسكال إلى حجم مقداره 0.022 م3عند نفس الضغط. احسب:
1- الشغل الذي بذله النظام.
2- المسافة التي تحركها المكبس إذا علمت أن مساحة المكبس 0.05 م2 .

حساب الشغل المبذول في بعض هذه العمليات - صفحة14

مثال 3: تمدد نظام مكون من غاز محصور في اسطوانة مكبس من حجم مقداره 0.02م3 وضغط 500 كيلو باسكال إلى حجم مقداره 0.022 م3عند نفس الضغط. احسب:
1- الشغل الذي بذله النظام.
2- المسافة التي تحركها المكبس إذا علمت أن مساحة المكبس 0.05م .
الحل: 1- ضغط ثابت ,إذاً:    شغ = ض(ح2 - ح1)
          = 500 × 310× (0.022 - 0.02)
          = 1000 جول

2-
ح = س× ف
  
  ف =

ح
= 0.002 م3 = 0.04 م
س 0.05 م2

قوانين الديناميكا الحرارية

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة1

قوانين الديناميكا الحرارية:

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة2

قوانين الديناميكا الحرارية:

القانون الأول للديناميكا الحرارية:

لنفترض أنه لدينا نظاماً حرارياً مكونٌ من أُسطوانة تحتوي على كمية من غاز مزودة بمكبس قابل للحركة، وإذا زودنا هذا النظام بطاقة حرارية فإن أثر هذه الطاقة الحرارية يظهر في:

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة3

قوانين الديناميكا الحرارية:

القانون الأول للديناميكا الحرارية:

لنفترض أنه لدينا نظاماً حرارياً مكوناً من اسطوانة تحتوي على كمية من غاز فرود بمكبس قابل للحركة، وإذا زودنا هذا النظام بطاقة حرارية فإن أثر هذه لطاقة الحرارية يظهر في:

1- تمدد المكبس إلى الخارج ضد الضغط الجوي.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة4

قوانين الديناميكا الحرارية:

القانون الأول للديناميكا الحرارية:

لنفترض أنه لدينا نظاماً حرارياً مكوناً من اسطوانة تحتوي على كمية من غاز فرود بمكبس قابل للحركة، وإذا زودنا هذا النظام بطاقة حرارية فإن أثر هذه لطاقة الحرارية يظهر في:

1- تمدد المكبس إلى الخارج ضد الضغط الجوي.

2- زيادة الطاقة الداخلية للنظام والتي تظهر على شكل ارتفاع في درجة حرارة الغاز.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة5

القانون الأول للديناميكا الحرارية: "كمية الحرارة التي يمتصها (أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام، والشغل الذي يبذله النظام".

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة6

القانون الأول للديناميكا الحرارية: "كمية الحرارة التي يمتصها (أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام، والشغل الذي يبذله النظام".


طد = كح - شغ
  كح= الطاقة الحرارية.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة7

القانون الأول للديناميكا الحرارية: "كمية الحرارة التي يمتصها (أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام، والشغل الذي يبذله النظام".


طد = كح - شغ

  كح= الطاقة الحرارية.

وعند تطبيق العلاقة السابقة ينبغي ملاحظة ما يلي:
1- يكون الشغل موجباً إذا بذله النظام (أي حدث تمدد للغاز) وسالباً إذا بُذِلَ شغل على النظام (أي حدث انكماش للغاز).

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة8

القانون الأول للديناميكا الحرارية: "كمية الحرارة التي يمتصها (أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام، والشغل الذي يبذله النظام".


طد = كح - شغ

 كح= الطاقة الحرارية.

وعند تطبيق العلاقة السابقة ينبغي ملاحظة ما يلي:
1- يكون الشغل موجباً إذا بذله النظام (أي حدث تمدد للغاز) وسالباً إذا بذل شغل على النظام (أي حدث انكماش للغاز).

2- تكون كمية الحرارة موجبة إذا اكتسب النظام حرارة وسالبة إذا فقد النظام حرارة.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة9

مثال 1: زودنا نظاماً مكوناً من غاز محصور بكمية من الحرارة مقدارها 500 سعر فزاد حجمه بمقدار 0.002 م3 تحت ضغط ثابت (الضغط الجوي المعياري). احسب التغيير في الطاقة الداخلية لهذا النظام علماً أن الضغط المعياري = 1.013 × 510 باسكال، 1 سعر = 4.18 جول.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة10

مثال 1:زودنا نظاماً مكوناً من غاز محصور بكمية من الحرارة مقدارها 500 سعر فزاد حجمه بمقدار 0.002 م3 تحت ضغط ثابت (الضغط الجوي المعياري). احسب التغيير في الطاقة الداخلية لهذا النظام علماً أن الضغط المعياري = 1.013 × 510 باسكال، السعر = 4.18 جول.
    الحل:


طد = كح - شغ

زاد الحجم إذاً شغ
صفر         زودنا النظام بكمية الحرارة إذاً كح
صفر
شغ = ض (ح2 - ح1)
= 1.013 × 510 × 0.002 = 202.6 جول
إذاً:
طد = (500 × 4.18) جول - 202.6 جول = 1887.4 جول

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة11

مثال 2: ضغط غاز محصور في أسطوانة ببذل شغل عليه مقداره 3000 جول ولم يتم خلال هذا الإجراء تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط به (إجراء أديباتيكي) احسب: التغير في الطاقة الداخلية للنظام.

قوانين الديناميكا الحرارية - صفحة12

مثال 2: ضغط غاز محصور في أسطوانة ببذل شغل عليه مقداره 3000 جول ولم يتم خلال هذا الإجراء تبادل حراري بين النظام والوسط المحيط به (إجراء أديباتيكي) احسب: التغير في الطاقة الداخلية للنظام.
    الحل:


طد = كح - شغ

ولكن كح = صفر   
  
طد = - شغ

شغ
صفر (الشغل بُذل على النظام)
إذا
طد = - (-3000 جول)
= 3000 جول

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة1

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية:

 

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة2

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية:

1- الإجراء تحت حجم ثابت: شغ = صفر

طد = كح

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة3

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية:

1- الإجراء تحت حجم ثابت: شغ = صفر

طد = كح

2- الإجراء تحت ضغط ثابت: شغ = ض (ح2 - ح1)
      
طد = كح - ض (ح2 - ح1)

       مثل هذا الإجراء يتم في الآلة البخارية.

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة4

مثال 3: نظام لآلة بخارية يحتوي على 20 جم من الماء عند درجة حرارة 100°م، تحولت نتيجة التسخين إلى بخار حجمه 3342 سم3 تحت ضغط جوي معياري ( 1.013 ×510 باسكال)
إذا علمت أن الحرارة الكامنة لتبخر الماء 539سعر/ كجم فاحسب:
1- الشغل الذي يبذله النظام.
2- الزيادة في الطاقة الداخلية للنظام.

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة5

الحل:

    1- الضغط ثابت، إذاً     شغ = ض (ح2 - ح1)

ح1 (للماء) = الكتلة = 20 غم = 20 سم3
الكثافة 1 غم/سم3

   شغ = 1.013 × 510×(3342 - 20)× 10-6
       = 336.52جول
   وبما أن الحجم قد زاد، إذاً شغ
صفر.

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة6

2- كح = الكتلة × الحرارة الكامنة لتبخر الماء
    كح
صفر لأنها معطاة للنظام.
        = 20غم × 539 سعر/غم × 4.18
        = 45060.4 جول
    
طد = كح - شغ
= 45060.4 جول - 336.52 جول
                        = 44723.88 جول

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة7

3- الإجراء عند درجة حرارة ثابتة:
   تظل الطاقة الداخلية للغاز ثابتة
طد = صفراً       إذاً  كح = شغ

كح = ح1 ض1 لوe ح2 = ح1 ض1 لوe ض1
ح1 ض2

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة8

4- الإجراء الكظمي (الأديباتيكي) يكون النظام معزولاً حرارياً (كح = صفراً)، ويحدث عادة في وقت قصير.
             إذاً
طد = - شغ

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة9

4- الإجراء الكظمي (الأديباتيكي) يكون النظام معزولاً حرارياً (كح = صفر)، ويحدث عادة في وقت قصير.
             إذاً
طد = - شغ

ومن الأمثلة على الإجراءات الكظمية:
1 ـ إجراء ضغط الهواء وغاز الوقود في شوط الضغط في الآلة الحرارية (آلة الاحتراق الداخلي).

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة10

4- الإجراء الكظمي (الأديباتيكي) يكون النظام معزولاً حرارياً (كح = صفر)، ويحدث عادة في وقت قصير.
             إذاً
طد = - شغ

ومن الأمثلة على الإجراءات الكظمية:
1 ـ إجراء ضغط الهواء وغاز الوقود في شوط الضغط في الآلة الحرارية (آلة الاحتراق الداخلي).

2 ـ إجراء تمدد نواتج الانفجار الحادث في شوط القوة (في الآلة الحرارية)
       حيث يحدث هذان الإجراءان في زمن قصير جداً.

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة11

مثال 4: وعاء معزول حرارياً يحتوي على غاز محصور، بُذل شغل خارجي على الغاز بمقدار 100 جول، احسب مقدار التغير في طاقة الغاز الداخلية.

بعض التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية - صفحة12

مثال 4: وعاء معزول حرارياً يحتوي على غاز محصور، بُذل شغل خارجي على الغاز بمقدار 100 جول، احسب مقدار التغير في طاقة الغاز الداخلية.

     الحل: النظام معزول حرارياً إذاً كح = صفراً.
          
طد = كح - شغ = صفر - (-100) = 100 جول.

الإجراء العكوس واللاعكوس

الإجراء العكوس واللاعكوس - صفحة1

الإجراء العكوس واللاعكوس:

الإجراء العكوس واللاعكوس - صفحة2

الإجراء العكوس واللاعكوس:

الإجراء العكوس لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام والجو المحيط به.

الإجراء العكوس واللاعكوس - صفحة3

الإجراء العكوس واللاعكوس:

الإجراء العكوس لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام والجو المحيط به.

ويكون النظام إذا تعرض لإجراء عكوس قد سلك مسارين متعاكسين يطلق عليهما اسم دورة كاملة. وفي هذه الحالة     
طد = صفراً.

الإجراء العكوس واللاعكوس - صفحة4

الإجراء العكوس واللاعكوس:

الإجراء العكوسي لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام والجو المحيط به.

ويكون النظام إذا تعرض لإجراء عكوس قد سلك مسارين متعاكسين يطلق عليها اسم دورة كاملة. وفي هذه الحالة     
طد = صفر.

والإجراء اللاعكوس هو الإجراء الذي لا يمكن عكس اتجاهه.

الآلة الحرارية

الآلة الحرارية - صفحة1

الآلة الحرارية:

 

الآلة الحرارية - صفحة2

الآلة الحرارية:

الآلة الحرارية: هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي وذلك نتيجة انتقال الحرارة إلى هذا الجهاز من مصدر حراري (مستودع حراري) ذي درجة حرارة عالية وطرد الحرارة إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة.

الآلة الحرارية - صفحة3

الآلة البخارية

الآلة البخارية هي مثال على الآلة الحرارية وهي تعمل وفق الخطوات التالية:

 

الآلة الحرارية - صفحة4

الآلة البخارية

الآلة البخارية هي مثال على الآلة الحرارية وهي تعمل وفق الخطوات التالية:

1- يتم تسخين الماء ويتحول إلى بخار ذي درجة حرارة عالية وضغط مرتفع في الغلايات التي تستمد الطاقة الحرارية من مصدر حراري ذي درجة حرارة عالية جداً وذلك بحرق الوقود.

الآلة الحرارية - صفحة5

الآلة البخارية

الآلة البخارية هي مثال على الآلة الحرارية وهي تعمل وفق الخطوات التالية:

2- يمرر البخار على مكبس عبر صمام فيحركه (يبذل عليه شغلاً) ويكون ذلك على حساب الطاقة الداخلية للبخار وبذلك تنخفض درجة حرارة البخار.

الآلة الحرارية - صفحة6

3- مع عودة المكبس يدفع البخار عبر صمام إلى المكثّف وهناك يتحول إلى سائل، وأثناء هذه العملية يفقد البخار جزءاً من طاقته الداخلية، وهذه الحرارة تُطرد إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة (الهواء الجوي مثلاً).

الآلة الحرارية - صفحة7

4- يعاد ضخ الماء (مادة التشغيل) إلى الغلايات حيث تعاد الدورة من جديد.

 

الآلة الحرارية - صفحة8

3- مع عودة المكبس يدفع البخار عبر صمام إلى المكثّف وهناك يتحول إلى سائل، وأثناء هذه العملية يفقد البخار جزءاً من طاقته الداخلية، وهذه الحرارة تُطرد إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة (الهواء الجوي مثلاً).

4- يعاد ضخ الماء (مادة التشغيل) إلى الغلايات حيث تعاد الدورة من جديد.

نلاحظ أن الماء (مادة التشغيل) يمر بدورة كاملة.
إذاً
طد = صفراً = كح - شغ
ولكن كح في العلاقة تمثل الفرق بين كح1 - كح2 إذاً شغ = كح2 - كح1

الآلة الحرارية - صفحة9

مردود الآلة الحرارية: (كفاءتها)

 

الآلة الحرارية - صفحة10

مردود الآلة الحرارية (كفاءتها):

كفاءة الآلة الحرارية هي النسبة بين ما تبذله الآلة من شغل خارجي إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة.

الآلة الحرارية - صفحة11

مردود الآلة الحرارية (كفاءتها):

كفاءة الآلة الحرارية هي النسبة بين ما تبذله الآلة من شغل خارجي إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة.

كفاءة الآلة = شغ           ولكن           شغ = كح2 - كح1
كح2

الآلة الحرارية - صفحة12

مردود الآلة الحرارية (كفاءتها):

كفاءة الآلة الحرارية هي النسبة بين ما تبذله الآلة من شغل خارجي إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة.

كفاءة الآلة = شغ           ولكن           شغ = كح2 - كح1
كح2
إذاً  كفاءة الآلة = كح2 - كح1           كفاءة الآلة = 1 - كح1
كح2 كح2

الآلة الحرارية - صفحة13

وجد كارنو أن    كح1 = كـ1
كح2 كـ2

كـ1 هي درجة الحرارة المطلقة للمنبع (المستودع) الحراري البارد .
كـ2 هي درجة الحرارة المطلقة للمنبع الحراري الساخن.

الآلة الحرارية - صفحة14

وجد كارنو أن    كح1 = كـ1
كح2 كـ2

كـ1 هي درجة الحرارة المطلقة للمنبع (المستودع) الحراري البارد .
كـ2 هي درجة الحرارة المطلقة للمنبع الحراري الساخن.

كفاءة الآلة = 1 - كـ1
كـ2

الآلة الحرارية - صفحة15

مثال: إذا كانت درجة حرارة المستودع الحراري الساخن في آلة كارنو هي 127°م وتحتاج خلال دورة كاملة إلى 420 جول تأخذه من المستودع الساخن بينما يخرج منها 315 جول من الطاقة الحرارية إلى المستودع البارد. أوجد درجة حرارة المستودع البارد.

الآلة الحرارية - صفحة16

الحل:   كـ1 = كح1
كـ2 كح2

كـ2 = 127 + 273 = 400 كلفن

كـ1 = 315 جول
400 كلفن 420 جول

كـ1 = 300 كلفن
إذاً درجة حرارة المستودع البارد = 300 - 273 = 27°م.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة1

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:

 

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة2

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:

يؤكد القانون الأول للديناميكا الحرارية على حفظ الطاقة ولكن لا يحدد اتجاه انتقال الطاقة. فمثلاً، يفقد كوب الشاي الساخن حرارته للجو المحيط به ولا يكتسب حرارة من الجو المحيط به ليصبح أسخن منه.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة3

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:

يؤكد القانون الأول للديناميكا الحرارية على حفظ الطاقة ولكنه لا يحدد اتجاه انتقال الطاقة. فمثلاً، يفقد كوب الشاي الساخن حرارته للجو المحيط به ولا يكتسب حرارة من الجو المحيط به ليصبح أسخن منه.

إن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يحدد اتجاه إجراءات انتقال الطاقة (الحرارة) , وهناك عدة صيغ لهذا القانون وجميعها متكافئة.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة4

أ- صيغة (كلفن - بلانك): من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كلياً إلى شغل ميكانيكي.

صيغة (كلفن - بلانك)

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة5

أ- صيغة (كلفن - بلانك): من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كلياً إلى شغل ميكانيكي.

صيغة (كلفن - بلانك)

أي أنه لكي تنتج الآلة الحرارية شغلاً يجب أن يكون لها مستودعان حراريان مختلفان في درجة الحرارة.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية - صفحة6

ب- صيغة (كلاوزيوس): "من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي درجة حرارة منخفضة، وتطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دون الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي".

صيغة (كلاوزيوس)

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية)

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة1

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية):

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة2

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية):

إذا كانت كل اجراءات دورة ديناميكية حرارية انعكاسية، فإن الدورة ككل تعتبر انعكاسية. دورة كارنو هي إحدى الدورات الديناميكية الانعكاسية المشهورة والتي سميت باسم المهندس الفرنسي سادي كارنو (1796 - 1832)م.

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة3

تتكون دورة آلة كارنو الحرارية من أربعة إجراءات انعكاسية كالتالي كما في الشكل التالي ونلخصها بما يلي:

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة4

1-2: إجراء إضافة حرارة (انعكاسي) عند درجة حرارة ثابتة عالية كـعـ(إيزوثرمال).

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة5

2-3: إجراء التمدد الأديباتيكي (الانعكاسي).

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة6

3-4: إجراء طرد حرارة (انعكاسي) عند درجة حرارة ثابتة منخفضة كـصـ (إيزوثرمال).

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة7

4-1: إجراء الضغط الأديباتيكي (الانعاكسي).

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة8

إن أقصى كفاءة ممكنة للآلة هي كفاءة آلة كارنو:

كفاءة آلة كارنو = صافي الشغل = شغ
الحرارة المضافة كحعـ

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة9

إن أقصى كفاءة ممكنة للآلة هي كفاءة آلة كارنو:

كفاءة آلة كارنو = صافي الشغل = شغ
الحرارة المضافة كحعـ

ولكن شغ = كحعـ - كحص

كفاءة آلة كارنو = 1 - كحصـ
كحعـ

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة10

كفاءة آلة كارنو = 1 - كحصـ
كحعـ

كحعـ: كمية الحرارة المضافة عند درجة الحرارة المرتفعة كـعـ (للمستودع الساخن).
كحصـ: كمية الحرارة المطرودة عند درجة الحرارة المنخفضة كـصـ (للمستودع البارد).

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة11

كفاءة آلة كارنو = 1 - كحصـ
كحعـ

كحعـ: كمية الحرارة المضافة عند درجة الحرارة المرتفعة كـعـ (للمستودع الساخن).
كحصـ: كمية الحرارة المطرودة عند درجة الحرارة المنخفضة كـصـ (للمستودع البارد).
وقد وجد أن كفاءة دورة كارنو تعتمد على درجة حرارة كل من المستودعين.

كفاءة آلة كارنو = 1 - كـصـ
كـعـ

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة12

مثال 1: آلة حرارية تتبع دورة كارنو وتستقبل كمية حرارة تساوي 3000 كيلوجول من مصدر حراري عند درجة حرارة 727°م، وتطرد كمية حرارة إلى مستودع حراري درجة حرارته 27°م. احسب :
1- كمية الحرارة المطرودة.
2- الشغل الناتج عن الآلة.
3- كفاءة الآلة الحرارية.

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة13

الحل:
1- كـعـ= 727 + 273 = 1000 كلفن
كـصـ= 27 + 273 = 300 كلفن

كـعـ  =  كحعـ   
  
1000 كلفن  =  3000 كيلوجول
كـصـ كحصـ 300 كلفن كحصـ

كحصـ = 900 كيلوجول

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة14

2- الشغل الصافي = كحعـ - كح صـ= 3000 - 900 = 2100 كيلوجول

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة15

2- الشغل الصافي = كحعـ - كح صـ= 3000 - 900 = 2100 كيلوجول

3- كفاءة آلة كارنو = 1 - كـصـ  = 1 - 300  =0.666
كـعـ 1000

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة16

مثال2: تعمل آلة حرارية على دورة كارنو وتنتج شغلاً صافياً معدله 100 كيلوات بينما تعمل بين مصدر حراري درجة حرارته 700°م، ومستقبل حراري عند 50°م. احسب:
1ـ كفاءة الآلة.
2ـ كمية الحرارة المنقولة كحعـ إلى الدورة.
3ـ كمية الحرارة المطرودة كحصـ من الدورة.

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة17

الحل:
1- كـصـ= 50 + 273 = 323 كلفن
كـعـ= 700 + 273 = 973 كلفن

الكفاءة = 1 - كـصـ  = 1 - 323  =0.668
كـعـ 973

دورة كارنو الإنعاكسية (آلة كارنو الحرارية) - صفحة18

2- الكفاءة = شغ   
  
كحعـ = شغ = 100 = 149.7 كيلوجول
كحعـ الكفاءة 0.668

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة1

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة:


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة2

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة:

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية :


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة3

دورة كارنو الانعكاسية المقلوبة:

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية :

1- الإجراء أ - ب : اجراء تمدد إنعكاسي أديباتيكي .


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة4

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية :
2- الإجراء ب - ج : إجراء إضافة حرارة إنعكاسي عند درجة حرارة ثابتة منخفضة كـص (إجراء إيزوثرمال عكس 3-4 في دورة كارنو).


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة5

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية :
3- الإجراء ج - و : إجراء إنضغاط إنعكاسي أديباتيكي (عكس 2-3 في دورة كارنو).


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة6

تتكون دورة كارنو المقلوبة من الإجراءات الانعكاسية التالية :
4- الإجراء و- أ : إجراء طرد حرارة إنعكاسي عند درجة حرارة عالية كـعـ (إيزوثرمال عكس 2-1 في دورة كارنو) .


دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة7

يقاس أداء دورة كارنو المقلوبة بمعامل الأداء التالي:

معامل الأداء= الطاقة المطلوبة
الطاقة المدفوعة(الكلفة)

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة8

استخدامات آلة كارنو:

1- إذا استخدمت آلة كارنو المقلوبة كمبرد (مكيف يعمل على التبريد) فإن الطاقة المطلوبة هي كمية الحرارة المسحوبة من المكان البارد كحصـ.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة9

استخدامات آلة كارنو:

1- إذا استخدمت آلة كارنو المقلوبة كمبرد (مكيف يعمل على التبريد) فإن الطاقة المطلوبة هي كمية الحرارة المسحوبة من المكان البارد كحصـ.

أما الطاقة المدفوعة فهي كمية الشغل المطلوب لإدارة المضخة ويعطي بالعلاقة:
     شغ التبريد = كحعـ - كحصـ

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة10

استخدامات آلة كارنو:

1- إذا استخدمت آلة كارنو المقلوبة كمبرد (مكيف يعمل على التبريد) فإن الطاقة المطلوبة هي كمية الحرارة المسحوبة من المكان البارد كحصـ.

أما الطاقة المدفوعة فهي كمية الشغل المطلوب لإدارة المضخة ويعطي بالعلاقة:
     شغ التبريد = كحعـ - كحصـ

معامل الأداء= كحصـ = كحصـ
شغ التبريد كحعـ - كحص

ويلاحظ أن معامل الأداء ممكن أن يكون أصغر أو أكبر من الواحد الصحيح.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة11

مثال 3: تقوم آلة تبريد (مكيف) بتبريد غرفة في فصل الصيف بحيث تسحب كمية من حرارة الغرفة بمعدل 20 كليواط، فإذا كانت درجة حرارة الغرفة 22°م ودرجة الحرارة خارج الغرفة 47°م فاحسب معدل الشغل المطلوب، ومعامل أداء آلة التبريد إذا كانت دورة التبريد هي دورة انعكاسية.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة12

الحل:     كـعـ= 47 + 273 = 320 كلفن
    كـصـ= 22 + 273 = 295 كلفن
كحصـ = معدل كمية الحرارة المسحوبة من الغرفة = 20 كيلواط

كحعـ = كـعـ     
   كحعـ =
20 × 320 = 21.7 كيلواط
كحصـ كـصـ 295

شغ = كحعـ - كحصـ = 21.7 كيلواط - 20 كيلواط = 1.7 كيلواط

معامل الأداء = كحصـ = 20 = 11.756
شغ 1.7

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة13

2- في حالة المضخة الحرارية (مكيف يعمل على الحار) فهي تقوم بدورة مشابهة لدورة المبرّد، فهي تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن لذا تكون الطاقة المطلوبة هي كحعـ التي تنتقل إلى الخزان الحراري المرتفع الذي درجة حرارته كـعـ.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة14

2- في حالة المضخة الحرارية (مكيف يعمل على الحار) فهي تقوم بدورة مشابهة لدورة المبرّد، فهي تنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن لذا تكون الطاقة المطلوبة هي كحعـ التي تنتقل إلى الخزان الحراري المرتفع الذي درجة حرارته كـعـ.

الطاقة المدفوعة هي كحعـ - كحصـ

معامل أداء المضخة = كحعـ = كحعـ
شغ كحعـ - كحص
يكون معامل أداء المضخة دائماً أكبر من واحد.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة15

مثال 4: احسب أقل معدل شغل ممكن لمضخة حرارية تستخدم لتدفئة غرفة عند درجة حرارة 27°م إذا كانت درجة حرارة الجو الخارجي هي -23°م، ومعدل كمية الحرارة المفقودة من الغرفة تساوي 30 كيلواط.

دورة كارنو الإنعكاسية المقلوبة - صفحة16

الحل:

معامل أداء المضخة = كـعـ = كـعـ
شغ كـعـ - كـصـ

لبذل أقل شغل ينبغي أن يكون معامل الأداء لها أكبر ما يمكن

معامل الأداء للآلة = 27 + 273 = 6
(27 + 273) - (-23 + 273)
معامل الأداء = كحعـ
شغ
شغ = 30 = 5 كيلواط
6

تلخيص الديناميكا الحرارية

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة1

تلخيص الفصل الثالث
الديناميكا الحرارية

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة2

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

1- يوجد أنواع متعددة من الأنظمة الديناميكية الحرارية منها:
أ - النظام المغلق.
ب - النظام المعزول.
جـ- النظام المفتوح .

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة3

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

2- لحساب الشغل في بعض الإجراءات:
 أ - عند حجم ثابت (الإيزوكورية)
ح= صفراً ,  إذاً شغ = صفراً
 ب- عند ضغط ثابت (الإيزوبارية)    شغ = ض(ح2ـ ح1)
جـ- عند درجة حرارة ثابتة (الإيزوثيرمية):

شغ = ح1ض1 لوe ح2          شغ = ح1ض1 لوe ض1
ح1 ض2

 د- العملية الكظمية الأديباتيكية (لا يوجد تبادل في الحرارة).
شغ = -
طد (التغير في الطاقة الداخلية للنظام).

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة4

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

3- القانون الأول للديناميكا الحرارية: "كمية الحرارة التي يمتصها (أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام والشغل الذي يبذله النظام"

طد = كح ـ شغ


طد = التغير في الطاقة الداخلية.
كح = كمية الحرارة.
شغ = الشغل.
ملاحظة: في الإجراء الإيزوثيرمي
طد = صفراً إذاً شغ = كح

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة5

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

4- الإجراء العكوسي لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام والجو المحيط به.

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة6

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

5- الآلة الحرارية هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي وذلك نتيجة انتقال الحرارة إلى هذا الجهاز من مصدر حراري (مستودع حراري) ذي درجة حرارة عالية، وطرد الحرارة إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة.

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة7

تلخيص الفصل الثالث: الديناميكا الحرارية

5- الآلة الحرارية هي جهاز يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي وذلك نتيجة انتقال الحرارة إلى هذا الجهاز من مصدر حراري (مستودع حراري) ذي درجة حرارة عالية، وطرد الحرارة إلى خزان حراري ذي درجة حرارة منخفضة.

6- كفاءة الآلة الحرارية:

          كفاءة الآلة = 1 - كح1           كفاءة الآلة = 1 - كـ1
كح2 كـ2

كـ 1 = درجة الحرارة المطلقة للمستودع البارد
كـ 2 = درجة الحرارة المطلقة للمستودع الساخن

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة8

7- القانون الثاني للديناميكا الحرارية:
"من المستحيل بناء آلة حرارية تعمل بحيث تمتص طاقة حرارية من مستودع حراري واحد وتحولها كلياً إلى شغل ميكانيكي"
.

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة9

8- دورة كارنو الإنعكاسية: (آلة كارنو)

كفاءة آلة كارنو = 1 - كحصـ
كحعـ

كحصـ = كمية الحرارة المطرودة للمستودع البارد .
كحعـ = كمية الحرارة المضافة للمستودع الساخن.

أو     كفاءة آلة كارنو = 1 - كـصـ
كـعـ

كـصـ = درجة الحرارة المطلقة للمستودع البارد
كـصـ = درجة الحرارة المطلقة للمستودع الساخن

تلخيص الديناميكا الحرارية - صفحة10

9- دورة كارنو الانعكاسية المقلوبة:

معامل الأداء= الطاقة المطلوبة
الطاقة المدفوعة(الكلفة)

 أ- إذا استخدمنا آلة كارنو المقلوبة كمبرد (مكيف) شغالتبريد = كحعـ - كحصـ

معامل الأداء= كحصـ = كحصـ
شغ التبريد كحعـ - كحصـ

ب- في حالة المضخة الحرارية:

معامل أداء المضخة = كحعـ = كحعـ
شغ كحعـ - كحصـ

تمارين الديناميكا الحرارية

تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة1

س 1: إذا زُود نظام معزول بكمية من الحرارة مقدارها 500 سعر، فأنجز شغلاً مقداره 20 جولاً، فما التغير في طاقته الداخلية. (1 سعر = 4.184 جول).

 480 جول

 2072 جول

 2112 جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة2

س 2: زُود نظام غازي بكمية من الحرارة مقدارها 1500 سعر، فزاد حجمه بمقدار 0.01 م3 تحت ضغط ثابت يساوي 1.013 × 10° باسكال (ضغطاً جوياً واحداً)، احسب مقدار التغير في طاقة النظام الداخلية
(1 سعر = 4.184 جول).

 5263 جول

 7289 جول

 6276 جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة3

س 3: تحول 1 سم3 من الماء بدرجة 100° م إلى بخار حجمه 1671 سم3 بدرجة 100° م تحت ضغط جوي معياري مقداره 1.013 × 510 باسكال، وبواسطة التسخين، فإذا علمت أن حرارة التصعيد للماء تساوي 539 سعراً/غ، احسب:

1 ـ الشغل الذي ينجزه النظام:


 338.4 جول

 169.2 جول

 421.7 جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة4

2 ـ كمية الحرارة التي اكتسبها النظام:

 2253.02 جول

  539 جول

 1624.1 جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة5

3 ـ الزيادة في الطاقة الداخلية للنظام:

 2422.22 جول

 2083.82 جول

 2253.02 جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة6

س 4:
1 ـ احسب فعالية آلة تمتص 1000 جول وتخرج 650 جولاً:

 65 %

 53.8 %

 35 %


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة7

2 ـ احسب الشغل الذي تنجزه هذه الآلة:

 350 جولاً

 650 جولاً

 1000 جولاً


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة8

س 5: آلة حرارية تعمل على دورة كارنو وتعمل بين 500°م و 270°م، وتنتج شغلاً 200 كيلو جول. احسب:

1 ـ كفاءة الآلة:


 0.698

 0.51

 0.72


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة9

2 ـ كمية الحرارة المنقولة إلى الدورة:

 200 كيلو جول

 139.6 كيلو جول

 286.5 كيلو جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة10

3 ـ كمية الحرارة المطرودة من الدورة:

 60.4 كيلو جول

 86.52 كيلو جول

 42.16 كيلو جول


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة11

س 6: مضخة حرارية تستخدم لتدفئة غرفة عند درجة حرارة 22°م حيث درجة حرارة الجو الخارجي- 5°م، ومعدل كمية الحرارة المفقودة من الغرفة 15 كيلو واط. احسب:

1 ـ معامل الأداء للآلة:


 11

 17

 14


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة12

2 ـ أقل معدل شغل ممكن للمضخة الحرارية:

 0.93 كيلواط

 1.13 كيلواط

 1.36 كيلواط


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة13

س 7: هل يمكن تبريد غرفة بترك باب الثلاجة بداخلها مفتوحاً؟

 نعم

 كلا


تمارين الديناميكا الحرارية - صفحة14

س 8: في حالة النظام المعزول:

 
ط د = صفر

 
ط د = كح - شع

 
ط د = - شع


اختبار الديناميكا الحرارية

اختبار الديناميكا الحرارية - اختبار

آلة حرارية تعمل بين مستودعين حراريين. درجة حرارة المستودع الساخن 600°م ودرجة حرارة البارد 45°م. أقصى كفاءة لهذه الآلة:


45 % .

63.6 % .

36.4 % .

مكيف يعمل وفق دورة كارنو المقلوبة بحيث تطرد كمية من الحرارة مقدارها 30 كيلوجول إلى الجو الخارجي الذي تبلغ درجة حرارته 45°م ويستهلك شغلاً مقداره 10 كيلوجول.
 أ - احسب درجة حرارة الغرفة.
 ب- معامل أداء المكيف.


درجة حرارة الغرفة = -34.5°م, معامل أداء المكيف = 3

 درجة حرارة الغرفة = صفر°م, معامل أداء المكيف = 3

درجة حرارة الغرفة = 238.5°م, معامل أداء المكيف = 0.33

أوجد التغير في الطاقة الداخلية لكتلة من البخار (1.5 كجم) على درجة 100°م وتحت ضغط طبيعي ثابت (ض = 510 باسكال) عندما تتحول إلى الحالة السائلة على نفس درجة الحرارة والضغط. لدينا التحول في الحجم خلال هذا التحول هو 2.25 م3، الحرارة الكامنة لتبخر الماء = 2.26 × 610 جول/كجم.


- 0.252 × 610 جول/كجم

3.138 × 610 جول/كجم

-3.138 × 610 جول/كجم

آلة حرارية تنتج شغلاً ميكانيكياً مقداره 4000 جول وتعطي كمية من الحرارة مقدارها 1000 جول، احسب كفاءة الآلة.


25 %

40 %

80 %

احسب الشغل اللازم لمضخة حرارية لتدفئة غرفة درجة حرارتها 22°م إذا كانت درجة حرارة الجو الخارجي 5°م ومعدل كمية الحرارة المفقودة من الغرفة تساوي 20 كيلواط.


20 كيلواط

4.54 كيلواط

1.15 كيلواط

لدينا في الشكل إجراء إيزوثيرمي (درجة الحرارة ثابتة) مقدار الشغل الذي يبذله الغاز عند تمدده =


6931.5 جول

10000 جول

4512 جول

ضغط غاز محصور في اسطوانة ببذل شغل عليه مقدارة 2000 جول، وكان هذا إجراءً أديباتيكياً. احسب التغير في الطاقة الداخلية للغاز المحصور.


-2000 جول

2000 جول

1000 جول


التوصيل الحراري

التوصيل الحراري

التوصيل الحراري - صفحة1

الفصل الرابع
التوصيل الحراري

التوصيل الحراري - صفحة2

أهداف الفصل الرابع

بعد دراسة هذا الفصل يتوقع من الطالب أن يكون قادراً على:
1- توضيح المفاهيم و المصطلحات التالية :
معامل التوصيل الحراري - معامل الحمل الحراري ، الممال الحراري ، الجسم الأسود المثالي - المقاومة الحرارية .
2- تفسير كل من ( انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل والإشعاع ، تغير لون الجسم الساخن تبعاً لتغير درجة حرارته ).
3- ذكر العوامل المؤثرة على معدل انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل.
4- ذكر العلاقة الرياضية التي تعطي معدل انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل .

التوصيل الحراري - صفحة3

أهداف الفصل الرابع

بعد دراسة هذا الفصل يتوقع من الطالب أن يكون قادراً على :
5- توضيح أثر العزل الحراري لتوفير الطاقة .
6- شرح كيفية عمل الراديومتر.
7- ذكر قانون فين .
8- حل تمارين ومسائل عددية على التوصيل الحراري.

التوصيل الحراري - صفحة4

التوصيل الحراري

الحرارة نوع من أنواع الطاقة ينتقل بثلاثة طرق:
1- بالتوصيل ويحدث في الأجسام الجامدة.

التوصيل الحراري - صفحة5

التوصيل الحراري

الحرارة نوع من أنواع الطاقة ينتقل بثلاثة طرق:
1- بالتوصيل ويحدث في الأجسام الجامدة.
2- بالحمل ويحدث في الموائع.

 

التوصيل الحراري - صفحة6

التوصيل الحراري

الحرارة نوع من أنواع الطاقة ينتقل بثلاثة طرق:
1- بالتوصيل ويحدث في الأجسام الجامدة.
2- بالحمل ويحدث في الموائع.
3- بالإشعاع ويحدث بالموجات الكهرومغناطيسية.

انتقال الحرارة بالتوصيل

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة1

أولاً: انتقال الحرارة بالتوصيل:

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة2

أولاً: انتقال الحرارة بالتوصيل

إن حركة الجزيئات في جميع المواد الجامدة هي حركة موضعية، ولذلك تنتقل الحرارة فيها بالتوصيل.

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة3

أولاً: انتقال الحرارة بالتوصيل:

إن حركة الجزيئات في جميع المواد الجامدة هي حركة موضعية، ولذلك تنتقل الحرارة فيها بالتوصيل.

والفلزات أجود المواد توصيلاً للحرارة ويعود ذلك إلى عامل آخر هو وجود الالكترونات الحرة التي تساهم في انتقال الحرارة كما تساهم في توصيل المادة للكهرباء.

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة4

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة5

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:
     1- طول القضيب (ل).

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة6

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:
     1- طول القضيب (ل).

     2- مساحة مقطع القضيب (س).

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة7

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:

     1- طول القضيب (ل).
     2- مساحة مقطع القضيب (س).
     3- الزمن (ز).

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة8

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:
     1- طول القضيب (ل).
     2- مساحة مقطع القضيب (س).
     3- الزمن (ز).
     4- الفرق في درجة الحرارة بين طرفي القضيب (
د).

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة9

ويعتمد انتقال الحرارة عبر مادة جامدة على خمسة عوامل هي:
     1- طول القضيب (ل).
     2- مساحة مقطع القضيب (س).
     3- الزمن (ز).
     4- الفرق في درجة الحرارة بين طرفي القضيب (
د).
     5- نوع المادة الجامدة المصنوع منها القضيب حيث لكل مادة معامل توصيل خاص بها (مت)ت.

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة10








طالحرارية= ت)ت × س × ز ×
د
ل

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة11

مثال1: قضيب من النحاس الأحمر طوله 50 سم ومساحة مقطعه 2سم2. وضع أحد طرفيه في بخار ماء يغلي، ووضع الطرف الآخر في جليد بدأ بالإنصهار. فإذا كان القضيب مغلّفاً بمادة جيدة العزل وكانت كمية الطاقة الحرارية المنقولة خلاله في دقيقة واحدة هي 850 جولاً، فما قيمة معامل التوصيل الحراري للنحاس الأحمر.

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة12

الحل:

طالحرارية= ت)ت × س × ز ×
د
ل
ت)ت = طالحرارية × ل
س × ز ×
د
ت)ت = 850 جول × 0.5 م
0.002 م2 × 60 ث × (100 - 0)°م

= 354.2 جول/م.ث.°م

انتقال الحرارة بالتوصيل - صفحة13

تمكنك هذه الحاسبة من التعرف على العوامل الخمسة ((مت)ت ,س ,ز ,
د ,ل ) المؤثرة على كمية الطاقة المنتقلة عبر قضيب ما. ثبت أربعة عوامل وغير العامل الخامس لاحظ العلاقة بين هذا العامل وكمية الطاقة المنتقلة عبر القضيب.

إدخال القيم يسمح به
عند الكلمات السوداء فقط
والكلمات الحمراء
مخصصة للنتائج .

=

ثانية
     =
م2
=
°م
=
م
=
م.ث.°م
=
°م
=
جول

الممال الحراري

الممال الحراري - صفحة1

الممال الحراري:

د2
دهـ
دجـ
دب
دأ
د1          

وفيه سندرس ظاهرة انخفاض درجة الحرارة كلما ابتعدنا عن مصدر الحرارة.


د
=  الممال الحراري

ل

الممال الحراري - صفحة2

الممال الحراري:

الممال الحراري هو التغير في درجة حرارة الموصِّل لكل متر من طوله عندما تنتقل فيه الحرارة عمودياً على مساحة مقطعه العرضي.


د
=  الممال الحراري

ل

الممال الحراري - صفحة3

مثال: إناء معدني فيه ماء درجة حرارته 90°م ودرجة حرارة الهواء المحيط به 15°م، إذا كان سمك جدار الإناء 1.5 ملم فأوجد الممال الحراري له.

الممال الحراري - صفحة4

مثال: إناء معدني فيه ماء درجة حرارته 90°م ودرجة حرارة الهواء المحيط به 15°م، إذا كان سمك جدار الإناء 1.5 ملم فأوجد الممال الحراري له.

الحل:

الممال الحراري=
د

ل
الممال الحراري= (15 - 90)°م
0.0015 م

= -5 × 410 °م/متر

تطبيقات على التوصيل الحراري

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة1

تطبيقات على التوصيل الحراري:

أ - انتقال الحرارة في فاصل مكون
     من عدة طبقات:

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة2

تطبيقات على التوصيل الحراري:

أ - انتقال الحرارة في فاصل مكون من عدة طبقات:
لدينا حافظة ماء بارد (ترموس) وهو يتكون من طبقتين:
1- داخلية من البلاستيك.
2- خارجية من البولسترين

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة3

وتعمل الطبقتان معاً على حفظ درجة حرارة السائل داخل الحافظة، وتقليل تسرب الحرارة منه أو إليه.

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة4

وتعمل الطبقتان معاً على حفظ درجة حرارة السائل داخل الحافظة، وتقليل تسرب الحرارة منه أو إليه.

قَدْ =   ط   = ت)ت × س ×
د
ز ل

       حيث:  قَدْ معدل انتقال الحرارة بالتوصيل ويقاس بالواط.

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة5

ب- العزل الحراري: العزل الحراري هو محاولة لتقليل الحرارة التي تدخل الجسم أو تخرج منه.

ترموس

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة6

ويتم العزل في المباني والبردات وحافظ الحرارة (الترموس)، للمحافظة على سخونة أو برودة محتوى هذه الأجسام. ففي المباني، يوفر العزل طاقة كبيرة، ففي دراسة أجريت على مادة البوليسترين المستخدمة كثيراً في عزل الجدران والأسقف تبين أن مقدار الوفر في الطاقة يزيد على 80%.

وأهم المواد العازلة للحرارة: البوليسترين، الصوف الزجاجي، الفلين، الخشب،...

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة7

مثال: مرجل مكون من طبقتين، الأولى من النحاس الأحمر سمكها 3ملم والثانية من الحديد سمكها 2 ملم، إذا كانت درجة الحرارة الداخلية للمرجل 150°م فاحسب:
أ - درجة حرارة السطح المشترك بين النحاس والحديد.
ب- معدل انتقال الحرارة بالتوصيل عبر جزء من المرجل
مساحته =4 م2.
مت (للحديد) = 0.72 ،
مت (للنحاس الأحمر)= 365

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة8

الحل:
أ - نفترض أن درجة حرارة السطح المشترك د°م.
                         قَدْ الحديد = قَدْ النحاس

مت(الحديد) × س × (د - 10) = مت(النحاس) × س × (150 - د)
0.002 م 0.003 م
72 × س × (د - 10) = 365 × س × (150 - د)
0.002 م 0.003 م

د = 118.03 °م

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة9

ب-

قدالنحاس = مت(النحاس) × س ×
د
ل
قدالنحاس = 365 × 4 × (150 - 118.03) = 1.56 × 710 واط
0.003
قدالحديد = 72 × 4 × (118.03 - 10) = 1.56 × 710 واط
0.002

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة10

ولتسهيل الحسابات تسمى (ل/م(ت)ت) المقاومة الحرارية لوحدة المساحات (مح).

مح = ل
م(ت)ت

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة11

ولتسهيل الحسابات تسمى (ل/م(ت)ت) المقاومة الحرارية لوحدة المساحات (مح).

مح = ل
م(ت)ت
قَدْ = س ×
د
م(ت)ت

وعندما يكون الجدار مكوّناً من عدة طبقات فإن:

مح(الكلية) = مح1 + مح2 + مح3 + ...

تطبيقات على التوصيل الحراري - صفحة12

وعلى هذا نستطيع أن نجيب على مثالنا السابق بالطريقة التالية:

مح الحديد = 0.002 = 2.78 × 10-5 م2.°م/ واط
72
مح النحاس = 0.003 = 8.2 × 10-6 م2.°م/ واط
365

مح(الكلية) = 2.78 × 10-5 + 8.2 × 10-6 = 3.6 × 10-5 م2.°م/ واط

قَدْ = س ×
د
= 4 × 140 = 1.56 × 710 واط
مح(الكلية) 3.6 × 10-5

انتقال الحرارة بالحمل

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة1

ثانياً: انتقال الحرارة بالحمل:

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة2

ثانياً: انتقال الحرارة بالحمل:

يحدث الانتقال بالحمل في السوائل والغازات، إذ أن الماء مثلاً إذا ارتفعت حرارته تقل كثافته، مما يجعله يرتفع صعوداً, ليهبط بدلاً منه الماء البارد ذو الكثافة الأكبر، وهكذا ينقل الماء معه الحرارة.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة3

ثانياً: انتقال الحرارة بالحمل:

يحدث الانتقال بالحمل في السوائل والغازات، إذ أن الماء مثلاً إذا ارتفعت حرارته تقل كثافته، مما يجعله يرتفع صعوداً, ليهبط بدلاً منه الماء الساخن ذي الكثافة الأكبر، وهكذا ينقل الماء معه الحرارة.

ونسمي هذه العملية بالحمل لأن جزيئات المائع تحمل الحرارة أثناء حركتها.

تجربة

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة4

- أنواع الحمل: الحمل نوعان هما:

1- حمل طبيعي: وفيه يعمل اختلاف درجة الحرارة على إحداث فرق في كثافة المائع في مناطقه المختلفة، وينتج عن ذلك حركة للمائع وانتقال للطاقة الحرارية معه.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة5


2- حمل قسري: وفيه تنتقل الطاقة الحرارية نتيجة لحركة المائع الناتجة عن استعمال جهاز ضخ ميكانيكي يعمل على تحريك المائع ومثال ذلك المروحة التي تحرك الهواء ومضخة الماء التي تحرك الماء داخل محرك السيارة.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة6

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة7

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته ولزوجته وحرارته النوعية... الخ.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة8

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة9

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).
4- شكل الجسم الصلب الذي يلامس المائع الناقل للحرارة.
(خشن - أملس - متعرج)

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة10

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).
4- شكل الجسم الصلب الذي يلامس المائع الناقل للحرارة.
5- المساحة المشتركة بين السطح الصلب والمائع التي يتم فيها التبادل الحراري.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة11

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).
4- شكل الجسم الصلب الذي يلامس المائع الناقل للحرارة.
5- المساحة المشتركة بين السطح الصلب والمائع التي يتم فيها التبادل الحراري.
                              قدَ = (مت)ح× س×
د

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة12

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).
4- شكل الجسم الصلب الذي يلامس المائع الناقل للحرارة.
5- المساحة المشتركة بين السطح الصلب والمائع التي يتم فيها التبادل الحراري.
                              قدَ = (مت)ح× س×
د

ت)ح هو معامل انتقال الحرارة بالحمل ويعتمد على العوامل من 2 إلى 5.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة13

- العوامل المؤثرة في معدل الطاقة المنقولة بالحمل:
يعتمد معدل الطاقة المنقولة بالحمل (قدَ) على عوامل عدة منها:
1- الفرق في درجة الحرارة بين المنطقتين اللتين تنتقل الطاقة بينهما (
د ).
2- الخصائص الفيزيائية للمائع مثل كثافته واللزوجة والحرارة النوعية... الخ.
3- نوع حركة المائع (إنسيابية هادئة أو عنيفة مضطربة).
4- شكل الجسم الصلب الذي يلامس المائع الناقل للحرارة.
5- المساحة المشتركة بين السطح الصلب والمائع التي يتم فيها التبادل الحراري.
                              قدَ = (مت)ح× س×
د

ت)ح هو معامل انتقال الحرارة بالحمل ويعتمد على العوامل من 2 إلى 5.
ت)ح هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته 1 م2 بتأثير فرق في درجة الحرارة قدره 1°م.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة14

مثال: احسب انتقال الحرارة بالحمل بين سطح مساحته 50°م 2 والهواء إذا كانت درجة حرارة السطح
35°م ومعدل درجة حرارة الهواء 20°م، ومتوسط معامل انتقال الحرارة بالحمل بين السطح والهواء
هو 10 واط /م2.°م.

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة15

مثال: احسب انتقال الحرارة بالحمل بين سطح مساحته 50°م والهواء إذا كانت درجة حرارة السطح
35°م ومعدل درجة حرارة الهواء 20°م، ومتوسط معامل انتقال الحرارة بالحمل بين السطح والهواء
هو 10 واط /م2.°م.

الحل:             قدَ = (مت)ح× س×
د

                     = 10 × 50 × (35 - 20) = 7500 واط

انتقال الحرارة بالحمل - صفحة16

انتقال الحرارة بالإشعاع

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة1

ثالثاً: انتقال الحرارة بالإشعاع:

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة2

ثالثاً: انتقال الحرارة بالإشعاع:

تصلنا أشعة الشمس على هيئة موجات كهرومغناطيسية وهي موجات لا تحتاج إلى وسط مادي لانتقالها بل تنتقل في الفراغ إضافة إلى انتقالها في بعض الأوساط المادية. ومن هنا ندرك أن الحرارة تنتقل بما يسمى الإشعاع أي على هيئة موجات كهرومغناطيسية.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة3

ثالثاً: انتقال الحرارة بالإشعاع:

أحضر مجموعة من الزجاجات الفارغة ذات الألوان المختلفة, وضع في كل واحدة ميزان حرارة وضع الزجاجات في الشمس بحيث تتعرض لنفس المقدار من أشعة الشمس. بعد مضي 30 دقيقة نلاحظ ان درجات الحرارة في الزجاجات مختلفة, وهذا يعني ان كمية الحرارة التي امتصتها كل زجاجة تختلف عن غيرها , أي أن لكل زجاجة معامل امتصاص خاص بها.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة4

معامل الامتصاص:
هو النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم والطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة5

معامل الامتصاص: هو النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم والطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم.

معامل الإمتصاص (مص ) = الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم × 100%
الطاقة الإشعاعية الكلية الساقطة على نفس الجسم

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة6

معامل الامتصاص: هو النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم والطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم.

معامل الإمتصاص (مص ) = الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم × 100%
الطاقة الإشعاعية الكلية الساقطة على نفس الجسم

مثال: تسقط الطاقة الشمسية على جسم بمعدل 40 واط، يمتص 15 واط منها ويعكس الباقي، كم معامل الامتصاص لهذا الجسم ؟

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة7

معامل الامتصاص:
هو النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم والطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم.

معامل الإمتصاص (مص ) = الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم × 100%
الطاقة الإشعاعية الكلية الساقطة على نفس الجسم

مثال: تسقط الطاقة الشمسية على جسم بمعدل 40 واط، يمتص 15 واط منها ويعكس الباقي، كم معامل الامتصاص لهذا الجسم ؟

الحل:            معامل الإمتصاص (مص ) = 15 × 100% = 37.5 %
40

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة8

العوامل المؤثرة على امتصاص الإشعاع الحراري:

1- طول موجة الإشعاع الساقط، فالأجسام العادية غير البيضاء أو السوداء، تمتص الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأشعة المرئية.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة9

العوامل المؤثرة على امتصاص الإشعاع الحراري:

1- طول موجة الإشعاع الساقط، فالأجسام العادية غير البيضاء أو السوداء، تمتص الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأشعة المرئية.

2- نوع المادة التي يسقط عليها الإشعاع.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة10

العوامل المؤثرة على امتصاص الإشعاع الحراري:

1- طول موجة الإشعاع الساقط، فالأجسام العادية غير البيضاء أو السوداء، تمتص الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأشعة المرئية.

2- نوع المادة التي يسقط عليها الإشعاع.

3- خشونة السطح، فكلما كان السطح صقيلاً قلّ امتصاصه.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة11

العوامل المؤثرة على امتصاص الإشعاع الحراري:

1- طول موجة الإشعاع الساقط، فالأجسام العادية غير البيضاء أو السوداء، تمتص الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأشعة المرئية.

2- نوع المادة التي يسقط عليها الإشعاع.

3- خشونة السطح، فكلما كان السطح صقيلاً قلّ امتصاصه.

4- نوع الطلاء الذي يغطي السطح ولونه.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة12

العوامل المؤثرة على امتصاص الإشعاع الحراري:

1- طول موجة الإشعاع الساقط، فالأجسام العادية غير البيضاء أو السوداء، تمتص الأشعة تحت الحمراء أكثر من الأشعة المرئية.

2- نوع المادة التي يسقط عليها الإشعاع.

3- خشونة السطح، فكلما كان السطح صقيلاً قلّ امتصاصه.

4- نوع الطلاء الذي يغطي السطح ولونه.

5- سمك طبقة الطلاء أو المادة التي تغطي السطح.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة13

الجسم الأسود المثالي:
هو الجسم الذي يمتص جميع الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه، أي أن معامل امتصاص الجسم الأسود المثالي هو 100%.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة14

الجسم الأسود المثالي:
هو الجسم الذي يمتص جميع الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه، أي أن معامل امتصاص الجسم الأسود المثالي هو 100%.
وهذا الجسم غير موجود حقيقة، والجسم الشبيه به فجوة بها ثقب صغير تدخل منه الطاقة الإشعاعية ثم يمتص جزءاً منها وينعكس الجزء الباقي من نواح كثير في الفجوة. ومن كل انعكاس يحدث امتصاص آخر حتى تمتص الفجوة جميع الطاقة الساقطة.

تجربة

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة15

الإشعاع الحراري:
كل جسم درجة حرارته فوق الصفر المطلق (-273°م) يعطي طاقة إشعاعية (موجات كهرومغناطيسية) لها أكثر من تردد واحد، إلا أن تردداً واحداً يكون ذا كثافة أكبر من غيره، كما لاحظوا أن طاقة الإشعاع تزداد بازدياد درجة حرارة الجسم. لذلك نحس بالحرارة عندما نقترب من الأجسام الساخنة نسبياً.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة16

قانون فين:
"يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ)".

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة17

قانون فين:
"يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ)".

ل × كـ = ثابت
حيث ثابت = 2.897 × 10-3 متر. كلفن (ويسمى ثابت فين).

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة18

وإذا أخذنا هنا مثالاً: قطعة الحديد عند تسخينها، وقبل تغير لونها نشعر بحرارتها إذا اقتربنا منها وفي هذه الحالة تصدر طاقة حرارية غير مرئية هي الأشعة تحت الحمراء.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة19

وإذا أخذنا هنا مثالاً: قطعة الحديد عند تسخينها، وقبل تغير لونها نشعر بحرارتها إذا اقتربنا منها وفي هذه الحالة تصدر طاقة حرارية غير مرئية هي الأشعة تحت الحمراء.

وعند استمرار التسخين يتحول لونها إلى أحمر ثم إلى برتقالي ثم الأصفر ثم الأزرق وبذلك يقل طول الموجات المنبعثة تدريجياً مع ارتفاع درجة الحرارة.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة20

قياس الإشعاع:

يتم بجهاز يسمى الراديومتر. وهو يتكون من زجاجة مفرغة من الهواء بداخلها محور مرن من البرونز الفسفوري ويوجد على هذا المحور ذراع من الألمنيوم المثبت على طرفيه ورقتان خفيفتان من المَيْكا، إحدى الورقتين دهن وجهها بدهان أسود جيد الامتصاص والأخرى مصقولة لامعة. كما توجد مرآة صغيرة على المحور ومصدر ضوئي يعطي حزمة ضيقة من الضوء، وتدريجياً تسقط عليه الأشعة المنعكسة عن المرآة.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة21


مبدأ عمل الجهاز:
فعندما يسقط الإشعاع من مصدره على ورقتي المَيْكا، تمتص الورقة السوداء الإشعاع فترتفع درجة حرارتها، أما الورقة اللامعة فتعكس الإشعاع، وبذلك تكون درجة حرارة الورقة السوادء أعلى من درجة حرارة الورقة اللامعة.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة22


ينتقل جزء من الطاقة الحرارية من الورقة السوداء إلى جزيئات الهواء التي تصطدم بها فترتد بسرعة أكبر مما يولد عزماً دورانياً حول المحور.

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة23


ينتج عنه حركة مستوى المرآة فتتغير زاوية سقوط الشعاع الضوئي وتتغير بذلك زاوية انعكاسه فنعرف كمية الإشعاع من التدريج الذي ينعكس عليه الإشعاع.

تجربة

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة24

انتقال الحرارة بالإشعاع - صفحة25

تلخيص التوصيل الحراري

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة1

تلخيص الفصل الرابع
التوصيل الحراري

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة2

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

1- تنتقل الحرارة بالتوصيل في المواد الصلبة ويحدث ذلك بازدياد الطاقة الحرارية للجزيئات الملامسة للهب وانتقال جزء من هذه الطاقة إلى الجزيئات المجاورة وهكذا.

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة3

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

2-      طالحرارية= ت)ت × س × ز ×
د
ل

طالحرارية = الطاقة الحرارية المنتقلة عبر القضيب "جول".
ت)ت = معامل الانتقال الحراري بالتوصيل .
س = مساحة مقطع القضيب "م2"
ز = الزمن " ثانية".

د = الفرق في درجة الحرارة بين طرفي القضيب " °م" .
ل = طول القضيب "متر".

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة4

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

3- الممال الحراري هو التغير في درجة حرارة الموصل لكل متر من طوله عندما تنتقل فيه الحرارة عمودياً على مساحة مقطعه العرضي.

الممال الحراري=
د

ل


د = الممال الحراري "°م/م"
د = (التغير في درجة الحرارة "°م")
ل = (الطول "متر")

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة5

4-      قد =   طالحرارية   = ت)ت × س ×
د
ز ل

       قد = معدل انتقال الحرارة بالتوصيل ويقاس بالواط.
طالحرارية = الطاقة الحرارية المنتقلة عبر القضيب "جول".
  (مت)ت = معامل الانتقال الحراري بالتوصيل .
      س = مساحة مقطع القضيب "م2".
       ز = الزمن " ثانية" .
    
د = الفرق في درجة الحرارة بين طرفي القضيب " °م" .
       ل = طول القضيب "متر".

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة6

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

5- تنتقل الحرارة بالحمل في السوائل والغازات ويحدث ذلك بتغيّر كثافة المادة عند تغيّر درجة حرارتها، فترتفع المادة ذات الكثافة الأقل حاملة الحرارة معها وتنزل المادة ذات الكثافة الأعلى (الباردة).

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة7

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

6-       قدَ = (مت)ح × س ×
د


د = الفرق في درجة الحرارة.
قدَ = معدل الطاقة المنقولة بالحمل.
ت)ح = معامل انتقال الحرارة بالحمل.
س = المساحة المشتركة بين السطح الصلب والمائع التي يتم فيها التبادل الحراري.

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة8

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

7- تنتقل الحرارة بالإشعاع في الفراغ والغازات على هيئة موجات كهرومغناطيسية.

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة9

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

7- تنتقل الحرارة بالإشعاع في الفراغ والغازات على هيئة موجات كهرومغناطيسية.

8- معامل الإمتصاص (مص )= الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم × 100%
الطاقة الإشعاعية الكلية الساقطة على نفس الجسم

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة10

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

7- تنتقل الحرارة بالإشعاع في الفراغ والغازات على هيئة موجات كهرومغناطيسية.

8- معامل الإمتصاص (مص )= الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم × 100%
الطاقة الإشعاعية الكلية الساقطة على نفس الجسم

9- هنالك عدة عوامل تؤثر على امتصاص الإشعاع الحراري منها نوع المادة وطول موجة الإشعاع الساقط وخشونة السطح ونوع وسمك الطلاء.

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة11

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

10- قانون فين: "يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ)"

ل × كـ = ثابت

حيث ثابت = 2.897 × 10-3 متر. كلفن

تلخيص التوصيل الحراري - صفحة12

تلخيص الفصل الرابع التوصيل الحراري

10- قانون فين: "يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ)"

ل × كـ = ثابت

حيث ثابت = 2.897× 10-3 متر. كالفن

11- يقاس الإشعاع بجهاز يسمى الراديومتر.

تمارين التوصيل الحراري

تمارين التوصيل الحراري - صفحة1

س 1: إبريق فلزي به شاي درجة حرارته 90°م، ودرجة حرارة سطحه الخارجي 60°م، وسمك مادة الإبريق 2 مم. جد المحال الحراري.

 - 1.5 × 410° م/متر

 2 × 410° م/متر

 - 3 × 410° م/متر


تمارين التوصيل الحراري - صفحة2

س 2: إذا كان الإنبعاث الطيفي في نهايته العظمى عند الطول الموجي 1380 نانومتر لإشعاع منطلق في فرن لصهر الحديد، فما درجة حرارة الفرن إذا علمت أن ثابت فين يساوي 2.897 × 10 -3 متر. كالفن.

 612 كلفن

 1311 كلفن

 2099 كلفن


تمارين التوصيل الحراري - صفحة3

س 3: سطح مساحته 25 م2 ودرجة حرارته 25°م . إذا كانت درجة حرارة الهواء 15°م ، إحسب معدل انتقال الحرارة بالحمل بين السطح والهواء إذا كان متوسط معامل انتقال الحرارة بالحمل بين السطح والهواء 10 واط /م2 م°

 12500 واط

 2500 واط

 3000 واط


تمارين التوصيل الحراري - صفحة4

س 4 : تسقط الطاقة الشمسية على جسم بمعدل 50 واط ويمتص 20 واط منها ويعكس الباقي، جد معامل الامتصاص الحراري للجسم:

 0.4

 2.5

 0.6


تمارين التوصيل الحراري - صفحة5

س 5: مساحة سطح جلد طالب 1.6 م2، ودرجة حرارة سطحه 33°م. يغطي الطالب جسمه بملابس سمكها مم2، فإذا شعر الطالب بالبرد وارتدى معطفاً صوفياً سمكه مم4 ويغطي 1.2 م2 من مساحة جسمه احسب:
(ت) ملابس = 0.5 واط/م°م، (م ت) معطف = 0.04 واط/م°م، درجة حرارة الجو °م3).
1 ـ معدل الطاقة الحرارية التي يفقدها الطالب دون معطف:


 12 واط

 12 × 310 واط

 24 × 310 واط


تمارين التوصيل الحراري - صفحة6

2 ـ مقدار الطاقة الحرارية التي يوفرها الطالب بارتداء المعطف خلال ساعة واحدة:

 9000 واط

 8653.8 واط

 3.1 × 710 واط


تمارين التوصيل الحراري - صفحة7

س 6: يجهز صاحب مطعم الطعام، ثم يحفظه في قدور فارغة عند درجة 57°م.
إذا كانت درجة حرارة المطبخ 27°م ومساحة سطح القدر المعرضة للحرارة
(0.48 م2) ومعامل الحمل الحراري بين القدر والهواء 12 واط/م2°م.
جد معدل الطاقة التي يفقدها القدر بالحمل:

 155.5 واط

 328.3 واط

 172.8 واط


تمارين التوصيل الحراري - صفحة8

س 7: رصد نجم بعيد، فكان طول الموجة ذات الانبعاث الطيفي الأعظم لها
420 نانومتر. احسب درجة حرارة سطح النجم.

 6897.6 كلفن

 1449.7 كلفن

4251.4 كلفن


تمارين التوصيل الحراري - صفحة9

س 8: عندما تضع كمية متساوية من الماء في كأسين، أحدهما من الزجاج والآخر من الحديد في غرفة التجميد في الثلاجة. إذا كان معامل التوصيل للحديد = 72 وللزجاج = 1، إذاً:

 يتجمد الماء في وعاء الزجاج أولاً.

 يتجمد الماء في وعاء الحديد أولاً.

 يتجمد الماء في الوعائين في نفس الوقت.


اختبار التوصيل الحراري

اختبار التوصيل الحراري - اختبار

قضيب من الحديد طوله 100 سم، طرفة الأول على لهب درجة حرارته 300م° وطرفة الآخر، درجة حرارته صفر مئوية. احسب:
 أ - الممال الحراري.
 ب- درجة حرارة نقطة تبعد عن طرفة الأول مسافة 25 سم.


الممال الحراري = 3 °م/متر    , درجة الحرارة = 75 °م

الممال الحراري = 300 °م/متر , درجة الحرارة = 225 °م

الممال الحراري = 33 °م/متر   , درجة الحرارة = 150 °م

إذا كان طول موجة التردد الأكثر كثافة في طيف الترددات الصادرة عن فرن لصهر المعادن هو 450 نانومتر، فما هي درجة حرارة الفرن؟


6164.77 م°

6710.77 م°

6437.77 م°

خزان ماء درجة حرارة الماء داخله 30 °م ودرجة حرارة الهواء خارجه 10°م. إذا كانت المساحة الكلية لأسطح الخزان 12م2 وَ (م ت)ح = 20 واط / م× °م، فإن معدل انتقال الحرارة بالحمل:


7200 واط

2400 واط

4800 واط

درجة حرارة غرفة 20°م، أما في الخارج فدرجة الحرارة صفر درجة مئوية. باب الغرفة مصنوع من الخشب، مساحته 2م2 وسمكه 3 سم. احسب معدل فقدان (انتقال) الخشب للحرارة إذا علمت أن معامل التوصيل الحراري للخشب = 0.15 واط/م×°م


400 واط.

200 واط.

2 واط.

جدار ثلاجة يتكوّن من ثلاث طبقات هي صاج حديد سمكها 5 ملم، صوف زجاجي سمكه 20 ملم، ألمنيوم سمكه 5 ملم، أوجد (م ت)ت للحديد = 72، للألمنيوم = 209، للصوف الزجاجي = 0.046) احسب ( على التوالي):
المقاومة الحرارية للمتر المربع الواحد من كل مادة.


حديد 6.9×10-5 ، صوف زجاجي 0.434، ألمنيوم 2.3×10-5م2 م°/ واط

حديد 6.9×10-2 ، صوف زجاجي 0.434، ألمنيوم 2.3×10-2م2 م°/ واط

حديد 1.4×10-5 ، صوف زجاجي 0.434، ألمنيوم4.18×10-5م2م°/ واط

جدار ثلاجة يتكوّن من ثلاث طبقات هي صاج حديد سمكها 5 ملم، صوف زجاجي سمكه 20 ملم، ألمنيوم سمكه 5 ملم، أوجد (م ت)ت للحديد = 72، للألمنيوم = 209، للصوف الزجاجي = 0.046)
احسب المقاومة الحرارية المكافئة للمتر المربع الواحد من جدار الثلاجة:


0.418 م2× م° /واط

0.434092 م2× م° /واط

0.526 م2× م° /واط

جدار ثلاجة يتكوّن من ثلاث طبقات هي صاج حديد سمكها 5 ملم، صوف زجاجي سمكه 20 ملم، ألمنيوم سمكه 5 ملم، أوجد (م ت)ت للحديد = 72، للألمنيوم = 209، للصوف الزجاجي = 0.046)
إذا افترضنا أن المساحة الكلية لسطوح الثلاجة 1م2 ودرجة الحرارة داخلها -10°م وخارجها 25°م، فما معدل تسرب الحرارة إلى داخل الثلاجة؟


34.55 واط

12.41 واط

80.62 واط


الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة - صفحة1

الكهرباء الساكنة

الكهرباء الساكنة - صفحة2

أهداف الفصل الخامس
يفترض في الطالب بعد أن ينهي دراسته لهذا الفصل أن يكون قادراً على أن :
1- يتعرف على بعض الظواهر التي ترتبط بالقوى الكهربائية.
2- يعرف أن القوى الكهربائية الناشئة بين شحنتين كهربائيتين تختلف بين تجاذب أو تنافر حسب نوع الشحنتين .
3- يعرف نص قانون كولوم و يكتب الصياغة الرياضية له.
4- يعرف (الكولوم) و أنه وحدة قياس الشحنة الكهربائية و أن (كولوم) هو الوحدة المعيارية و يعتبر مقداراً كبيراً من الشحنة.
5- يقارن بين مقداري قوتي التجاذب الكتلية و الكهربائية الناشئة بين الكترون و بروتون ذرة الهيدروجين.
6-يحدد بعض الصفات المشتركة بين قوتي التجاذب الكتلية و القوى الكهربائية.

الكهرباء الساكنة - صفحة3

أهداف الفصل الخامس
7- يُعَرِّف المجال الكهربائي لشحنة كهربائية .
8- يُعَرِّف خط المجال الكهربائي ، أو خط القوة الكهربائية .
9- يُعَرِّف شدة المجال الكهربائي لشحنة نقطية عند نقطة ما تقع في المجال .
10- يجد شدة المجال لشحنة كهربائية نقطية مقداراً واتجاهاً .
11- يجد مقدار واتجاه شدة المجال الكهربائي عند نقطة تقع في مجال عدة شحنات كهربائية .
12- يحدد نقاط التعادل في المجال الكهربائي .
13- يُعَرِّف نوعي المجالات الكهربائية وصفات كل منها.
14- يُعَرِّف أن الجسم المشحون الموضوع داخل مجال كهربائي منتظم يتحرك بعجلة منتظمة (ثابتة) ويمكن تطبيق معادلات الحركة المعجلة بإنتظام على حركته .

الكهرباء الساكنة - صفحة4

 التجاذب والتنافر

الكهرباء الساكنة

من المعروف أنه يمكننا استخدام طريقة الشحن بالدلك لشحن الأجسام المتعادلة, ومعروف أيضاً أن شحنة البروتون موجبة وأن شحنة الالكترون سالبة وأن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب .الشحن بطريقة الدلك

إن أصغر شحنة هي شحنة الالكترون والشحنة الكهربائية لأي جسم مشحون هي مضاعفات لشحنة الالكترون التي لا تتجزأ.تنافر الشحنات المتشابهة

الكهرباء الساكنة - صفحة5

وحدة قياس الشحنة الكهربائية:

الكهرباء الساكنة - صفحة6

وحدة قياس الشحنة الكهربائية:

تقاس الشحنة الكهربائية بوحدة تسمى كولوم حيث :
شحنة الإلكترون = - 1.6 × 10-19 كولوم.

الكهرباء الساكنة - صفحة7

التوصيل الكهربائي للأجسام:

الكهرباء الساكنة - صفحة8

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشحنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

الكهرباء الساكنة - صفحة9

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:


1- أجسام موصِّلة: وهي التي تسمح للشُحْنات الكهربائية بالانتقال خلالها بحريّة مثل الفضة والذهب والنحاس.

الكهرباء الساكنة - صفحة10

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

2- أجسام عازلة: وهي التي لا تسمح للشُحْنات الكهربائية بالانتقال خلالها مثل الزجاج والمطاط والمَيْكا.

الكهرباء الساكنة - صفحة11

التوصيل الكهربائي للأجسام:

التوصيل الكهربائي هو مدى قابلية الجسم لانتقال الشُحْنات خلاله. وتنقسم المواد من حيث توصيلها للكهرباء إلى ثلاثة أقسام هي:

3- أجسام شبه موصِّلة: وهي أجسام درجة توصيلها تترواح بين الموصِّلات والعوازل مثل السيليكون والجرمانيوم.

الكهرباء الساكنة - صفحة12

شحن الأجسام بطريقة الحث (التأثير):

الكهرباء الساكنة - صفحة13

شحن الأجسام بطريقة الحث (التأثير):

1- قرب كرتين معدنيتين مجوفتين كل منهما محمولة على عازل إلى قرص
    الكشاف الكهربائي وتأكد من خلوهما من الشحنات الكهربائية.

2- ضع الكرتين بشكل عمودي على أرض مستوية بحيث يتلامس سطح
    الكرتين.

3- اشحن ساق الأبونيت بدلكه بقطعة قماش من الصوف.

الكهرباء الساكنة - صفحة14

4- قرب (دون ملامسة) ساق الأبونيت إلى إحدى الكرتين.

5- أثناء وجود ساق الأبونيت قرب الكرة المعدنية أبعد الكرتين عن بعضهما.

6- أبعد ساق الأبونيت عن الكرة المعدنية.

7- قرب الكرتين - كلاً على حدة إلى قرص الكشاف الكهربائي. هل انفرجت
    ورقتا الكشاف؟

8- هل تستطيع أن تفسر كيف شحنت كل من الكرتين؟

الكهرباء الساكنة - صفحة15

عملية الشحن بالحث (تفسير):

الكرة المعدنية جسم موصِّل للكهرباء وهذا يعني وُجود إلكترونات حُرة فيها وعند تقريب ساق الأبونيت المشحون بشُحنة سالبة من إحدى الكُرتين تتنافر الإلكترونات التي في جسم الكرتين إلى أبعد نقطة عن ساق الأبونيت فتتجمع في الكرة البعيدة وتظل الكرة المعدنية القريبة من ساق الأبونيت خالية تقريباً من الإلكترونات الحُرة.

الكهرباء الساكنة - صفحة16

فنحصل على كرة مشحونة بشحنة سالبة (عدد الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات) وكرة مشحونة بشحنة مُوجبة (عدد الإلكترونات أقل من عدد البروتونات)
وعند إبعاد إحدى الكُرتين عن الأخرى أثناء وُجُود ساق الأبونيت فإن كُل كُرة تحتفظ بالشحنة التي تكونت عليها حتى إذا أبعدنا ساق الأبونيت بعد ذلك.

قانون كولوم

قانون كولوم - صفحة1

قانون كولوم:

قانون كولوم - صفحة2

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:

قانون كولوم - صفحة3

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة4

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة5

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.
3- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشُحْنتين.

قانون كولوم - صفحة6

قانون كولوم:

إن الشُحْنات المختلفة تتجاذب والشُحْنات المتشابهة تتنافر فبين أي شُحْنتين قوى تجاذب أو تنافر، وقد لاحظ شارل كولوم الفرنسي ما يلي:
1- خط عمل القوة التي تؤثر بها إحدى الشُحْنتين على الأخرى يكون على امتداد الخط الواصل بين الشُحْنتين.
2- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب طردياً مع حاصل ضرب مقدار كل من الشُحْنتين.
3- مقدار القوة بين الشُحْنتين يتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين الشُحْنتين.

ق=أ ش1ش2
ف2

قانون كولوم - صفحة7

قانون كولوم:

ق=أ ش1ش2
ف2

أ = 9× 910 نيوتن. م2/كولوم2 تقريباً
ش1 وش2 بالكولوم
ف بالمتر.

قانون كولوم - صفحة8

مثال 1: شحنتان موجبتان على محور واحد بينهما مسافة 2 متر، حيث ش1 = 15 ميكروكولوم، ش2= 6 ميكروكولوم. أين يجب وضع شحنة سالبة مقدارها ش3 بحيث تصبح محصلة القوة المؤثرة عليها = صفراً.

قانون كولوم - صفحة9

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).

قانون كولوم - صفحة10

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).
قوة التجاذب بين ش1 وش3 هي:

     ق1 ش1ش3
س2

قانون كولوم - صفحة11

الحل: نفترض أن المسافة بين ش1 وش3 هي س فتصبح المسافة بين ش2 وش3 هي (2 - س).
قوة التجاذب بين ش1 وش3 هي:

     ق1 ش1ش3
س2
قوة التجاذب بين ش2 وش3 هي:     ق2 ش2ش3
(2 - س)2

قانون كولوم - صفحة12

لكي تكون محصلة القوة المؤثرة على ش3 = صفراً لا بد من تساوي القوتين لأنهما على محور واحد.
إذاً       ق1 = ق2

قانون كولوم - صفحة13

لكي تكون محصلة القوة المؤثرة على ش3 = صفر لا بد من تساوي القوتين لأنهما على محور واحد.
إذاً       ق1 = ق2

أ×ش1ش3 = أ×ش2ش3
س2 (2-س)2
ش1 = ش2
س2 (2-س)2

2=15(2-س)2       سنحصل على س = 0.775 متر

قانون كولوم - صفحة14

مثال 2: أ ب جـ مثلث متساوي الأضلاع طول ضلعه 10 سم. وضعت عند رؤوسه ثلاث شحنات هي على الترتيب (-5، 4، 2) ميكروكولوم. احسب مقدار القوة المؤثرة على الشحنة الموضوعة عند النقطة جـ.

قانون كولوم - صفحة15

الحل: ق1= أ×ش1ش3 = 910×5×10-6×2×10-6 =9 نيوتن
(أجـ)2 (0.1)2
       ق2= أ×ش2ش3 = 910×4×10-6×2×10-6 =7.2 نيوتن
(ب جـ)2 (0.1)2


محصلة القوتين:
ح2= ق21+ ق22+ 2ق1ق2 جتاهـ
  = 81+ 51.84 +2 ×9 ×7.2 جتا 120
  = 65.34 نيوتن
ح = 8.25 نيوتن

قانون كولوم - صفحة16

زاوية اتجاه المحصلة     
    =
جا-12جاهـ)
ح

= جا-1(7.2جا120) = 49°
8.25

أي إن اتجاه المحصلة يصنع زاوية قدرها 49° مع اتجاه
.

المجال الكهربائي

المجال الكهربائي - صفحة1

المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة2

المجال الكهربائي:

تتناقص القوة بين شحنتين كلما زادت المسافة بينهما حتى تنعدم. ومن هنا نعلم أن لكل شحنة كهربائية حيزاً يحيط بها تؤثر خلاله بأي شحنة موجودة في هذا الحيز، والمجال الكهربائي (لهذه الشحنة) هو الحيز الذي يظهر فيه أثر الشحنة الكهربائية .

المجال الكهربائي - صفحة3

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

المجال الكهربائي - صفحة4

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

المجال الكهربائي - صفحة5

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

جالمركزي = أ ش
ف2

المجال الكهربائي - صفحة6

شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه: مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة. وشحنة الاختبار هي شحنة موجبة مقدارها 1كولوم.

ج= ق
ش
جالمركزي= أ ش
ف2

هذه العلاقة تعطي شدة المجال الكهربائي (المركزي) المتولد عن شحنة نقطية (ش) في نقطة تبعد عن هذه الشحنة مسافة (ف).

المجال الكهربائي - صفحة7

خطوط المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة8

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على