3 أسئلة حول انتقال الحرارة
1. انظر إلى الصورة التالية!
إذا وُضعت ثلاثة أنابيب في صندوق زجاجي مغلق كما هو موضح في الصورة، ووُضع دخان من لفة ورق عند طرف الأنبوب B ودخل عبره، فسيخرج الدخان مرة أخرى عبر الأنبوبين A وC كما هو موضح في الصورة. يحدث هذا نتيجة انتقال الحرارة بواسطة...
A. كونفيكسي
ب. التوصيل
ج. الحث
د. الإشعاع
مناقشة
تحدث هذه الظاهرة نتيجة انتقال الحرارة بالحمل الحراري. يُعرف انتقال الحرارة بالحمل الحراري بأنه انتقال الحرارة المصحوب بحركة المادة. ومن أمثلة انتقال الحرارة بالحمل الحراري: الرياح، وغليان الماء، وحركة الدخان، كما هو موضح في الصورة أعلاه.
كيف تفسر حركة الدخان كما هو موضح في الصورة أعلاه؟ داخل صندوق زجاجي مغلق، توجد شمعة مشتعلة. يسخن لهب الشمعة الهواء المحيط، مما يزيد من درجة حرارة الهواء داخل الصندوق. يؤدي هذا الارتفاع في درجة الحرارة إلى تمدد الهواء (زيادة حجمه). ويؤدي هذا التمدد إلى انخفاض كثافة الهواء. لذلك، تكون كثافة الهواء خارج الصندوق الزجاجي أكبر من كثافة الهواء داخله. تتحرك الغازات بشكل طبيعي من المناطق ذات الكثافة العالية إلى المناطق ذات الكثافة المنخفضة. هذا الاختلاف في كثافة الهواء هو ما يدفع الدخان إلى التدفق من خارج الصندوق الزجاجي، حيث الكثافة العالية، إلى داخله، حيث الكثافة المنخفضة.
بمجرد دخول الدخان إلى الصندوق الزجاجي، تُسخّنه شعلة الشمعة، مما يزيد من حرارته وحجمه. وهذا بدوره يزيد من كثافة الدخان، فيدفعه إلى الأعلى نحو المناطق ذات الكثافة الهوائية المنخفضة. تذكر أنه كلما ارتفع المكان عن سطح الأرض، انخفضت كثافة الهواء فيه، لأن قوة الجاذبية تقل.
الإجابة الصحيحة هي أ.
2. انتبه إلى العبارة التالية:
1. يغلي الماء في المقلاة لأنه يسخن.
2. خلال النهار يكون الجو أكثر حرارة منه في الليل.
3. عادةً ما تُزود أدوات الطبخ بمقابض خشبية أو بلاستيكية.
4. ستذوب الشمعة المشتعلة حتى تنتهي.
من البيان الذي ينص على أن تأثير الإشعاع هو عدد...
أ. 1 و 3
ب. 1 و 4
ج. 2 و 4
د. 2 و 3
مناقشة
العبارة الأولى: يغلي الماء في المقلاة لأنه يتم تسخينه.
صحيح أن بعض الحرارة تنتقل من اللهب إلى الوعاء بالإشعاع، وبعضها الآخر ينتقل من الوعاء إلى الماء بالتوصيل. لكن غليان الماء هو نتيجة مباشرة لانتقال الحرارة بالحمل الحراري.
العبارة الثانية: خلال النهار يكون الجو أكثر حرارة منه في الليل.
تسطع الشمس على سطح الأرض خلال النهار من خلال الإشعاع.
البيان 3: عادةً ما تُزود أدوات الطبخ بمقابض خشبية أو بلاستيكية.
إذا كان مقبض أداة الطهي مصنوعًا من المعدن، فإن يدي الطاهي ستسخن لأن الحرارة أو الدفء ينتقل عن طريق التوصيل عبر مقبض أداة الطهي.
العبارة الرابعة: الشمعة المشتعلة ستذوب حتى تنتهي.
يذوب الشمع نتيجة انتقال الحرارة بالإشعاع من اللهب إلى الشمع.
إذن، فإن العبارتين اللتين تمثلان آثار الإشعاع هما 2 و 4.
الإجابة الصحيحة هي ج.
3. يوضح الشكل حدث الحمل الحراري الصحيح في السوائل...
مناقشة
انتقال الحرارة بالحمل الحراري هو انتقال الحرارة المصحوب بحركة المادة. ومن أمثلة الحمل الحراري الطبيعي غليان الماء أثناء التسخين أو تشكل نسائم البر والبحر.
في العملية المذكورة أعلاه، تنتقل الحرارة مبدئيًا من النار إلى الوعاء بالتوصيل ، وبالمثل، تنتقل الحرارة من الوعاء إلى الماء بالتوصيل. بعد ذلك، تنتقل الحرارة من جزيئات الماء إلى جزيئات ماء أخرى بالحمل الحراري.
يكون الماء القريب من قاع الوعاء أكثر سخونة، مما يؤدي إلى تمدده وانخفاض كثافته. وعلى العكس من ذلك، يكون الماء الموجود فوقه، أو الماء على السطح، أكثر برودة وبالتالي تكون كثافته أعلى.
الماء الموجود في قاع الوعاء أقل كثافة، مما يجعله يطفو ويحل محله الماء ذو الكثافة الأعلى. تستمر حركة الماء هذه في الوعاء حتى يصل الماء كله إلى نفس درجة الحرارة، أو يغلي.
يوجد رسم تخطيطي أكثر دقة يصف عملية الحمل الحراري للماء في وعاء في الإجابة ج. والسبب هو أن الماء الساخن الذي تمدد يتحرك لأعلى مباشرة ولا يتحرك جانبياً أولاً.
الإجابة الصحيحة هي ج.
