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 أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

المجال الكهربائي - صفحة9

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

أما اتجاه المجال الكهربائي للشحنة السالبة فيكون
داخلاً إليها لأن شحنة الاختبار تتحرك مقتربةً منها.

المجال الكهربائي - صفحة10

خطوط المجال الكهربائي:

تم الإصطلاح على أن يكون اتجاه المجال الكهربائي للشحنة الموجبة خارجاً منها لأن شحنة الاختبار تتحرك مبتعدة عن الشحنة الموجبة .

أما اتجاه المجال الكهربائي للشحنة السالبة
فيكون داخلاً إليها لأن شحنة الاختبار تتحرك مقتربةً منها.

ويمثل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي.

المجال الكهربائي - صفحة11

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة12

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.

المجال الكهربائي - صفحة13

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.
2- عدد خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الكهربائية أو الداخلة إليها يتناسب مع مقدار الشحنة.

المجال الكهربائي - صفحة14

ملاحظات خاصة بخطوط المجال الكهربائي:

1- خطوط المجال الكهربائي تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة، وإذا اختفت أي من الشحنتين فإن الخطوط تستمر إلى ما لانهاية.
2- عدد خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الكهربائية أو الداخلة إليها يتناسب مع مقدار الشحنة.
3- خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع.

تجربة

المجال الكهربائي - صفحة15

المجال الكهربائي المنتظم:

المجال الكهربائي - صفحة16

المجال الكهربائي المنتظم:

هو المجال الذي يكون ثابت الشدة والإتجاه ( تكون خطوطه مستقيمة ومتوازية).

ويمكن الحصول عليه بوصل لوحين معدنيين متوازيين بقطبي بطارية. ويكون المجال الكهربائي منتظماً فقط في وسط اللوحين.

المجال الكهربائي - صفحة17

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

المجال الكهربائي - صفحة18

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

أولاً: حركة الشحنة موازية لخطوط لمجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة19

حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:

أولاً: حركة الشحنة موازية لخطوط لمجال الكهربائي:
عندما نضع شحنة في مجال كهربائي منتظم فإنها تتعرض لقوة تحسب من القانون:
        

قانون نيوتن : ق = ك × ت;   (حيث ك=الكتلة .ت=التسارع)

المجال الكهربائي - صفحة20

إذاً ك × ت = ش × ج

ت= ش×ج
ك

إذا كانت الشحنة موجبة فإنها تتسارع في نفس اتجاه المجال (من الموجب إلى السالب) .

المجال الكهربائي - صفحة21

أما إذا كانت الشحنة سالبة فإنها تتسارع بعكس اتجاه المجال.

المجال الكهربائي - صفحة22

إذا كانت الشحنة موجبة فإنها تتسارع في نفس اتجاه المجال (من الموجب إلى السالب).
أما إذا كانت الشحنة سالبة فإنها تتسارع بعكس اتجاه المجال.
ملاحظة: وزن الشحنة يعتبر في هذه الحالة صغيراً جداً بالنسبة للقوة ق.

المجال الكهربائي - صفحة23

ثانياً: حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي:

المجال الكهربائي - صفحة24

ثانياً: حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي:

نفترض أن إلكترونا دخل مجالاً كهربائياً منتظماً بشكل عمودي عليه فإنه يسلك مساراً بشكل جزء من قطع مكافئ. ويمكن بذلك تحليل السرعة إلى مُرَكَّبَتَيْن (كما في حركة المقذوفات الرأسية):

المجال الكهربائي - صفحة25

1- مُرَكَّبة عمودية على اتجاه المجال الكهربائي (ع0) وهي تمثل الاتجاه الأساسي للشحنة (الإلكترون) قبل دخولها المجال الكهربائي، وسرعة الشحنة في هذه المركبة ثابتة وهي نفسُ سرعتها قبل دخولها المجال الكهربائي.


المجال الكهربائي - صفحة26

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.


المجال الكهربائي - صفحة27

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

المجال الكهربائي - صفحة28

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة( الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

ت= ق = ش×ج
ك ك

المجال الكهربائي - صفحة29

2- مُرَكَّبة موازية لاتجاه المجال الكهربائي (ع1) وهي عمودية على اتجاه حركة الشحنة (الإلكترون) الابتدائية، وتكتسب الشحنة في هذه المركبة تسارعاً ثابتاً.
        ع1 = ت × ز         (حيث ت = تسارع الشحنة، ز= الزمن)

ت= ق = ش×ج
ك ك
ع1= ش×ج×ز
ك

ويمكن حساب الزمن (ز) من معادلة الحركة المنتظمة للشحنة حيث:
      ل(المسافة) = السرعة (ع0) × الزمن (ز)

تجربة

المجال الكهربائي - صفحة30

المجال الكهربائي - صفحة31

الجُهد الكهربائي

الجُهد الكهربائي - صفحة1

الجُهد الكهربائي:

الجُهد الكهربائي - صفحة2

الجُهد الكهربائي:

اشحن قضيب من الأبونيت بطريقة الدلك بالقماش وضعه على الكرة المعدنية لكشاف كهربائي التي بدورها ستأخذ شُحنات كهربائية من قضيب الأبونيت، وبالتالي فإن ورقتي الكشاف ستنفرجان لانتقال الشحنة الكهربائية إليها.

الجُهد الكهربائي - صفحة3

الجُهد الكهربائي:

اشحن قضيب من الأبونيت بطريقة الدلك بالقماش وضعه على الكرة المعدنية لكشاف كهربائي التي بدورها ستأخذ شُحنات كهربائية من قضيب الأبونيت، وبالتالي فإن ورقتي الكشاف ستنفرجان لانتقال الشحنة الكهربائية إليها .
ومن ثم إذا وضعنا يدنا على الكرة المعدنية للكشاف فإن يدنا ستفرغ الكشاف من الشحنة الكهربائية وتعود ورقتا الكشاف إلى وضعهما القديم.

الجُهد الكهربائي - صفحة4

إن انتقال الشُحْنات في الحالتين (بين قضيب الأبونيت والكرة، وبين اليد والكرة) يشبه تماماً انتقال الحرارة بين الجسم البارد والجسم الساخن وانتقال السائل من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض.

الجُهد الكهربائي - صفحة5

وكما أن درجة الحرارة هي التي تحدد اتجاه انتقال الحرارة من الجسم أو إليه عند ملامسته لجسم آخر فكذلك الجُهد الكهربائي (الضغط الكهربائي) للجسم هو الذي يحدد انتقال الشُحْنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر.

الجُهد الكهربائي - صفحة6

وعند انتقال الشُحْنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشُحْنات حسب العلاقة التالية:

الجُهد الكهربائي - صفحة7

وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشحنات حسب العلاقة التالية:
        ط = ش × جـ

فرق الجُهد   جـ= ط
ش

(حيث جـ وحدة قياسها الفولت.)

الجُهد الكهربائي - صفحة8

وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من منطقة إلى أخرى فإنها تفقد من طاقتها الكهربائية (ط) التي تتناسب طردياً مع فرق الجُهد (جـ) بين النقطتين اللتين انتقلت بينهما الشحنات حسب العلاقة التالية:
        ط = ش × جـ

فرق الجُهد   جـ= ط
ش

(حيث جـ وحدة قياسها الفولت.)
ومن هذه العلاقة يعرّف فرق الجُهد بين نقطتين بأنه مقدار الطاقة الكهربائية المفقودة من وحدة الشحنات الكهربائية ( الكولوم )عند انتقالها بين هاتين النقطتين ( المراد قياس جَهْدهما).

الجُهد الكهربائي - صفحة9

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

الجُهد الكهربائي - صفحة10

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

إن الطاقة التي تفقدها شحنة ما أثناء انتقالها بين نقطتين تستهلك على شكل شغل مبذول لنقل تلك الشحنة بين هاتين النقطتين.

الجُهد الكهربائي - صفحة11

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

إن الطاقة التي تفقدها شحنة ما أثناء انتقالها بين نقطتين تستهلك على شكل شغل مبذول لنقل تلك الشحنة بين هاتين النقطتين.

الطاقة المفقودة = الشغل المبذول
ط = ق × ف          ق = ج × ش
ط = ج × ش × ف       ط= جـ × ش
جـ × ش = ج × ش ×ف
جـ = ج × ف

الجُهد الكهربائي - صفحة12

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم:

العلاقة بين فرق الجُهد وشدة المجال الكهربائي المنتظم جـ = ج × ف

ووحدة قياس الطاقة في هذا القانون هي الجول إذا قيست الشحنة بالكولوم، أما إذا قيست الشحنة بالإلكترون
(e) فإن وحدة قياس الطاقة هي إلكترون فولت (ev).

الجُهد الكهربائي - صفحة13

مثال: إلكترون يتحرك ضمن الأشعة الإلكترونية في شاشة التلفاز تصل سرعته إلى 5 × 710م/ث. ما هو فرق الجُهد المؤثر على مثل هذا الإلكترون؟

الجُهد الكهربائي - صفحة14

الحل:        طاقة الإلكترون = جـ × ش            ولكن طاقة الإلكترون الحركية

إذاً:   جـ×ش= 1 ك×ع2
2
إذاً:   جـ= ك×ع2 = 9.1×10-31×(5×710)2
2×ش 2×1.6×10-19

                                  = 7.1 × 310 فولت او 7.1 كيلوفولت.

الجُهد الكهربائي - صفحة15

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

الجُهد الكهربائي - صفحة16

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.

الجُهد الكهربائي - صفحة17

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.
ولإعادة هذه الشحنة مرة أخرى إلى النقطة (أ)، لا بد من بذل شغل عليها، وهذا الشغل هو عبارة عن جُهد كهربائي تكتسبه هذه الشحنة.

الجُهد الكهربائي - صفحة18

الجُهد الكهربائي لنقطة في مجال شحنة:

إذا وضعنا شحنة اختبار عند النقطة (أ) والتي تبعد مسافة (ف) عن شحنة موجبة (ش) فإن شحنة الاختبار تتعرض لقوة تنافر تجعلها تتحرك بعيداً عن الشحنة مُوْلِدةَ المجال.
ولإعادة هذه الشحنة مرة أخرى إلى النقطة (أ)، لا بد من بذل شغل عليها، وهذا الشغل هو عبارة عن جُهد كهربائي تكتسبه هذه الشحنة.

الشغل = الجُهد الكهربائي (جـ)

الجُهد الكهربائي - صفحة19

الشغل = الجُهد الكهربائي (جـ)
جـ = ق × ف     ق = ج × ش
جـ = ج × ش × ف      ش = 1كولوم (شحنة اختبار)

جـ = ج × ف     ج=أ ش
ف2
جـ =أ ش
ف

الجُهد الكهربائي - صفحة20

وإذا أردنا حساب الجُهد الناشئ في نقطة واحدة عن أكثر من شحنة فنستخدم العلاقة التالية:

جـ =أ[ ش1 + ش2 + ..... ]
ف1 ف2
أو             جـ =أ ش
ف

               (حيث
تعني المجموع الجبري)

الجُهد الكهربائي - صفحة21

وإذا أردنا حساب الجُهد الناشئ في نقطة واحدة عن أكثر من شحنة فنستخدم العلاقة التالية:

جـ =أ[ ش1 + ش2 + ..... ]
ف1 ف2
أو             جـ =أ ش
ف

               (حيث
تعني المجموع الجبري)

ملاحظة: نعتبر الجُهد الناتج عن شحنة موجبة موجباً والناتج عن شحنة سالبة سالباً.

الجُهد الكهربائي - صفحة22

مثال: شحنتان نقطيتان ( -5 نانوكولوم، 6 نانوكولوم) المسافة بينهما 10 سم. احسب:
أ - الجُهد عند النقطة د التي تقع في منتصف المسافة بينهما.
ب- جُهد النقطة أ التي تبعد عن كل من الشحنتين مسافة 10 سم.
ج- الشغل اللازم لنقل شحنة مقدارها -2 × 10-9 كولوم من النقطة أ إلى
    النقطة د.

الجُهد الكهربائي - صفحة23

الحل: أ-           جـ =أ[ ش1 + ش2 ]
ف1 ف2
=9×910[ -5×10-9 + 6×10-9 ]
0.05 0.05

الجُهد عند النقطة د التي تقع في منتصف المسافة بينهما = 180 فولت

الجُهد الكهربائي - صفحة24

ب-            جُهد النقطة (أ) =9×910 [ -5×10-9 + 6×10-9 ]
0.1 0.1

                    =90 فولت

الجُهد الكهربائي - صفحة25

ج- الشغل المبذول لنقل الشحنة -2× 10-9 من النقطة أ إلى النقطة د:
     
الشغل = ش × جـ
(حيث جـ فرق الجُهد بين النقطتين)
            = ش (جـد - جـأ)
            = -2×10-9(180-90)=-1.8×10-7 جول.

الجُهد الكهربائي - صفحة26

ج- الشغل المبذول لنقل الشحنة -2× 10-9 من النقطة أ إلى النقطة د:
     
الشغل = ش × جـ
(حيث جـ فرق الجُهد بين النقطتين)
            = ش (جـد - جـأ)
            = -2×10-9(180-90)=-1.8×10-7 جول.

ملاحظة:

الشحنة تقوم بشغل قدره 1.8 × 10-7 جولاً (تتحرك تلقائياً وبذلك تقل طاقتها الكامنة بنفس المقدار عندما تنتقل من أ الى د)

الجُهد الكهربائي - صفحة27

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

الجُهد الكهربائي - صفحة28

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

يستخدم جهاز الفولتميتر لقياس فرق الجُهد الكهربائي.

الجُهد الكهربائي - صفحة29

الفولتمتر

قياس فرق الجُهد الكهربائي:

يستخدم جهاز الفولتميتر لقياس فرق الجُهد الكهربائي.

الكشاف الكهربائي

كما يستخدم الكشاف الكهربائي أيضاً للمقارنة بين جهود أجسام مختلفة حيث يتناسب انفراج ورقتي الكشاف طردياً مع مقدار الجُهد.

الجُهد الكهربائي - صفحة30

تساوي الجُهد على سطح موصل:

الجُهد الكهربائي - صفحة31

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.

الجُهد الكهربائي - صفحة32

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.
ومن هنا ندرك أنه لا يمكن أن توجد نقطتان مختلفتان في الجُهد الكهربائي على سطح موصل واحد أو عدة موصلات متصلة مع بعضها لأنه لو وجد مثل هذا الوضع فسوف يحدث ما ذُِكر أعلاه.

الجُهد الكهربائي - صفحة33

تساوي الجُهد على سطح موصل:

عند توصيل موصلين مختلفين في الجُهد الكهربائي فإن الشحنات الكهربائية الموجبة تنتقل من الموصل ذي الجُهد الأعلى إلى الموصل ذي الجُهد المنخفض، ويستمر انتقال الشحنات حتى يتساوى جُهد الموصلين.
ومن هذا ندرك أنه لا يمكن أن توجد نقطتين مختلفتين في الجُهد الكهربائي على سطح موصل واحد أو عدة موصلات متصلة مع بعضها لأنه لو وجد مثل هذا الوضع فسوف يحدث ما ذُِكر أعلاه.

ملاحظة: هذا الانتقال اصطلاحي، والانتقال الحقيقي يكون للإلكترونات من الجُهد الأدنى (السالب) إلى الجُهد الأعلى (الموجب).

تلخيص الكهرباء الساكنة

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة1

تلخيص الفصل الخامس
الكهرباء الساكنة

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة2

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة3

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة4

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

3- شحنة الإلكترون = - 1.6 × 10-19 كولوم وهي أصغر شحنة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة5

تلخيص الفصل الخامس الكهرباء الساكنة

1- الشحنات الكهربائية نوعان: سالبة وموجبة.

2- وحدة قياس الشحنة هي الكولوم.

3- شحنة الإلكترون = 1.6 × 10-19 كولوم وهي أصغر شحنة.

4- تشحن الأجسام بطريقة الدلك أو الحث (التأثير).

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة6

5- قانون كولوم: القوة التي تؤثر بها إحدى الشحنتين على الأخرى.

ق=أ ش1ش2
ف2

(حيث أ = 9× 910 تقريباً ش1 وش2 بالكولوم وف بالمتر.)

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة7

5- قانون كولوم: القوة التي تؤثر بها إحدى الشحنتين على الأخرى.

ق=أ ش1ش2
ف2

      (حيث أ = 9× 910 تقريباً ش1 وَ ش2 بالكولوم وف بالمتر.)

6- المجال الكهربائي لشحنة كهربائية هو الحيز الذي تؤثر خلاله هذه الشحنة على شحنة أخرى.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة8

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة9

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

8- يُمثَّل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي. وتبدأ هذه الخطوط من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة10

7- شدة المجال الكهربائي (ج) عند أي نقطة منه هي مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة.

ق=ش × ج

ج=أ ش
ف2

8- يُمثَّل اتجاه المجال الكهربائي بخطوط تسمى خطوط المجال الكهربائي. وتبدأ هذه الخطوط من الشحنة الموجبة وتنتهي في الشحنة السالبة.

9- المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الثابت الشدة والاتجاه
(تكون خطوطه مستقيمة ومتوازية).

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة11

10- حركة شحنة في مجال كهربائي منتظم:
 أ- حركة الشحنة موازية لخطوط المجال الكهربائي.
ب- حركة الشحنة عمودياً على اتجاه المجال الكهربائي.

تلخيص الكهرباء الساكنة - صفحة12

11- الجهد الكهربائي للجسم يحدد انتقال الشحنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر.
وعند انتقال الشحنات الكهربائية (ش) من نقطة إلى أخرى فإنها تفقد قدراً من طاقتها الكهربائية (ط):

جـ= ط
ش

جـ = ج × ف          جـ (الجهد الكهربائي) ج (شدة المجال) ف (المسافة)

ج=أ ش
ف

يستخدم الفولتميتر لقياس فرق الجهد الكهربائي

تمارين الكهرباء الساكنة

تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة1

س 1: ش 1 = 6 × 10 -9 كولوم

       ش 2 = - 2 × 10 -9 كولوم
       ش 3 = 5 × 10 -9كولوم
جد محصلة القوى المؤثرة على ش3:

1.08 × 10 -8 نيوتن 

6.5 × 10 -9 نيوتن 

7.16 × 10 -9 نيوتن 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة2

س 2: على المحور السيني، لدينا شحنة ش1= 15 ميكروكولوم موضوعة على س = 2م وشحنة أخرى ش2 على المركز (س = صفر).
جد الموقع الذي يجب أن توضع فيه شحن سالبة 3) بحيث تكون محصلة القوى عليها تساوي الصفر.



س = 0.8 م 

س = 1.2 م 

س = 1 م 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة3

س 3: جد المجال الكهربائي عند نقطة تقع في منتصف الخط الواصل بين شحنتين 1= +30× 10 -9 كولوم) و2= +60 × 10 -9 كولوم) إذا كانت المسافة بين الشحنتين تساوي (30 سم).


12 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش2 

12 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش1 

2,4 × 10 3 نيوتن /كولوم باتجاه ش1 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة4

س 4: كرة بلاستيكية وزنها 2 غم معلقة بخيط طوله 20 سم وموضوعة في مجال كهربائي منتظم قيمته
10 4 نيوتن/كولوم كما مبين في الشكل.


1 ـ ما نوع شحنة الكرة البلاستيكية


سالبة 

موجبة 

متعادلة 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة5

2 ـ إذا ضُع الخيط 15° مع الخط العمودي عند الإتزان، جد شحنة الكرة البلاستيكية:

5.3 × 10 -7 كولوم 

3.2 × 10 -6 كولوم 

8.2 × 10 -6 كولوم 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة6

س 5: في الشكل المقابل:
ش 1 = + 5 ميكروكولوم
ش 2 = - 2 ميكروكولوم

جد الجهد الناتج عن الشحنتين عند النقطة ب:


11000 فولت 

14600 فولت 

7000 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة7

س 6: المجال الكهربائي المنتظم بين لوحين يساوي 1.7 × 610 نيوتن /كولوم. إذا كانت المسافة بين اللوحين 1.5 سم، جد فرق الجهد بين اللوحين.


2.6 × 10-6 فولت 

2.6 × 410 فولت 

1.1 × 810 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة8

س 7: تحتاج شحنة مقدارها 56 ميكروكولوم إلى قوة مقدارها 4.3 × 10-2 نيوتن لتنتقل 20 سم باتجاه مجال كهربائي منتظم.

جد فرق الجهد الذي يعطي هذه القوة.


-154 فولت 

224 فولت 

308 فولت 


تمارين الكهرباء الساكنة - صفحة9

س 8: بروتون سرّع من السكون عندما كان فرق الجهد 120 فولت, جد سرعة هذا البروتون.

3 × 510 م/ث 

1.3 × 510 م/ث 

1.5 × 510 م/ث 


اختبار الكهرباء الساكنة

اختبار الكهرباء الساكنة - اختبار

على رؤوس أ، ب وجـ في المربع أب جـ د وضعنا على التوالي ش1، ش2 وش3
بحيث ش1 = ش2 = ش3= ش
صفر.
إذا كان ضلع المربع = ص
 أ - جد شدة المجال الكهربائي على الرأس د من المربع.
ب - ش2 استبدلت بـ (شَ) لنحصل على شدة المجال الكهربائي = صفر.
جد شَ بدلالة ش.


ج = 17.23× 910 ش/ص2 ,(45° مع جـ د) , شَ = -2
ش 

ج = 9× 910 ش/ص2      ,(45° مع أد)      ,شَ = -
ش 

ج = 12.72 × 910 ش/ص2 ,(باتجاه ب د)     , شَ = +2
ش 

ما هو اتجاه وشدة المجال الكهربائي الناتج عن شحنة كهربائية ش = -10-5 كولوم، موجودة على نقطة (أ)، عند نقطة (د) تبعد 20 سم عن (أ).


2.25× 610 نيوتن/كولوم (من أ إلى د)

2.25× 610 نيوتن/كولوم (من د إلى أ)

2.25× 410 نيوتن/كولوم (من د إلى أ)

شحنة كهربائية ش1 = -10-5 كولوم وأخرى ش2 = -9× 10-5 كولوم على مسافة 40 سم من بعضهما.
حدد مكان النقطة على الخط الواصل بينهما بحيث تكون شدة المجال الكهربائي تساوي صفراً.


تبعد 10 سم عن ش2.

تبعد 30 سم عن ش2.

تبعد 30 سم عن ش1.

وضعنا كرة مشحونة، كتلتها 0.05غم وتحمل شحنة سالبة، عند النقطة (أ) الواقعة بين لوحي مكثف. إذا علمت أن المسافة بين اللوحين = 10 سم وفرق الجهد بينهما = 410 فولت، احسب شحنة الكرة ش إذا بقيت ساكنة عند النقطة (أ).


10-10 كولوم.

+5× 10-9 كولوم.

-5× 10-9 كولوم.

لدينا لوحان (ب وجـ) مشحونان
فرق الجهد بينهما 45.5 فولت
ويبعدان 1سم عن بعضهما.
 أ - جد شدة المجال الكهربائي الناتج بين ب وجـ
 ب - قذفنا من فتحة صغيرة عند النقطة (أ) إلكترونا بسرعة ع = 3× 610م/ثانية.
جد سرعة الإلكترون عندما يصل إلى اللوح (جـ) إذا تجاهلنا وزن الإلكترون. (شحنة الإلكترون = -1.6× 10-19 كولوم).


ج = 4550 فولت/متر , سرعة الإلكترون = 5× 610 م/ثانية.

ج =  45.5 فولت/متر , سرعة الإلكترون = 3× 610 م/ثانية.

ج = صفر            ,    سرعة الإلكترون = 710     م/ثانية.


السعة الكهربائية والمكثفات

السعة الكهربائية والمكثفات

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة1

الفصل السادس
السعة الكهربائية والمكثفات

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة2

أهداف الفصل السادس

يتوقع من الطالب بعد الانتهاء من دراسة هذا الفصل أن يكون قادراً على أن.
1- يعرف السعة الكهربائية لموصل.
2- يذكر وحدة السعة الكهربائية.
3- يعرف وحدة السعة الكهربائية (الفاراد).
4- يذكر العلاقة بين الفاراد و بين كل من الميكروفارادو البيكوفاراد .
5- يستنتح العلاقة الرياضية لحساب سعة موصل كروي.
6- يستنتج العوامل التي تتوقف عليها السعة الكهربائية لموصل .
7- يوضح وظيفة المكثف الكهربائي .
8- يصف المكثف الكهربائي.

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة3

أهداف الفصل السادس

 9- يذكر العلاقة بين السعة الكهربائية لمكثف كهربائي وكل من شحنته وجهده .
10- يعدد أنواع المكثفات الكهربائية.
11- يستنتج العوامل التي تتوقف عليها السعة الكهربائية لمكثف مستوى.
12- يشرح كيفية تخزين الطاقة الكهربائية في مكثف مشحون.
13- يشرح طريقة شحن المكثف الكهربائي وتفريغه.
14- يعرف سبب سريان التيار الكهربائي (فرق الجهد بين طرفي موصل).

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة4

السعة الكهربائية :

نقول في الكهرباء إن السعة الكهربائية للجسم كبيرة إذا كان يستوعب كمية كبيرة من الشحنات. وبالنسبة للموصِّلات الكهربائية فإنها تختلف في استيعابها للشحنات الكهربائية.

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة5

السعة الكهربائية :

نقول في الكهرباء أن السعة الكهربائية للجسم كبيرة إذا كان يستوعب كمية كبيرة من الشحنات. وبالنسبة للموصِّلات الكهربائية فإنها تختلف في استيعابها للشحنات الكهربائية.

وإذا كان مقدار الجهد الكهربائي لموصِّل يتناسب طردياً مع شحنة الموصِّل، أي إن ش = ثابت × جـ

ثابت = ش
جـ

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة6

ويعرف هذا الثابت بالسعة الكهربائية للموصِّل (سع).

سع = ش
جـ

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة7

ويعرف هذا الثابت بالسعة الكهربائية للموصِّل (سع).

سع = ش
جـ

وتقاس السعة الكهربائية بالفاراد. فيكون الفاراد هو السعة الكهربائية لموصِّل إذا أعطي شحنة مقدارها 1 كولوم تغير جهده بمقدار 1 فولت.

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة8

العلاقة بين السعة الكهربائية لموصِّل ومساحة سطحه:

السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة9

العلاقة بين السعة الكهربائية لموصِّل ومساحة سطحه:

تتناسب السعة الكهربائية طردياً مع مساحة الموصِّل، أي إن زيادة مساحة الموصِّل تؤدي إلى زيادة سعته الكهربائية.

السعة الكهربائية لموصِّل كروي

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة1

السعة الكهربائية لموصِّل كروي:

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة2

السعة الكهربائية لموصِّل كروي:

سع = ش
جـ

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة3

السعة الكهربائية لموصِّل كروي:

سع = ش
جـ
وحيث إن الجهد الكهربائي يعطي العلاقة:      جـ = أ × ش
ف

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة4

السعة الكهربائية لموصِّل كروي:

سع = ش
جـ
وحيث أن الجهد الكهربائي يعطي العلاقة:      جـ = أ × ش
ف

وفي حالة الكرة فإن ف = نق

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة5

السعة الكهربائية لموصِّل كروي:

سع = ش
جـ
وحيث أن الجهد الكهربائي يعطي العلاقة:      جـ = أ × ش
ف

وفي حالة الكرة فإن ف = نق

سعلموصِّل كروي = ش × نق = نق = نق
أ × ش أ 9 × 910

تجربة

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة6

مثال (1): كرة معدنية مشحونة جهدها 1200 فولت ونصف قطرها 10 سم. احسب:

1- سعة الكرة.
2- شحنة الكرة.
3- الجهد عند نقطة تبعد 30 سم عن مركز الكرة.

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة7

الحل: 1- سعة الكرة سع = نق = 0.1 متر = 11.1 × 10-12  فاراد
أ 9 × 910

       2- شحنة الكرة ش = سع × جـ
= 11.1 × 10-12 × 1200 = 1.33 × 10-8 كولوم

      3- الجهد جـ = أ × ش = 9 × 910 × 1.33 × 10-8 = 400 فولت
ف 0.3

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة8

مثال (2): كرة معدنية تحمل شحنة كهربائية موجبة مقدارها 24 × 10-8 كولوم ونصف قطرها 10 سم. لامستها كرة أخرى غير مشحونة نصف قطرها 20 سم. احسب:

1- الجهد المشترك لهما.
2- مقدار شحنة كل منهما.

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة9

الحل:

1- الجهد المشترك = الشحنة الكلية
السعة الكلية
سعة الكرة الأولى سع1 = نق = 0.1 متر = 11.1 × 10-12  فاراد
أ 9 × 910
سعة الكرة الثانية سع2= نق = 0.2 متر = 22.2 × 10-12  فاراد
أ 9 × 910
الجهد المشترك = 24 × 10-8 = 0.72 × 410 فولت
11.1 × 10-12 + 22.2 × 10-12

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة10

2- شحنة الكرة الأولى: ش1 = جـ× سع1

= 0.72 × 410 × 11.1 × 10-12
= 8 × 10-8 كولوم

     شحنة الكرة الثانية :           ش2 = جـ× سع2

= 0.72 × 410 × 22.2 × 10-12
= 16 × 10-8 كولوم

السعة الكهربائية لموصِّل كروي - صفحة11

المكثف الكهربائي

المكثف الكهربائي - صفحة1

 

المكثف الكهربائي:


المكثف الكهربائي - صفحة2

المكثف الكهربائي:

ويسمى أحياناً الخازن الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية، ويوجد في أشكال متعددة إلا أنه في أبسط صوره يتكون من لوحين متوازيين يفصل بينهما مادة عازلة إما الهواء أو الورق أو الزجاج أو المايكا...

المكثف الكهربائي - صفحة3

شحن المكثّف:

المكثف الكهربائي - صفحة4

شحن المكثّف:

عند توصيل أحد لوحي المكثف مع القطب السالب في البطارية وتوصيل اللوح الثاني مع القطب الموجب لها فإن القطب السالب يزود لوح المكثف بالشحنات السالبة (إلكترونات) أما اللوح الثاني فتنتقل الإلكترونات منه إلى قطب البطارية الموجب بسبب تنافرها مع لوح المكثف الآخر الذي شحن بشحنات سالبة وتجاذُبها مع قطب البطارية الموجب، وعلى ذلك يصبح أحد لوحي المكثف مشحوناً بشحنة سالبة والآخر مشحوناً بشحنة موجبة.

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة1

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها:

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة2

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها:

سع = ش
جـ

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة3

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها:

سع = ش
جـ

وتتأثر بالعوامل التالية:
1- المساحة المتقابلة من اللوحين (س) حيث تزيد السعة بزيادة هذه المساحة.

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة4

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها:

سع = ش
جـ

وتتأثر بالعوامل التالية:
1- المساحة المتقابلة من اللوحين (س) حيث تزيد السعة بزيادة هذه المساحة.
2- البعد بين اللوحين (ف) حيث تقل السعة بزيادة هذه المسافة.

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة5

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها:

سع = ش
جـ

وتتأثر بالعوامل التالية:
1- المساحة المتقابلة من اللوحين (س) حيث تزيد السعة بزيادة هذه المساحة.
2- البعد بين اللوحين (ف) حيث تقل السعة بزيادة هذه المسافة.
3- نوع الوسط الفاصل (العازل) بين اللوحين (ز: ثابت عزل الوسط).

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة6

ويمكن حساب سعة المكثف من القانون التالي:

سع = ز × ى0 × س
ف

حيث (ى0) هي السماحية الكهربائية للهواء أو الفراغ .

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة7

ويمكن حساب سعة المكثف من القانون التالي:

سع = ز × ى0 × س
ف

حيث (ى0) هي السماحية الكهربائية للهواء أو الفراغ .
وإذا وضع وسط عازل آخر غير الهواء بين اللوحين فإن السماحية الكهربائية له هي (ى) = ى0 × ز

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة8

ويمكن حساب سعة المكثف من القانون التالي:

سع = ز × ى0 × س
ف

حيث (ى0) هي السماحية الكهربائية للهواء أو الفراغ .وإذا وضع وسط عازل آخر غير الهواء بين اللوحين فإن السماحية الكهربائية له هي (ى) = ى0 × ز

ملاحظة: ى0 = 8.85 × 10-12 كولوم2 / نيوتن. م2
            ز = 1 للهواء أو الفراغ وليس لها وحدة.

سعة المكثف والعوامل المؤثرة عليها - صفحة9

العوامل المؤثرة في سعة المكثف:

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

=
سم
=
سم2
=

× 10-12فاراد

توصيل المكثفات

توصيل المكثفات - صفحة1

توصيل المكثفات:

توصيل المكثفات - صفحة2

توصيل المكثفات:

1- التوصيل على التوالي:

توصيل المكثفات - صفحة3

توصيل المكثفات:

1- التوصيل على التوالي:
الجهد الكلي للمكثفات
جـ = جـ1 + جـ2 + ...

توصيل المكثفات - صفحة4

توصيل المكثفات:

1- التوصيل على التوالي:
الجهد الكلي للمكثفات
جـ الكلي= جـ1 + جـ2 + ...

ش = ش  +  ش   + ...
سع الكلية سع1 سع2

توصيل المكثفات - صفحة5

توصيل المكثفات:

1- التوصيل على التوالي:
الجهد الكلي للمكثفات
جـ الكلي= جـ1 + جـ2 + ...

ش = ش  +  ش   + ...
سع الكلية سع1 سع2
1   =  1   +  1   +  ...
سع الكلية سع1 سع2

توصيل المكثفات - صفحة6

2- التوصيل على التوازي:

توصيل المكثفات - صفحة7

2- التوصيل على التوازي:

  السعة الكلية للمكثفات
    سع الكلية= سع1 + سع2 +...

توصيل المكثفات - صفحة8

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

توصيل المكثفات:

سع =
فاراد
سع =
فاراد
سع =
فاراد
سع =
فاراد
سع =
فاراد
سع =
فاراد
سع =
فاراد

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة1

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة2

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

إن عملية شحن المكثف تجعل فرق الجهد بين لوحيه يزداد من صفر في بداية الشحن إلى أن يصبح جـ(عند نهاية الشحن).

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة3

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

إن عملية شحن المكثف تجعل فرق الجهد بين لوحيه يزداد من صفر في بداية الشحن إلى أن يصبح جـ(عند نهاية الشحن).
وعلى ذلك يكون جهد المكثف متغيراً أثناء عملية الشحن فيكون:

معدل جهد المكثف  =  صفراً + جـ   =    1     جـ 
2 2

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة4

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

إن عملية شحن المكثف تجعل فرق الجهد بين لوحيه يزداد من صفر في بداية الشحن إلى أن يصبح جـ(عند نهاية الشحن).
وعلى ذلك يكون جهد المكثف متغيراً أثناء عملية الشحن فيكون:

معدل جهد المكثف  =  صفر + جـ   =    1     جـ 
2 2
طاقة المكثف   ط =    1     جـ × ش 
2

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة5

طاقة المكثف   ط =    1     جـ × ش 
2

ش = سع × جـ

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة6

طاقة المكثف   ط =    1     جـ × ش 
2

ش = سع × جـ

طاقة المكثف   ط =    1     جـ2 × سع 
2

الطاقة المخزنة في مكثف مشحون - صفحة7

طاقة المكثف ط = 1 جـ × ش
2

ش = سع × جـ

طاقة المكثف ط = 1 جـ2 × سع
2
طاقة المكثف ط = 1 × ش2
2 سع

أنواع المكثفات

أنواع المكثفات - صفحة1

أنواع المكثفات:

تقسم المكثفات إلى نوعين رئيسيين هما:

أنواع المكثفات - صفحة2

أنواع المكثفات:

تقسم المكثفات إلى نوعين رئيسيين هما:

1- مكثفات ثابتة السعة:
ويرمز لها بالرمز
وسميت بهذا الاسم لأن سعتها غير قابلة للتغيّر.

أنواع المكثفات - صفحة3


2- مكثفات متغيّرة السعة:
وسميت بذلك لأن سعتها يمكن أن تتغير وذلك بتغيير المساحة أو المسافة، ويرمز لها في الدوائر الكهربائية بالرمز
 .

أنواع المكثفات - صفحة4

ومن أشهر هذه المكثفات المكثف الهوائي وهو يعتمد على تغيير مساحة اللوحين المتقابلين الذي يفصل بينهما الهواء. ويستخدم مثل هذا النوع في المذياع لتغيير التردد الذي يمكن لجهاز المذياع استقباله حيث عند تغير سعته المكثف يمكن الانتقال من محطة إذاعية إلى محطة أخرى.

أنواع المكثفات - صفحة5


إن كل مفتاح يوجد أسفله مكثف وعند الضغط على المفتاح تتغير المسافة بين اللوحين مما يغير من سعة المكثف. وينتج عن ذلك إشارة كهربية تنتقل إلى الحاسب لكتابة أو تنفيذ أمر معين.

ومن المكثفات المتغيّرة السعة مبدأ عمل مفاتيح الحاسوب حيث يوجد أسفل كل مفتاح مكثف، وعند الضغط على المفتاح تتغير المسافة بين اللوحين مما يغير سعة المكثف. وينتج عن ذلك إشارة كهربائية تنتقل إلى الحاسوب لكتابة أو تنفيذ أمر معين.

أنواع المكثفات - صفحة6

آلات توليد الكهرباء الساكنة

إن عملية توليد الكهرباء بالدلك أو الحث التي سبق لك أن درستها لا تكفي لإنتاج كميات كبيرة من الشحنات الكهربائية لذلك كانت الحاجة إلى أجهزة خاصة لإنتاج كميات كبيرة من الشحنات الكهربائية ومن أشهر هذه الأجهزة وأكثرها استعمالاً مُولد فاندي غراف وهو يتكون من:

1- كرة معدنية كبيرة تستخدم لتخزين الشحنات.
2- شريط (سير) بلاستيكي يدور حول محورين بواسطة مُحرك كهربائي
3- مجموعتان من الأسنان المدببة الأولى تتصل بالكرة والثانية تتصل ببطارية.

أنواع المكثفات - صفحة7

طريقة عمله

عندما يدور الشريط يتم انتقال الشحنات الكهربية إليه من البطارية عبر الأسنان المدببة ثم تنتقل الشحنات الكهربية من الشريط الى الكرة عبر الأسنان المدببة أيضاً.

ومع استمرار الدوران تتجمع كميات كبيرة من الشحنات على الكرة المعدنية فيزيد جهدها حتى يصل في بعض الأحيان إلى 100000 فولت.

أنواع المكثفات - صفحة8

تنبيه!

عند استخدام هذا الجهاز يجب الحذر بسبب جهد الكرة العالي وأي مُلامسة لها قد يسبب صعقاً للإنسان إذا كان مُتصلاً بالأرض حيث تتفرغ الشحنات من الكرة إلى الأرض عبر جسم الإنسان ولكن يمكن ملامسة الكرة بشرط أن يكون جسم الإنسان غير مُتصل بالأرض كأن يكون لابساً حذاء غير مبلل أو واقفا على لوح من الخشب.

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة1

تلخيص الفصل السادس:
السعة الكهربائية والمكثفات

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة2

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

1- تختلف الموصلات الكهربائية في استيعابها للشحنات الكهربائية.

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة3

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

1- تختلف الموصلات الكهربائية في استيعابها للشحنات الكهربائية.

2-السعة الكهربائية للموصل:            سع = ش
جـ

    سع = السعة الكهربائية "فاراد".
    ش = الشحنة "كولوم".
    جـ = مقدار الجهد الكهربائي "فولت".  

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة4

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

1- تختلف الموصلات الكهربائية في استيعابها للشحنات الكهربائية

2-السعة الكهربائية للموصل:           سع = ش
جـ

    سع = السعة الكهربائية "فاراد".
    ش = الشحنة "كولوم".
    جـ = مقدار الجهد الكهربائي "فولت".

3- زيادة مساحة الموصل تؤدي إلى زيادة سعته.

 

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة5

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

4- السعة الكهربائية لموصل كروي:

سع للكرة = 4
× ي0 × نق

أو            سع = نق
910

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة6

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

5- المكثف الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية.

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة7

تلخيص الفصل السادس:السعة الكهربائية والمكثفات

5- المكثف الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية

6- سعة المكثف:            سع = ز × ي0 × ش
ف

ز = ثابت العزل الكهربائي  
ي0 = السماحية الكهربائية للهواء أو الفراغ  
س = المساحة المتفاعلة من اللوحين "م"2   
ف = البعد بين اللوحين "م"

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة8

7- توصيل المكثفات:

على التسلسل على التوازي
1)   1 = 1 + 1 + ....
سع سع1 سع2
1)  سع = سع1 + سع2 + ....
2)   جـ = جـ1 + جـ2 + .... 2)   جـ = جـ1 = جـ2 = ....
3)  ش = ش1 = ش2 = ....
3)   ش = ش1 + ش2 + ....

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة9

8- الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

ط = 1 جـ × ش = 1 جـ2 × سع = 1 × ش2
2 2 2 سع

ط (الطاقة المخزنة«جول»)   جـ (جهد المكثف «فولت»)  
ش (شحنة المكثف «كولوم»)   سع (سعة المكثف «فاراد»)

تلخيص السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة10

8- الطاقة المخزنة في مكثف مشحون:

ط = 1 جـ × ش = 1 جـ2 × سع = 1 × ش2
2 2 2 سع

ط (الطاقة المخزنة«جول»)   جـ (جهد المكثف «فولت»)  
ش (شحنة المكثف «كولوم»)   سع (سعة المكثف «فاراد»)

9- يوجد مكثفات ثابتة السعة رمزها
.
      ومكثفات متغيرة السعة ورمزها
.

تمارين السعة الكهربائية والمكثفات

تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة1

س 1: مكثف سعته 3 ميكروفاراد، وصل قطباه مع بطارية خرق الجهد بين طرفيها 12 فولت.
جد:
1 ـ شحنة لوحي المكثف:


32 ميكروفاراد

36 فاراد

36 ميكروفاراد


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة2

2 ـ الطاقة المختزنة في المكثف:


2.2 × 10-4 جول

1.8 × 10-5 جول

3.6 × 10-5 جول


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة3

س 2: مكثف شحنته 6 ميكروكولوم عندما تشحن بفرق جهد 1.25 فولت.

1 ـ جد سعة المكثف:


7.5 × 10-6 فاراد .

4.8 × 10-6 فاراد

2 × 10-7 فاراد


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة4

2 ـ جد الطاقة المختزنة في المكثف إذا وصل إلى مصدر فرق الجهد بين طرفيه 1.5 فولت:


2.7 × 10-6 جول

3.6 × 10-6 جول

5.4 × 10-6 جول


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة5

س 3: مكثف سعته 25 ميكروفاراد وآخر سعته 5 ميكروفاراد، وصل كل منهما على مصدر فرق الجهد بين طرفيه 120 فولت، جد الطاقة الكلية المختزنة في المكثفين:


0.18 جول

0.216 جول

0.036 جول


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة6

س 4: مكثف مؤلف من صفيحتين دائريتين قطر كل منهما 2.5 × 10 -3م، المسافة بينهما 1.4 × 10-4م. إذا كان الهواء يفصل بين الصفيحتين، فإن سعة المكثف:


7.75 × 10-13 فاراد

3.1 × 10-13 فاراد

1.24 × 10-10 فاراد


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة7

س 5: في الشكل المقابل، جد:
1 ـ السعة الكلية للمكثفات:



9 ميكروفاراد

0.5 ميكروفاراد

2 ميكروفاراد


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة8

2 ـ الطاقة الكلية المختزنة في المكثفات:


6.48 × 10-4 جول

1.44 × 10-4 جول

1.2 × 10-5 جول


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة9

س 6: جد السعة الكلية للمكثفات في الشكل المقابل:



13 ميكروفاراد

22 ميكروفاراد

17.3 ميكروفاراد


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة10

س 7: ماذا يحدث للشحنة على لوحي المكثف إذا نقص فرق الجهد بينهما إلى النصف.


تتضاعف.

تقل إلى النصف.

لا تتغير.


تمارين السعة الكهربائية والمكثفات - صفحة11

س 8: إذا تضاعفت المسافة بين لوحي مكثف فإن سعته:


تتضاعف.

لا تتغير.

تقل إلى النصف.


اختبار السعة الكهربائية والمكثفات

اختبار السعة الكهربائية والمكثفات - اختبار

أوجد السعة الكلية للمكثفات في الشكل حيث:
سع1 = 6 مكيروفاراد
سع2 = 2 ميكروفاراد
سع3 = 1 ميكروفاراد


0.5 ميكروفاراد

2 ميكروفاراد

9 ميكروفاراد

أوجد السعة الكلية للمكثفات في الشكل حيث:
سع1 = 3 ميكروفاراد
سع2 = 2 ميكروفاراد
سع3 = 4 ميكروفاراد
سع4 = 1 ميكروفاراد


3 ميكروفاراد

10 ميكروفاراد

4 ميكروفاراد

أوجد الطاقة الكلية المخزنة في المكثفات إذا علمت أن فرق الجهد بين أ و ب يساوي 1200 فولت و أن السعة الكلية للمكثفات تساوي 3 ميكروفاراد.


4.32 جول

2.16 × 610 جول

2.16 جول

مكثف سعته 2 × 10-10 فاراد يتألف من لوحين متقابلين يبعدان عن بعضهما مسافة 2مم.
جد المساحة المتقابلة من اللوحين (س) إذا علمت أن العازل بين اللوحين هو الهواء وأن

ي0 = 1
36
× 910


4.5 × 10-5 م2

50 م2

4.5 × 10-2 م2

جد الطاقة المختزنة في مكثف سعته 2 × 10-10 فاراد يتألف من لوحين متقابلين يبعدان عن بعضهما مسافة 2مم ,إذا علمت أن المساحة المتقابلة من اللوحين (س) هي 4.5 × 10-2 م2 , وأن العازل بين اللوحين هو الهواء و فرق الجهد بين طرفيه أثناء الشحن هو -9 × 310 فولت. علماً بأن:

ي0 = 1
36
× 910


81 × 10-4 جول

162 × 310 جول

40.5 × 310 جول

كم يصبح فرق الجهد بين طرفي مكثف سعته 2 × 10-10 فاراد يتألف من لوحين متقابلين يبعدان عن بعضهما مسافة 2مم ,إذا علمت أن المساحة المتقابلة من اللوحين (س) هي 4.5 × 10-2 م2, وأن العازل بين اللوحين هو الهواء و فرق الجهد بين طرفيه أثناء الشحن هو -9 × 310 فولت إذا وضعنا بين اللوحين مادة ثابت عزلها 2.4 علماً بأن:

ي0= 1
36
× 910


9 × 310 فولت

3.75 × 310 فولت

21.6 × 310 فولت

مكثف سعته 5 ميكروفاراد، فرق الجهد بين طرفيه 8000 فولت، بعد الشحن، وصل المكثف بمكثف آخر غير مشحون سعته 3 ميكروفاراد.
جد:
 أ - فرق الجهد بين طرفي المكثف الثاني.
 ب- الطاقة المختزنة في المكثف الثاني.


فرق الجهد = 8000 فولت ,الطاقة = 75 جول

فرق الجهد = 5000 فولت ,الطاقة = 37.5 جول

فرق الجهد = 10.000 فولت ,الطاقة = 25 جول


آثار التيار الكهربائي

آثار التيار الكهربائي ومصادره

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة1

الفصل السابع:
آثار التيار الكهربائي ومصادره

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة2

أهداف الفصل السابع

1- يعدد احتياجات الإنسان من الطاقة الكهربائية لإدارة شؤون حياته.
2- يعرف الطاقة الكهربائية .
3- يذكر مصادر الحصول على الطاقة الكهربائية وإمكانية تحويلها إلى صور الطاقة الأخرى .
4- يحدد مكونات العمود الجاف ، ويرسم تركيبه .
5- يشرح التفاعلات الكيميائية التي تحدث في العمود الجاف و كيفية تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية .
6- يتعرف على مكونات العمود الثانوي (المراكم) ويرسم تركيبه.
7- يوضح كيفية حدوث عملية الشحن في المراكم .

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة3

أهداف الفصل السابع

 8- يبين كيفية حدوث عملية التفريغ في المراكم.
 9-يوضح تركيب بطارية السيارة ,و يرسم تركيبها.
10- يعرف التيار الكهربائي .
11- يعرف التيار الاصطلاحي.
12- يرسم دائرة كهربائية بسيطة يوضح فيها اتجاه التيار الإلكتروني (أو الفعلي) و التيار الإصطلاحي.
13- يعرف مصطلح شدة التيار الكهربائي .

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة4

ما المقصود بالتيار الكهربائي؟

إن حركة الشحنات الكهربائية في ناقل باتجاه معين وبتأثير مجال الكهرباء تسمى تياراً كهربائياً , وتعرَّف شدة التيار الكهربائي بأنها:
معدل الشحنات الكهربائية (ش) المارة خلال مقطع ما من الموصل في الثانية الواحدة وتقاس بوحدة الأمبير أي أن :

ت = ش
ز

والتيار الكهربائي في النواقل المعدنية ينشأ عن حركة إلكترونيات , أما في المحاليل الموصلة للتيار الكهربائي ( تسمى محاليل إلكتروليتية) فإن التيار الكهربائي ينشأ عن حركة أيونات موجبة وأخرى سالبة.

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة5

ومما يجدر الإشارة إليه أن الإلكترونات في النواقل المعدنية والأيونات في الإلكتروليتات تكون في حركة عشوائية مستمرة (7-1) ولكن هذه الحركة العشوائية لا تمثل تياراً كهربائياً , أما عند توصيل طرفي الموصل بمصدر للتيار الكهربائي فإن المجال الكهربائي الناشئ عن المولد يجعل الإلكترونات أو الأيونات تتحرك في إتجاه محدد مكونة التيار الكهربائي (شكل 7-2) أما الإنحرافات التي تحدث للإلكترونات أثنار حركتها فهي بسبب تصادمها مع ذرات الناقل.

شكل 7-1
شكل 7-2

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة6

اتجاه التيار الكهربائي

في بداية اكتشاف التيار الكهربائي كان يعتقد أنه يخرج من القطب الموجب للبطارية ويعود إلى البطارية من خلال القطب السالب بعد مروره بالدائرة الكهربائية (باعتبار ان الشحنات المتحركة شحنات موجبة) ووضعت المعادلات الرياضية وصممت الدوائر الكهربائية على هذا الأساس ومع تقدم أساليب البحث اتضح للعلماء أن أتجاه التيار الكهربائي عكس ما كان يعتقد فالإلكترونات تخرج من القطب السالب وتدخل للبطارية من خلال القطب الموجب إلا أن العلماء فضلوا بقاء الاعتقاد السابق وسموه الاتجاه الاصطلاحي للتيار ويوضح إتجاه التيار في الدوائر الكهربائية بناء عليه, ويسمى الاتجاه الآخر للتيار بالاتجاه الفعلي لحركة الإلكترونات وهو عكس الاتجاه الاصطلاحي.

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة7

كيف نستفيد من التيار الكهربائي؟

تحمل الإلكترونات المكونة للتيار المستمر طاقة تسمى طاقة كهربائية وقد مكن الله سبحانه وتعالى للإنسان ليستفيد من هذه الطاقة وذلك بتحويلها إلى طاقة ضوئية أو طاقة حركية (مروحة) أو طاقة حرارية (مدفأة) أو طاقة كيميائية (تحليل الماء), ولكن كما تعلم فإن التيار الكهربائي غير مشاهد فكيف نستدل على وجوده؟

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة8

آثار التيار الكهربائي ومصادره

تعريف التيار الكهربائي: هو سيل من الشحنات الكهربائية التي تتحرك بانتظام في اتجاه معين.

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة9

                                  آثار التيار الكهربائي                                  
                                                                   
 
أولاً
الأثر الحراري
ثانياً
الأثر الكيميائي
ثالثاً
الأثرالمغناطيسي
رابعاً
الأثر الضوئي

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة10

                 طبيعة التيار الكهربائي                 
                                 
 
أولاً
في النواقل المعدنية
  ثانياً
في المحاليل الإلكتروليتية
تجربة

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة11

آثار التيار الكهربائي ومصادره - صفحة12

اتجاه التيار الكهربائي

اتجاه التيار الكهربائي - صفحة1

اتجاه التيار الكهربائي:

اتجاه التيار الكهربائي - صفحة2

اتجاه التيار الكهربائي:

الاتجاه الاصطلاحي للتيار الكهربائي هو من القطب الموجب إلى القطب السالب للمولد، ويكون بعكس اتجاه حركة الإلكترونات التي تتحرك من القطب السالب إلى القطب الموجب للمولد.

اتجاه التيار الكهربائي - صفحة3

شدة التيار الكهربائي:

اتجاه التيار الكهربائي - صفحة4

شدة التيار الكهربائي:

هي كمية الكهرباء في وحدة الزمن، وتقدّر بالأمبير.

كيف نستفيد من التيار الكهربائي

كيف نستفيد من التيار الكهربائي - صفحة1

كيف نستفيد من التيار الكهربائي:

تحمل الإلكترونات المكونة للتيار المستمر طاقة تسمى طاقة كهربائية وقد مكن الله سبحانه وتعالى للإنسان ليستفيد من هذه الطاقة وذلك بتحويلها إلى طاقة ضوئية أو طاقة حركية ( مروحة) أو طاقة حرارية ( مدفأة) أو طاقة كيميائية ( تحليل الماء) , ولكن كما تعلم فإن التيار الكهربائي غير مشاهَد فكيف نستدل على وجوده؟ يمكننا الإستدلال على التيار الكهربائي من خلال آثاره التي يمكن التعرف عليها في النشاط التالي:

كيف نستفيد من التيار الكهربائي - صفحة2

-أدوات التجربة:
بطارية (يفضل 6 فولت)، سلك توصيل، وعاء زجاجي، 0.25 لتر من الماء المذاب به ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، إبرة مغناطيسية، مصباح كهربي يتناسب مع المولد، قاطع.
-خطوات التجربة:
1- كون دائرة كما في الشكل (3-7).
2- أغلق القاطع الكهربائي.
3- ماذا حدث للإبرة المغناطيسية؟
4- ماذا حدث للمصباح؟
5- بعد 10 دقائق ماذا حدث لمحلول ملح الطعام؟
6- ماذا حدث لحرارة محلول ملح الطعام؟

كيف نستفيد من التيار الكهربائي - صفحة3

لا شك أنك لاحظت إضاءة المصباح وانحراف الإبرة المغناطيسية وارتفاع درجة حرارة المحلول وتحليل محلول ملح الطعام وهذه كلها أثار للتيار الكهربائي تدل على وجوده، ومما يجب التنبه إليه أن أثار التيار الكهربائي هي أثار عكوسة. فالضوء يولد التيار الكهربائي كما في الخلايا الشمسية، والحرارة تولد كما في الإزدواج الكهروحراري والتفاعل الكيميائي يولد تياراً كهربائيا كما في البطاريات، والمغناطيس يولد تياراً كهربائياً كما في مولد السيارة أو الدراجة الهوائية.

الخلايا الكهروكيميائية

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة1

الخلايا الكهروكيميائية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة2

الخلايا الكهروكيميائية:

تعتمد هذه الخلايا على تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. وهي على خمسة أنواع, النوع الأول

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة3

1- الخلية الجافة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة4

1- الخلية الجافة:
تعد من أفضل أنواع الخلايا بسبب صغر حجمها وسهولة استخدامها ووجودها بأحجام وأشكال مختلفة تتناسب مع كافة الاستخدامات. وهي عبارة عن وعاء رقيق من الخارصين مبطن بورق مسامي ويحوي معجونة رطبة من الكربون وثاني أكسيد المنغنيز ( MnO2) وكلوريد الأمونيوم
(NH4Cl) وفي وسط الوعاء قضيب من الغرافيت (وهو شكل من أشكال الكربون) ويشكل القطب الموجب بينما يشكل الخارصين القطب السالب.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة5

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة6

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة التالية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة7

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة التالية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة8

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة:

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلة تياراً كهربائياً متجهة إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة9

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة:

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلةً تيارأً كهربائياً متجهةً إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).
3- يتأين كلوريد الأمونيوم حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة10

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلةً تياراً كهربائياً متجهةً إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).
3- يتأين كلوريد الأمونيوم حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة11

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة12

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة13

-4 تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

5- ذرات الهيدروجين الناتجة تكون على هيئة فقاعات غازية تشكل طبقة عازلة على عمود الجرافيت وتوقف سريان التيار الكهربائي. وتسمي ظاهرة تراكم فقاعات الهيدروجين على عمود الجرافيت بالاستقطاب ولمنع حدوثه وضعت مادة ثاني أكسيد المنجنيز حيث تتفاعل مع ذرات الهيدروجين حسب التفاعل التالي:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة14

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

5- ذرات الهيدروجين الناتجة تكون على هيئة فقاعات غازية تشكل طبقة عازلة على عمود الجرافيت وتوقف سريان التيار الكهربائي. وتسمي ظاهرة تراكم فقاعات الهيدروجين على عمود الجرافيت بالاستقطاب ولمنع حدوثه وضعت مادة ثاني أكسيد المنجنيز حيث تتفاعل مع ذرات الهيدروجين حسب التفاعل التالي:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة15

2- الخلية القلوية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة16

2- الخلية القلوية:

هي نوع من البطاريات الجافة إلا أنها تتميز بتوليدها لتيار ذي شدة أكبر من التيار الصادر عن البطاريات الجافة ولمدة أكبر كما تتميز بأنها قابلة للشحن ومن أشهرها ما يسمى ببطارية الليثيوم كتلك المستخدمة في الهواتف المتنقلة.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة17

3- خلية أكسيد الزئبق:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة18

3- خلية أكسيد الزئبق:

 

وهي كتلك المستخدمة في الساعات اليدوية وبعض الحاسبات.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة19

4- خلية الوقود:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة20

4- خلية الوقود:

بدأ التفكير الجدي في استعمال هذا النوع كمصدر بديل للطاقة الناتجة عن البترول.
وتتكون خلية الوقود
(هيدروجين ـ أكسجين) من لوحين مساميين من النيكل المعالج بالبلاتين يسمحان للأيونات بالمرور ويفصل بين هذين اللوحين محلول إلكتروليتي قاعدي.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة21

 

تزود الخلية بتيار من الهيدروجين عند أحد الألواح وبتيار من الأكسجين عند اللوح الآخر ويلعب البلاتين دور الحافز. ورغم التطور الذي شهدته خلية الوقود فإن استخدامها ما زال محصوراً في بعض التطبيقات العلمية مثل المركبات الفضائية.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة22

5- المركم الرصاصي (المدخرة):

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة23

5- المركم الرصاصي (المدخرة):

ومن أهمها المدخرة الرصاصية كتلك المستعملة في السيارات (بطارية السيارة): وهي عبارة عن وعاء عازل يحوي محلولاً من حامض الكبريتيك (تركيزه 20% تقريباً) غمست فيه مجموعتان من الصفائح ذات تجاويف وهي مصنوعة من خليط الرصاص (Pb) والانتمون (Sb) وتكون فيه عملية تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية عملية عكوسة، ويكون القطب السالب لها من معدن الرصاص (Pb) والقطب الموجب من ثاني أكسيد الرصاص (PbO2) ويمثل المركم المشحون بالرمز التالي:
(-)PbO2 _ H2SO4 _ Pb(+)

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة24

- تفريغ المركم: يتحول الرصاص وأكسيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص تتراكم على القطبين فيصبح تركيب المفرغ: PbSO4 _ H2SO4 _ PbSO4/ ويتوقف انتاج التيار الكهربائي.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة25

- تفريغ المركم: يتحول الرصاص وأكسيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص تتراكم على القطبين فيصبح تركيب المفرغ: PbSO4 _ H2SO4 _ PbSO4/ ويتوقف انتاج التيار الكهربائي.

- شحن المركم: يوصل التيار الكهربائي بقطبي البطارية فيتشكل الرصاص وأكسيد الرصاص ثانية، ونقول عندئذ بأن الطاقة الكهربائية المستمدة من المولد قد تحولت إلى طاقة كيميائية خزّنها المركم.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة26

الخلية الشمسية:

عبارة عن ثنائي قطب يحول مباشرة جزءاً من الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. وتتكون الخلية الضوئية أساساً من السسزيوم وينشط وجهه المعرض للشمس بعنصر آخر كالفسفور مثلاً. ويستخدم السزيوم في صناعة الخلايا الشمسية لأنه يوجد في المجموعة الأولى وعدده الذري 55 مما يجعل ارتباط الألكترون الأخير في المدار الخارجي بالذرة ضعيفاً جداً ويسهل تركه للذرة بإكتسابه كمية ضئيلة من الطاقة كالموجودة في الأشعة الشمسية.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة27

الخلية الشمسية:

الخلية الشمسية

ويكثر استعمال هذا النوع من الخلايا في الأقمار الصناعية لتزويدها بالطاقة، وكذلك في بعض محطات التقوية الخاصة بالهاتف والمذياع التي تكون بعيدة عن شبكات الكهرباء.

التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي - صفحة1

التحليل الكهربائي:

التحليل الكهربائي - صفحة2

التحليل الكهربائي:

هو تغيّر كيميائي يحدثه التيار الكهربائي وسميت هذه العملية بالتحليل الكهربائي لأنها تحلل المركب إلى عناصره الأساسية، ويسمى الوعاء الذي تتم فيه عملية التحليل فولتامتر رمزه
.

التحليل الكهربائي - صفحة3

التحليل الكهربائي:

هو تغيّر كيميائي يحدثه التيار الكهربائي وسميت هذه العملية بالتحليل الكهربائي لأنها تحلل المركب إلى عناصره الأساسية، ويسمى الوعاء الذي تتم فيه عملية التحليل فولتامتر رمزه -(-||-)-.

يسمى المسرى المتصل بالقطب الموجب مصعداً .
أما المسرى المتصل بالقطب السالب فيسمى مهبطاً.

التحليل الكهربائي - صفحة4

وتستخدم عملية التحليل الكهربائي كثيراً في حياتنا ومن ذلك:

التحليل الكهربائي - صفحة5

وتستخدم عملية التحليل الكهربائي كثيراً في حياتنا ومن ذلك:

1- تنقية المعادن من الشوائب.

التحليل الكهربائي - صفحة6

وتستخدم عملية التحليل الكهربائي كثيراً في حياتنا ومن ذلك:

1- تنقية المعادن من الشوائب.

2- الطلاء المعدني.

التحليل الكهربائي - صفحة7

وتستخدم عملية التحليل الكهربائي كثيراً في حياتنا ومن ذلك:

1- تنقية المعادن من الشوائب.

2- الطلاء المعدني.

3- تحضير الأكسجين والهيدروجين من الماء للأغراض الطبية والصناعية.

تجربة أولى
             
تجربة ثانية

التحليل الكهربائي - صفحة8

نشاط عملي:

التحليل الكهربائي - صفحة9

نشاط عملي:

- الأدوات: فولتمامتر فيه مسريان أحدهما من النحاس والآخر من الزنك، محلول كبريتات النحاس، بطارية، قاطع.

التحليل الكهربائي - صفحة10

- خطوات التجربة:

التحليل الكهربائي - صفحة11

- خطوات التجربة:

1- ضع محلول كبريتات النحاس في الفولتامتر.

التحليل الكهربائي - صفحة12

- خطوات التجربة:

1- ضع محلول كبريتات النحاس في الفولتامتر.

2- صل البطارية و القاطع مع المسريين بحيث يكون مسرى النحاس هو المصعد (موصولاً بالقطب الموجب).

التحليل الكهربائي - صفحة13

- خطوات التجربة:

1- ضع محلول كبريتات النحاس في الفولتامتر.

2- صل البطارية و القاطع مع المسريين بحيث يكون مسرى النحاس هو المصعد (موصولاً بالقطب الموجب).

3- أغلق القاطع الكهربائي.

التحليل الكهربائي - صفحة14

- خطوات التجربة:

1- ضع محلول كبريتات النحاس في الفولتامتر.

2- صل البطارية و القاطع مع المسريين بحيث يكون مسرى النحاس هو المصعد (موصولاً بالقطب الموجب).

3- أغلق القاطع الكهربائي.

4- بعد 10 دقائق، نلاحظ أن لوح الزنك طلي بالنحاس.

التحليل الكهربائي - صفحة15

ما الذي يحصل؟؟

التحليل الكهربائي - صفحة16

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس.

التحليل الكهربائي - صفحة17

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس.

التحليل الكهربائي - صفحة18

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس.

2- عند اغلاق القاطع تتجه أيونات النحاس إلى المهبط (صفيحة الزنك) ويكتسب كل أيون إلكترونين متحولاً إلى ذرات النحاس وتترسب على المهبط.

التحليل الكهربائي - صفحة19

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس

2- عند اغلاق القاطع تتجه أيونات النحاس إلى المهبط (صفيحة الزنك) ويكتسب كل أيون إلكترونين متحولاً إلى ذرات النحاس وتترسب على المهبط.

التحليل الكهربائي - صفحة20

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس.

2- عند اغلاق القاطع تتجه أيونات النحاس إلى المهبط (صفيحة الزنك) ويكتسب كل أيون إلكترونين متحولاً إلى ذرات النحاس وتترسب على المهبط.

3- عند المصعد (صفيحة النحاس) يحصل أكسدة (تأيّن) لذرات النحاس.

التحليل الكهربائي - صفحة21

ما الذي يحصل؟؟
1- تتفكك كبريتات النحاس

2- عند اغلاق القاطع تتجه أيونات النحاس إلى المهبط (صفيحة الزنك) ويكتسب كل أيون إلكترونين متحولاً إلى ذرات النحاس وتترسب على المهبط.

3- عند المصعد (صفيحة النحاس) يحصل أكسدة (تأيّن) لذرات النحاس

التحليل الكهربائي - صفحة22

4- يبقى تركيز المحلول (الإلكتروليت) CuSO4 ثابتاً وتلاحظ أنه لم يتم تفاعل كيميائي وإنما حصل انتقال لذرات النحاس من المصعد لتترسب على المهبط.

التحليل الكهربائي - صفحة23

التحليل الكهربائي - صفحة24

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة1

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي:

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة2

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي:

القانون الأول:

نصّه: «كتلة المادة المتحررة (أو المترسبة) بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء المارة في وعاء التحليل».

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة3

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي:

القانون الأول:

نصّه: «كتلة المادة المتحررة (أو المترسبة) بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء المارة في وعاء التحليل».

ك = هـ × ش

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة4

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي:

القانون الأول:

نصّه: «كتلة المادة المتحررة (أو المترسبة) بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء المارة في وعاء التحليل».

ك = هـ × ش

وبما أن ش = ت × ز

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة5

إذاً

ك = هـ × ت × ز

ك = كتلة المادة المتحررة.
هـ = المكافىء الكهروكيميائي.
ت = شدة التيار.
ز = الزمن.

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة6

إذاً

ك = هـ × ت × ز

ك = كتلة المادة المتحررة.
هـ = المكافىء الكهروكيميائي.
ت = شدة التيار.
ز = الزمن.

قيمة هـ ثابتة للعنصر الواحد وتختلف من عنصر لآخر، ويمكن تعريفها على أنها كتلة المادة المترسبة بالتحليل الكهربائي عند مرور كمية من الكهرباء قدرها 1 كولوم.

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة7

القانون الثاني:

عند وصل عدة فولتامترات مختلفة ومرور نفس شدة التيار خلال نفس الزمن، فإن كتلة المادة المتحررة في عملية التحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع الوزن المكافىء الجرامي (م).

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة8

ولعدد من المواد فإن:

م1 = م2 = م3 = ثابت
ك1 ك2 ك3

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة9

ولعدد من المواد فإن:

م1 = م2 = م3 = ثابت
ك1 ك2 ك3

إذاً

م1 = م2 = م3 = ثابت
هـ1 × ش هـ2 × ش هـ3 × ش

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة10

إذاً

م1 = م2 = م3 = ثابت
هـ1 هـ2 هـ3

وهذا الثابت يسمى فاراداي.

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة11

إذاً

م1 = م2 = م3 = ثابت
هـ1 هـ2 هـ3

وهذا الثابت يسمى فاراداي.

م = 96500       لأي عنصر.
هـ

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة12

و باستخدام هذه النتيجة

م = 96500       في العلاقة.
هـ

ك = ش × هـ

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة13

و باستخدام هذه النتيجة

م = 96500       في العلاقة.
هـ

ك = ش × هـ

ك = ش × م
96500

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة14

و باستخدام هذه النتيجة

م = 96500       في العلاقة.
هـ

ك = ش × هـ

ك = ش × م
96500
و لكن             م = الكتلة الذرية (كذ)
التكافؤ (تك)

قانونا فراداي للتحليل الكهربائي - صفحة15

و باستخدام هذه النتيجة

م = 96500       في العلاقة.
هـ

ك = ش × هـ

ك = ش × م
96500
و لكن             م = الكتلة الذرية (كذ)
التكافؤ (تك)
إذاً           ك = ش × كذ    قانون فراداي الثاني
تك × 96500

تلخيص آثار التيار الكهربائي

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة1

تلخيص الفصل السابع
آثار التيار الكهربائي

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة2

آثار التيار الكهربائي

1- التيار الكهربائي هو سيل من الشحنات الكهربائية التي تتحرك بانتظام في اتجاهٍ معين.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة3

آثار التيار الكهربائي

1- التيار الكهربائي هو سيل من الشحنات الكهربائية التي تتحرك بانتظام في اتجاهٍ معين.

2- للتيار الكهربائي آثار منها:
 أ - الأثر الحراري.
ب - الأثر الكيميائي.
جـ- الأثر المغناطيسي.
 د - الأثر الضوئي.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة4

3- التيار الكهربائي ينشأ عن حركة الإلكترونات في النواقل المعدنية وحركة الأيونات الموجبة والسالبة في المحاليل الالكتروليتية.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة5

3- التيار الكهربائي ينشأ عن حركة الإلكترونات في النواقل المعدنية وحركة الأيونات الموجبة والسالبة في المحاليل الالكتروليتية.

4- الاتجاه الاصطلاحي للتيار الكهربائي هو من القطب الموجب إلى القطب السالب.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة6

3- التيار الكهربائي ينشأ عن حركة الإلكترونات في النواقل المعدنية وحركة الأيونات الموجبة والسالبة في المحاليل الالكتروليتية.

4- الاتجاه الاصطلاحي للتيار الكهربائي هو من القطب الموجب إلى القطب السالب.

5- شدة التيار الكهربائي هي كمية الكهرباء في وحدة الزمن :

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة7

6- قانون فراداي الأول:

ك = هـ × ش
ك = هـ × ت × ز

ك = كتلة المادة المتحررة
ت = شدة التيار
هـ = المكافئ الكهروكيميائي
ز = الزمن

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة8

6- قانون فراداي الأول:

ك = هـ × ش
ك = هـ × ت × ز

ك = كتلة المادة المتحررة
ت = شدة التيار
هـ = المكافئ الكهروكيميائي
ز = الزمن

7- قانون فراداي الثاني:           ك = ش × كذ
96500 × تك

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة9

8- الخلايا الكهروكيميائية هي التي تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وهي على أنواع متعددة.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة10

8- الخلايا الكهروكيميائية هي التي تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وهي على أنواع متعددة.

9- الخلية الشمسية هي التي تحوّل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

تلخيص آثار التيار الكهربائي - صفحة11

8- الخلايا الكهروكيميائية هي التي تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وهي على أنواع متعددة.

9- الخلية الشمسية هي التي تحوّل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

10- التحليل الكهربائي: هو تحليل المركب إلى عناصره الأساسية بتأثير الكهرباء.

تمارين آثار التيار الكهربائي

تمارين آثار التيار الكهربائي - صفحة1

س 1: الشحنة التي تمر في سلك مصباح كهربائي في ثانيتين تساوي 1.67 كولوم. جد شدة التيار المار في السلك:


1.2 أمبير

0.835 أمبير

3.34 أمبير


تمارين آثار التيار الكهربائي - صفحة2

س 2: إذا كانت شدة التيار المار في سلك معدني تساوي 80 ميللي أمبير فكم هو عدد الالكترونات المارة في نقطة معينة من السلك خلال 10 دقائق؟
(شحنة الالكترون = - 1.6 × 10- 19 كولوم).


3 × 2010 الكترون

5 × 2010 الكترون

1.28 × 1910 الكترون


تمارين آثار التيار الكهربائي - صفحة3

س 3: إن الإتجاه الاصطلاحي للتيار الكهربائي هو:


من القطب الموجب للبطارية إلى السالب.

من القطب السالب للبطارية إلى الموجب.

ليس له اتجاه.


تمارين آثار التيار الكهربائي - صفحة4