ملزمة العلوم طاقة الحرارية

مجلس ابو ظبي للتعليم

مدرسة جرن يافور

ملزمة العلوم رقم 2

الطـــاقـــــة الحرارية

Heat Energy

اسم الطالب ........................................

الصف السادس (............)

فى نهاية هذه الوحدة يجب ان يكون التلميذ قادرا على :

1           يتحقق ويوضح  كيفية انتقال الحرارة بالتوصيل و الحمل و الاشعاع في اوساط مختلفة 2           يلخص امثلة  كيف ان كل طريقة من طرق انتقال الحرارة استثمرت وانتفع منها الانسان والحيوانات ( مثال كيف يبقى الانسان والحيوان دافئاً / بارداً . التحكم بإنتقال الحرارة في المباني. الطقس والمناخ. 3           يتعرف غلى شكلي الطاقة . طاقة الحركة (النشطة)   والطاقة المخزنة  او الوضع (الكامنة) 4           يتحقق انواع الطاقة ويصنفها الى طاقة حركة وطاقة وضع كامنة 5           يتوصل تجارب ويميز  تحولات الطاقة فى اجهزة شائعة 6           يبحث في فعالية الطاقة في جهاز ليستنتج  أنه لا يوجد جهاز ينقل  شكل من أشكال الطاقة بنسبة 100% 7           شرح قانون حفظ الطاقة (أنه لا يمكن خلق أو تدمير الطاقة لكن فقط تحويلها/نقلها). 8           يقارن ويفاضل في استخدام الطاقة المتجددة واللامتجددة في الامارات العربية المتحدة.

اعداد أ / إيــاد توفيق

الطاقة Energy

الطاقة : هي القدرة على بذل شغل  وتقاس بوحدة (جول)             Energy is the ability to do work

يوجد شكلين رئيسيين للطاقة هما  

1-    طاقة الحركة هي الطاقة التي يكتسبها الجسم بسبب حركته

2-    الطاقة الكامنة هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب وضعه أو حالته                                                

أنواع الطاقة Energy type

الطاقة الكامنة Potential Energy

طاقة الحركة Kinetic energy

الطاقة الصوتية Sound Energy

الطاقة الضوئية Light Energy

الطاقة الحركية الميكانيكية

الطاقة الحرارية Heat Energy

الطاقة الكهربائية Electrical Energy

طاقة الوضع Potential energy

الطاقة الكيمائية Chemical energy

الطاقة  المرونية Elastic Energy

الطاقة النووية Nuclear Energy

الطاقة المغناطيسية Magnetic Energy

 

تحولات الطاقة  Energy transformations

المصدر الرئيسي للطاقة على سطح الأرض هو الشمس، ولكن الطاقة الضوئية والحرارية القادمة من الشمس لا تبقى على شكلها بل تتحول لأشكال عديدة مثل الحركية والكهربائية والكيمائية، وأي شكل من أشكال الطاقة يمكن أن يتحول ليصبح بشكل جديد

مثال :

 تحولات الطاقة عند إشعال عود الثقاب :

ý    طاقة حركة اليد تتحول إلى طاقة حرارة وصوت عند احتكاك رأس العود بالسطح الخشن

ý    الطاقة الكيمائية في اليد تتحول إلى طاقة حركة تحرك اليد الممسكة بالعود

ý    طاقة الحرارة الناتجة عن الاحتكاك تسبب بدء تفاعل كيمائي للمواد في رأس العود

ý    الطاقة الكيمائية تتحول إلى حرارة وضوء

In most everyday actions energy changes from one form to another. في معظم الحركات اليومية التي نقوم بها تتحول الطاقة من شكل لآخر

 

قانون حفظ الطاقة        Energy conservation

Energy can never be created or destroyed. It can only be changed from one form to another                        

قانون حفظ الطاقة هو : الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكن تتحول من شكل لآخر

هناك دائماً طاقة ضائعة على شكل طاقة حرارية . تكون بسبب قوى الاحتكاك الناتجة عن الحركة . لهذا من المستحيل صنع جهاز او آلة فائدتة الآلية 100% ، لأن مقدار الطاقة الناتجة من الجهاز أقل من  مقدار الطاقة الدااخلة فيه.

تحولات الطاقة في بعض الأجهزة        Transformations of energy in some devices

تحول الطاقة	اسم الجهاز
من حركية الي كهربائيةKinetic into electricity	المولد الكهربائي Electric generator
من كهربائية الي حركية Kinetic into electricity	المحرك الكهربائي Electric Motor
من كيمائية إلى حركيةinto kinetic  Chemical	محرك السيارة  Engine
من كهربائية الي حرارية Electricity into heat	المكواة Iron
من كهربائية الي حركية Kinetic into  Electricity	الخلاط Blinder
من كهربائية إلى ضوئية أو حرارية Electricity into light or heat	المصباح لكهربائي Electric lamp
من كيمائية إلى حركيةinto kinetic  Chemical	قيادة الدراجة الهوائية  Bike
من كهربائية الي حرارية Electricity into heat	سخان الماء Water heater
من كهربائية إلى ضوئية أو صوتية Electricity into  light or sound	التلفاز TV
من كهربائية إلى حركية أو صوتية أو ضوئية Electricity into kinetic or sound or light	مشغل السي دي  CD player

الطاقة الحرارية Heat Energy

الحرارة :هي نوع من أنواع الطاقة التي نتأثر بها يومياً.      Heat Kind of energy that affects us daily                                                                     

درجة الحرارة : هي مستوى سخونة جسم مقارنة بمستوى سخونة جسم معين. وتقاس بواسطة جهاز يسمى الترمومتر

-        

طرق انتقال الحرارة

الإشعاع Radiation

الحمل Convection

التوصيل Conduction

انتقال الحرارة      Heat Transfer

تنتقل الحرارة من الجسم الاكثر حرارة الى آخر بثلاث طرق

   A - التوصيل Conduction   

عبارة عن انتقال الحرارة بشكل تدريجي من مكونات الموصل الساخنة الى المكونات الباردة ، وتحدث في المادة الصلبة فقط  ويحدث التوصيل عندما تهتز جسيمات المنطقة الساخنة اكثر من غيرها وتنتقل هذه الاهتزازات الى المنطقة المجاورة. اي ان الجسيمات لا تغادر مكانها بل الاهتزاز هو الذي ينتقل.

n     المواد الصلبة المعدنية هي الأفضل توصيلاً للحرارة (كالحديد والنحاس) ، ثم المواد الصلبة غير المعدنية (كالخشب والبلاستيك)

n     المواد السائلة والغازية تكون رديئة التوصيل للحرارة

لماذا المادة الصلبة موصلة للحرارة بشكل أفضل من السوائل والغازات ؟

لان جسيمات المواد الصلبة متراصة ومتقاربة ، اما السائلة والغازية فان جزيئاتها متباعدة وغير متراصة .

تطبيقات على انتقال الحرارة بالتوصيل

n     صناعة مقابض أواني الطهي من الخشب او البلاستيك لأنها رديئة التوصيل للحرارة

n     استخدام المواد العازلة للحرارة في بناء المنازل

n     النوافذ تحتوي على طبقتين من الزجاج بينهما طبقة  عازلة من الهواء

n     مكوك الفضاء سطحه مصنوع من مواد عازلة للحماية من الحرارة المتولدة عند إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي للأرض.

n     تستفيد الحيوانات من أن الهواء رديء  التوصيل للحرارة بامتلاكها الفرو او الريش الذي يحصر الهواء ويعزل أجسامهم عن الجو البارد كما ان كثير من الحيوانات التي تعيش في المناطق الباردة تمتلك طبقة دهنية سميكة تحت جلدها لحمايتها من البرد

B - الحمل Convection

n     هي طريقة انتقال الحرارة في السوائل والغازات عن طريق حركة جسيماتها  الحاملة للحرارة

n     الجزء الساخن من السائل أو الغاز تصبح جسيماته أكثر حركة ووتبتعد اكثر عن بعضها وبالتالي تصبح المادة أقل كثافة فترتفع للأعلى ويحل محلها مادة أكبر كثافة

تطبيقات على انتقال الحرارة بالحمل

1.     تهوية الغرف السكنية بعمل النوافذ العالية قرب السقف  لخروج الهواء الساخن وأخرى منخفضة لدخول الهواء البارد

2.     تدفئة الغرف السكنية بوضع المدفأة على أرضية الغرفة في احد الأركان

3.     المنطاد حيث يملأ بالهواء الساخن فيرتفع للأعلى

4.     سخان الماء حيث يسخن الماء في الأسفل وتقل كثافته ويرتفع للأعلى حيث يستفاد منه. 

5.    نسيم البر والبحر Wind and sea breezes

نسيم البحر يحدث خلال النهار بسبب ارتفاع درجة حرارة اليابسة بسرعة أكبر من البحر. كما يرتفع الهواء الدافئ فوق الأرض ، ويأتي الهواء الابرد من فوق البحر ليحل محله.  أما نسيم البر على العكس فهو يحدث في الليل عندما تفقد الأرض الحرارة بسرعة أكبر من البحر ويكون الهواء فوق البحر ادفئ من الهواء فوق البحر فيتحرك الهواء بإتجاه البحر.

     C - الإشعاع Radiation

هو انتقال الطاقة بواسطة أمواج كهرومغناطيسية غير مرئية  (تحت الحمراء) فلا تحتاج لوسط مادي لانتقالها

اذاً ينتقل الاشعاع عبر الفراغ ، وعبر الغازات ايضاً ، كالهواء

تطبيقات على انتقال الحرارة بالإشعاع

n     صنع الحافظة الحرارية  من جدار مزدوج بداخله فراغ وله سطحان لامعان

n     استخدام أسلاك ذات مقدرة إشعاعية عاليه في صنع المصابيح والمدافئ الكهربائية

الطقس Weather

الطقس : هو وصف حالة الجو من درجة حرارة وضغط جوي ورياح ورطوبة وأمطار خلال فترة زمنية قصيرة قد تدوم ساعات أو عدة أيام

عوامل الطقس

Ø     الرياح wind        

Ø     الأمطار      Rain

Ø     الأعاصير Storm

-         الرياح wind

تتكون الرياح بسبب اشعة الشمس التي ادت الى اختلاف درجات الحرارة في سطح الأرض، ثم ادى الى ارتفاع درجة حرارة الهواء في مناطق مختلفة من الارض . ثم يتمدد هذا الهواء وتبتعد جسيماته عن بعضها اكثر فأكثر ويصبح اخف ووزناً وأقل كثافة واقل ضغط  حيث يرتفع هذا الهواء الى الاعلى ليحل مكانه هواء ابرد قادم من المناطق الابرد .

-         الأمطار Rain

هو عملية هطول قطرات الماء من الغيوم ، وهذه الغيوم تشكلت من الماء المتبخر الصاعد بفعل تيارات الحمل ،وقد ينزل أيضا الثلج أو البرد حسب درجة الحرارة وسرعة التبريد .

-         الأعاصير Storm

هي عواصف هوائية تتحرك حلزونيا ً بسرعة لا تقل عن 119 كم/الساعة حيث يتحرك الهواء الدافئ حول الهواء الجاف أعلى حث يبرد مسبباً تكاثف ومطر

تركيب الإعصار Storm

جدار عين الإعصار Storm eye wall

عين الإعصار Storm eye

هي المنطقة الموجودة في مركز الإعصار Is the area in the center of the storm

هي المنطقة المحيطة بعين الإعصار Is the area around the hurricane eye

 

في الجزء الشمالي للأرض تدور الأعاصير عكس عقارب الساعة.  وفي الجزء الجنوبي تدور الاعاصير مع عقارب الساعة

In the northern part of the earth hurricanes spin clockwise in the southern part going on with the clock

كيف يحدث الإعصار

عندما يبرد الهواء الساخن الرطب يبدأ في الدوران بعكس عقارب الساعة وباتجاه الأعلى بحيث يبرد ويتكاثف أثناء دورانه وتتحرر الطاقة منه ، عندما يفقد الطاقة فإنه يفقد حرارته ويسخن الهواء مره أخرى فيرتفع للأعلى مما يقلل ضغط الهواء الجوي على المستوى الأرضي ، فيندفع الهواء البارد من البحار إلى منطقة الضغط المنخفض في المحيط على شكل رياح عالية السرعة وإمطار غزيرة.

الطاقة المتجددة والطاقة غير المتجددة renewable energy &  non-renewable energy

الطاقة المتجددة renewable energy  : هي مصدر الطاقة التي لا تنتهي وتبقى الى الابد

أمثلة على مصادر الطاقة المتجددة:

الطاقة الشمسية - (solar energy)  

  – الطاقة المائية(hydropower)  

      –  طاقة الرياح (windmills)

   – طاقة باطن الارض مثل  ( الصخور الحارة ، الصخور المنصهرة أو الماجما، ينابيع الماء الحارة ) (geothermal)

    – الطاقة الحيوية مثل ( الخشب المحترق ، السماد الحيواني والنباتي ، الوقود من النباتات) (Biomass)  

الطاقة غيرالمتجددة Non-renewable energy  : هي مصدر الطاقة التي تنتهي، ولا تعوض خلال حياة الانسان.

معظم انواع الطاقة التي يستخدمها الانسان الان هي من مصادر الطاقة غير المتجددة.

أمثلة على مصادر الطاقة غير المتجددة:

الوقود الاحفوري مثل ( الفحم الحجري، النفط ، الغاز الطبيعي) --      (fossil fuels) 

     – الطاقة النووية(nuclear energy)  

لماذا يجب علينا المحافظة على الطاقة؟

كل واحد منا  يستخدم الطاقة  يومياً في حياته، مثل التسلية والتنقل والاضاءة والطهي والتبريد والتدفئة وفي المصانع والمدارس. ونحن بالامارات العربية المتحدة نستهلك الكثير من مصادر الطاقة غير المتجددة والتي سوف تنتهي بعدة عدة عقود من الزمان .

 كما أن هذه المصادر تلوث البيئة وتهدد الحياة على الكرة الارضية، وكلما زاد استخدامنا للطاقة مثل استخدام النفط لتشغيل السيارات مثلاً زاد تلويثنا للبيئة وبالتالي تلويث الهواء الذي نتنفسة وهذا يؤدي الى انتشار الامراض كما يؤدي الى تلويث بيئات الكائنات الاخرى وتهديد حياتها وموتها .

لهذا اخذت دولة الامارات العربية المتحدة ببناء عدة مشاريع لاستخدام مصادر طاقة متجددة مثل

-          انشاء مجمع استغلال الطاقة الشمسية

-          بناء مراوح لاستغلال طاقة الرياح

والهدف من ذلك تقليل استهلاك الوقود الاحفوري وتقليل تلوث البيئة وبذلك تضمن ايضاً استفادة الاجيال القادمة من مصادر الطاقة المختلفة.