خصائص الموائع - فيزياء1-3 - ثالث ثانوي

8 الفصل حالات المادة States of Matter 1 ما الذي ستتعلمه في هذا الفصل؟ . تفسير تمدّد المادة وتقلصها بسبب التغيرات في درجات الحرارة. تطبيق مبادئ باسكال وأرخميدس وبرنولي في مواقف الحياة اليومية. الأهمية إن الموائع والقوى التي تبذلها تمكننا من السباحة والغطس، وتمكّن المناطيد من الطفو، والطائرات من الطيران. يؤثر التمدّد الحراري في تصميم المباني، والطرق والجسور، والآلات. الغواصات تصمم الغواصات النووية لتقوم بمناورات بحرية في أعماق مختلفة في المحيط؛ لذا يجب أن تقاوم الاختلافات الهائلة في الضغط والحرارة عندما تغوص تحت الماء. فكّرا كيف تستطيع الغواصة أن تطفو على سطح المحيط وتغوص في أعماقه؟ وزارة التعليم mistry of Education 1446

رابط الدرس الرقمي تجربة استهلالية | هل تطفو أم تغطس ؟ سؤال التجربة كيف تقيس طفو الأجسام؟ الخطوات 1. أحضر عبوة صغيرة مرفقة بغطاء أو سدادة) ومخبار التحليل مدرج 500ml وصل شريطًا مطاطيّا بالعبوة؛ لتعليقها بميزان نابضي. www.ien.edu.sa قطعة نيكل حتى تغطس العبوة، وعندما تغطس استخدم الميزان النابضي لإيجاد الوزن الظاهري لها. تأكد أن العبوة لا تلامس الأسطوانة المدرجة عندما تكون تحت سطح الماء. استخدم المعلومات التي دوّنتها في حساب كثافة نظام 2. استخدم الميزان النابضي لإيجاد وزن العبوة، ثم العبوة - قطعة النيكل، ثم احسب كتلة الماء المزاح عن استخدم الأسطوانة المدرجة لإيجاد حجم الماء الذي أزيح عن طريق العبوة المغلقة عندما طفت. وسجل كلتا القراءتين؛ وامسح أي سائل مسكوب. 3. ضع قطعة نيكل في العبوة ثم أغلقها جيدًا. كرّر الخطوة الثانية، ثم سجل وزن العبوة وقطعة النيكل، وحجم الماء المزاح. وسجل أيضًا هل طفت العبوة أم غطست. .4. كرّر الخطوتين 2 و 3، وأضف في كل مرة 1-1- خصائص الموائع Properties of Fluids الماء والهواء من أكثر المواد شيوعًا في حياة الإنسان اليومية، ونشعر بتأثيرهما عندما نشرب، وعندما نستحم، ومع كل هواء نستنشقه. في ضوء خبراتك اليومية، قد لا يبدو أن هناك خصائص مشتركة بين الماء والهواء، أما إذا فكرت في طريقة أخرى فسوف تدرك أن لهما خصائص مشتركة؛ فكل من الماء والهواء يتدفقان وليس لأي منهما شكل محدد، على عكس المواد الصلبة. ولذرات المادة وجزيئاتها الغازية والسائلة حرية كبيرة لتتحرك. سوف تستكشف في هذا الفصل حالات المادة، مبتدئا بالغازات والسوائل، وتتعلم المفاهيم التي توضح كيف تستجيب المادة لتغيرات الحرارة والضغط، وكيف تستطيع الأنظمة الهيدروليكية مضاعفة القوى، وكيف تستطيع السفن المعدنية الضخمة الطفو على سطح الماء. وستتعرّف أيضًا خصائص المواد الصلبة، مكتشفا كيف تتمدد وتتقلص، ولماذا تكون بعض المواد الصلبة مرنة، ويكون بعضها كأنه في حالة بين الصلابة والسيولة. طريق النظام في كل مرة. كيف ترتبط الكثافة بالطفو؟ التفكير الناقد كيف ترتبط كتلة نظام العبوة - قطعة النيكل مع كتلة الماء - المزاح عن طريق النظام؟ وهل تستمرّ هذه العلاقة بغض النظر عن طفو النظام؟ الأهداف تصف كيف تحدث المواقع الضغط. تحسب ضغط الغاز وحجمه وعدد مولاته. • تقارن بين الغازات والبلازما . المفردات الموائع الضغط باسكال القانون العام للغازات قانون الغاز المثالي التمدد الحراري البلازما 9 واصل عليم Ministry of Education 2024-1446

الضغط Pressure افترض أنك وضعت مكعبًا من الجليد في كوب فارغ ستلاحظ أن معكب الجليد له كتلة معينة وشكل محدد، ولا تعتمد هاتان الكميتان على حجم الكوب أو شكله. لكن ماذا يحدث عندما ينصهر مكعب الجليد ؟ تبقى كتلته كما هي، ولكن شكله يتغير، ويتدفق الماء ليأخذ شكل الإناء الذي يحتويه، بحيث يتخذ السطح العلوي شكلاً محددًا ومستويا، كما في الشكل 1-1 من جهة أخرى، إذا غليت الماء، فسوف يتحول إلى الحالة الغازية في صورة بخار ماء، وينتشر ليملأ الغرفة ولن يكون له سطح محدّد. وتشترك كل من السوائل والغازات في كونها موائع؛ حيث إنها مواد تتدفق، وليس لها شكل محدد. • سنوجه اهتمامنا في الوقت الحالي لدراسة الموائع المثالية التي يمكن التعامل معها على اعتبار أن جزيئاتها لا تشغل حيزا ، وليس لها قوى تجاذب تربطها بعضها مع بعض. الضغط في الموائع لقد طبقت قانون حفظ الطاقة على الأجسام الصلبة، فهل يمكن تطبيق الشكل 1 - 1 مكعبات الجليد الصلبة لها شكل محدد، في حين يأخذ الماء السائل هذا القانون على الموائع؟ يمكن أن نعرف كلا من الشغل والطاقة باستخدام مفهوم ( مائع) شكل الإناء الذي يحتويه. ما المائع الضغط، الذي يمثل القوة المؤثرة في سطح ما مقسومة على مساحة ذلك السطح. ولأن الضغط قوة تؤثر في السطح فإن أي شيء يولد ضغطًا لابد أن يكون قادرًا على إحداث الذي يملأ الفراغ فوق الماء؟ تغيير وإنجاز شغل. الضغط P = f الشكل 2-1 إن رائد الفضاء ومركبته الضغط يساوي القوة مقسومة على مساحة السطح. يولدان . ضغطًا على سطح القمر. إذا كانت ويعد الضغط P كمية قياسية (غير متجهة)، ويقاس الضغط وفقًا للنظام العالمي للمقاييس SI بوحدة باسكال (Pa) وهي تعادل 1N/m2. ولأن الباسكال وحدة صغيرة فإن كتلة المركبة 7300kg تقريبا، وتستقر على أربعة أقدام قطر كل منها الكيلو باسكال (kPa) الذي يُساوي Pa 1000 أكثر استخدامًا وشيوعًا. cm 91، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به على سطح القمر؟ وكيف تستطيع أن ويُفترض عادة أن القوة F المؤثرة في سطح ما عمودية على مساحة ذلك السطح A، ما لم تقدر الضغط الذي يؤثر به رائد الفضاء. تتم الإشارة إلى غير ذلك. ويوضح الشكل 2-1 العلاقات بين القوة، والمساحة والضغط، الناتج عن وزن المركبة الفضائية إلى إحداث حفرة صغيرة في 10 لگا الضغط حيث يؤدي سطح القمر، أما الضغط الناتج عن وزن رائد الفضاء، فيكون قليلاً جدا. ويوضح الجدول 1-1 كيف يتغير الضغط في حالات مختلفة. المواد الصلبة والسوائل والضغط تخيل أنك تقف على سطح بحيرة متجمدة، إن القوى التي تؤثر بها قدماك في الجليد تتوزع على مساحة حذائك مولّدة ضغطًا على الجليد. إن الجليد مادة صلبة تتكون من جزيئات الماء المتذبذبة، والقوى التي تحافظ على جزيئات الماء في مكانها تجعل الجليد يؤثر بقوى رأسية في قدميك إلى أعلى تساوي وزنك، أما إذا انصهر الجليد فإن معظم الروابط بين جزيئات الماء تصبح ضعيفة. وعلى الرغم من أن الجزيئات ستستمر في التذبذب وتبقى قريبة كل منها من الأخرى، إلا أنها وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

قادرة على الانزلاق بعضها فوق بعض ، وتبعا لذلك ستكون قادرًا على اختراق سطح الماء. من جهة أخرى، ستستمر جزيئات الماء المتحركة في التأثير بقوى في جسمك. جزيئات الغاز والضغط إن الضغط الذي تؤثر به الغازات يمكن فهمه بتطبيق نظرية الحركة الجزيئية للغازات التي توضح خصائص الغاز المثالي. وعلى الرغم من أن جزيئات الغاز الحقيقي تحتل حيزًا من الفراغ، ولها قوة تجاذب جزيئية، إلا أن الغاز المثالي (غير الحقيقي) عبارة عن نموذج جيد للغاز الحقيقي تحت معظم الظروف، بحيث يمكن تطبيق قوانينه على الغازات الحقيقية، وتكون النتائج عالية الدقة. بناءً على نظرية الحركة الجزيئية فإن جزيئات الغاز تتحرك عشوائيا وبسرعة عالية، وتخضع لتصادمات مرنة بعضها ببعض. وعندما يرتطم جزيء الغاز بسطح الإناء فإنه يرتد مغيرًا زخمه الخطي، أي أنه ينتج دفعًا، ويتولد ضغط للغاز عند السطح بفعل الدفع الذي تؤثر به التصادمات العديدة للجزيئات. الضغط الجوي في كل سنتمتر مربع من سطح الأرض يؤثر غاز الغلاف الجوي بقوة مقدارها 10N تقريبًا عند مستوى سطح البحر. وتعادل هذه القوة وزن جسم كتلته 1 kg . إن ضغط الغلاف الجوي على الجسم يتعادل بصورة جيدة مع قوى الجسم المتجهة إلى الخارج، والتي نادرًا ما نلاحظها . ويثير هذا الضغط اهتمامنا فقط عندما تؤلمنا آذاننا نتيجة تغيرات الضغط. فعندما نصعد مبنى شاهق الارتفاع بالمصعد مثلاً، أو عندما ننتقل بالطائرة فإننا نشعر بذلك . إن الضغط الجوي يساوي 10N لكل cm، والذي يساوي x 105 /m2 1.0 أو kPa 100 تقريبًا. هناك كواكب أخرى في المجموعة الشمسية لها أيضًا غلاف غازي، ويتباين الضغط الناتج عن أغلفتها الغازية كثيرًا ، فمثلاً الضغط الجوي على سطح كوكب الزهرة أكبر من الضغط الجوي على سطح الأرض 92 مرة تقريبًا، في حين أن الضغط الجوي على سطح المريخ أقل مما على سطح الأرض بـ %1 . الجدول 1-1 بعض قيم الضغط النموذجية مركز الشمس مركز الأرض الموقع أخدود المحيط الأكثر عمقًا الضغط الجوي المعياري ضغط الدم ضغط الهواء على قمة إفرست الضغط (Pa) 2.44×1016 4 × 1011 1.1 × 108 1.01325 x 105 1.6 × 104 3 × 104 11 واصل عليم Ministry of Education 2024-1446

مثال 1 حساب الضغط يجلس طفل وزنه 364N على كرسي ثلاثي الأرجل يزن 41N ، بحيث تلامس قواعد الأرجل سطح الأرض على مساحة مقدارها cm2 19.3. a. ما متوسط الضغط الذي يؤثر به الطفل والكرسي في سطح الأرض؟ b. كيف يتغير الضغط عندما يميل الطفل وتلامس رجلان فقط من أرجل الكرسي الأرضَ؟ 1 تحليل المسألة ورسمها . ارسم الطفل والكرسي، وعيّن القوة الكلية التي يؤثران بها في سطح الأرض. • حدد المتغيرات، متضمنة القوة التي يؤثر بها الطفل والكرسي في سطح الأرض والمساحة المرتبطة بكل من الحالة A حيث الارتكاز على ثلاث أرجل، والحالة B حيث الارتكاز على رجلين. المعلوم المجهول 10 = 405 N A P₁ = ? F P. = ? F B دليل الرياضيات حسابات الوحدات الطفل 9 الكرسي 9 F الكلية و = 364 N = 41 N =F +F الكرسي 9 الطفل 9 = 364 N + 41 N A, = 19.3 cm2 Α 2 A = 3 × 19.3 cm2 = 12.9 cm2 = 405 N 2 إيجاد الكمية المجهولة أوجد قيمة كل ضغط باستخدام العلاقة: A F P = F=F a . عوّض مستخدمًا N ، A = A, 19.3cm2 405 = = Α = الكلية و PA = 405 N 19.3 cm². = 2.1x102 kPa 2) (100 cm)² (1m)2 405 N P, = B 12.9 cm2. (100 cm)2 (1m)2 F=F = 3.14 × 102 kPa وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 b. عوض مستخدمًا 405N ، A = A, 12.9 cm2 = B = الكلية و تقويم الجواب هل الوحدات صحيحة ؟ يجب أن تكون وحدات الضغط الباسكال Pa أو N /m2 = 1 Pa 1. هي 3 12

مسائل تدريبية 1. إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي 10a×1.0 تقريبًا، فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في سطح مكتب طوله cm 152 وعرضه cm 76؟ 2. يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها 12cm وطولها cm 18، فإذا كانت كتلة السيارة kg 925، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة؟ 3. كتلة من الرصاص أبعادها cm x 10.0 cm x 20.0cm 5.0 تستقر على الأرض على أصغر وجه، فإذا علمت أن كثافة الرصاص g/cm3 11.8، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض؟ 4. يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل %15 من الضغط الجوي المعياري ، افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله cm 195 وعرضه cm 91، فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقداره % 15 من الضغط الجوي المعياري؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة؟ 5. يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة، بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر. فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته kg 454 على أرضية صُممت لتتحمل ضغطاً إضافياً مقداره 10 x 5.0 ، فما مساحة صفيحة الفولاذ الداعمة؟ قوانين الغاز The Gas Laws عندما بدأ العلماء دراسة الغازات والضغط لاحظوا وجود بعض العلاقات المثيرة للاهتمام وكانت أول علاقة يتم اكتشافها هي قانون بويل نسبة للكيميائي والفيزيائي روبرت بويل، أحد أشهر علماء القرن السابع عشر. ينص قانون بويل على أن حجم عينة محددة الشكل 3-1 يكون الغاز ذا ضغط من الغاز يتناسب عكسياً مع الضغط المؤثر عليه عند ثبوت درجة الحرارة ، ولأن حاصل مرتفع في الأسطوانة المحمولة على ضرب المتغيرات المتناسبة عكسياً ثابت فيمكن كتابة قانون بويل على النحو الآتي: ظهر الغواص؛ ويقوم منظّم بتخفيض PV = P2V2 أو ثابت = PV 1 هذا الضغط ليتساوى ضغط الغاز إن الرموز السفلية التي تلاحظها في قانون الغاز تساعدك على تحديد مسار المتغيرات الذي يستنشقه الغواص مع ضغط الماء. المختلفة - ومنها الضغط والحجم - عندما تتغير في المسألة. ويمكن إعادة ترتيب هذه وتستطيع أن ترى في الصورة، الفقاقيع الخارجة من المنظم. المتغيرات لحل المسألة بالنسبة لضغط أو حجم مجهول. وكما يتضح من الشكل 3-1، فإن هناك علاقة بين ضغط الغاز وحجمه تتمثل في حجم الفقاعات الخارجة من المنظم، حيث يزداد حجم هذه الفقاعات في أثناء ارتفاعها في الماء؛ نقصان الضغط المؤثر فيها من الماء، مما قد يؤدي إلى انفجار كثير بسبب منها في أثناء ارتفاعها. 1 تم اكتشاف العلاقة الثانية بعد 100 سنة تقريبًا من اكتشاف بويل على يد العالم جاك شارلز Jacques Charles. لاحظ العالم شارلز في أثناء تبريده للغاز أن حجمه يتقلص بمقدار 23 من حجمه الأصلي عند انخفاض درجة حرارته بمقدار درجة كلفن واحدة، أي أن العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته علاقة خطية. أراد العالم شارلز أن يعرف ما إذا كانت واد التعليم 13 Ministry of Education 2024-1446

تجربة الضغط 273 فإن حجم هناك حدود دنيا لانخفاض درجات الحرارة ، لكنه لم يستطع تبريد الغاز إلى درجات حرارة منخفضة جدا كما يحصل في المختبرات الحديثة الآن، ولذلك قام بمد المنحنى البياني لبياناته عند درجات الحرارة المنخفضة تلك، فتبين له من ذلك أنه إذا انخفضت درجة الحرارة إلى الغاز يصبح صفرًا. وسميت درجة الحرارة التي يصبح عندها حجم عندما تقف على أحدى رجليك؟ الغاز يساوي صفرًا بالصفر المطلق، والتي تمثل الآن الصفر بمقياس كلفن الحراري. تشير التجارب إلى أنه عند ثبوت الضغط فإن حجم عينة الغاز يتغير طرديا مع درجة حرارتها، وتسمى هذه النتيجة بقانون ،شارلز ، ويمكن صياغة قانون شارلز على النحو الآتي: ما مقدار الضغط الذي تؤثر به اطلب إلى زميلك رسم مخطط لقدمك، ثم استخدم ذلك المخطط لتقدير مساحة قدمك. 1. حدّد وزنك بوحدة النيوتن ومساحة بوحدة cm2 مخطط قدمك V₂ 2 1 V. V T T = T أو ثابت = Y إن دمج كل من قانوني بويل وشارلز يربط بين الضغط والحرارة، والحجم لكمية معينة من 2. احسب مقدار الضغط. الغاز المثالي، والتي تقود إلى معادلة تسمى القانون العام للغازات. 3. قارن بين الضغط الذي تؤثر القانون العام للغازات به أنت في الأرض، والضغط P.V 2 2 P,V, T, 1 ثابت = 1 = T 2 الذي تؤثر به أجسام مختلفة. لكمية معينة من الغاز المثالي، يكون حاصل ضرب ضغط الغاز في حجمه مقسوما على فمثلاً تستطيع أن تزن كتلة درجة حرارته بوحدة الكلفن يساوي قيمة ثابتة. طوبة بناء، ثم تحسب الضغط الذي تؤثر به عندما تستقر وكما يتضح من الشكل 14 فإن القانون العام للغازات يُختزل لقانون بويل عند ثبات على أوجه مختلفة. التحليل والاستنتاج درجة الحرارة، ويختزل أيضًا لقانون شارلز عند ثبات الضغط. قانون الغاز المثالي تستطيع استخدام نظرية الحركة الجزيئية لتكتشف كيف أن الثابت في 4. كيف يؤثر الحذاء ذو الكعب القانون العام للغازات يعتمد على عدد الجزيئات .. افترض أن حجم الغاز المثالي ودرجة العالي الرفيع في قيمة الضغط حرارته ثابتان فإذا ازداد عدد الجزيئات فسوف يزداد عدد التصادمات التي تؤثر بها الذي يؤثر به شخص في الجزيئات في الإناء؛ لذا يزداد الضغط، وفي المقابل تقلل إزالة بعض الجزيئات من عدد الأرض؟ الشكل 4-1 تستطيع أن تستخدم القانون العام للغازات لاشتقاق كل من قانوني بويل وشارلز فماذا يحدث إذا حافظت على الحجم ثابتًا؟ 14 إذا كان الضغط ثابتًا V2 = T₁ قانون شارلز PV Th = P2V2 T القانون العام للغازات إذا كانت درجة الحرارة ثابتة P₁V₁ = P₂V2 قانون بويل وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

التصادمات؛ لذا يقل الضغط، كما تستطيع أن تستنتج أن الثابت في معادلة القانون العام للغازات يتناسب طرديا مع N. ويسمى PY = KN - T الثابت ) بثابت بولتزمان، ويساوي / Pa.m3 2 - 10 × 1.38، وبالطبع فإن N الذي يمثل عدد الجزيئات هو عدد كبير جدا، لذلك بدلاً من استخدام N لجأ العلماء إلى استخدام وحدة تسمى المول (mole) ، وتُختصر (mol) وتُمثل في المعادلات بالحرف (n)، والمول الواحد يساوي 1023×6.022 من الجزيئات، ويسمى هذا العدد بعدد أفوجادرو نسبة إلى العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو. يساوي عدد أفوجادر و عدد الجزيئات في عينة من المادة كتلتها تساوي الكتلة المولية (الكتلة الجزيئية) من المادة. وتستطيع أن تستخدم هذه العلاقة للتحويل بين الكتلة والعدد n عدد المولات الموجودة). إن استخدام المولات عوضا عن عدد الجزيئات يغير ثابت بولتزمان، ويختصر هذا الثابت بالحرف R، وقيمته تساوي Pa.m3 /mol.K 8.31. وبإعادة الترتيب تستطيع كتابة قانون الغاز المثالي بأكثر الصيغ شيوعًا. قانون الغاز المثالي PV = nRT للغاز المثالي، يكون حاصل ضرب ضغط الغاز في حجمه يساوي عدد المولات مضروبًا في الثابت R ودرجة حرارته بوحدة كلفن. لاحظ أنه إذا كانت قيمة R معلومة فإن الحجم يجب أن يعبّر عنه بوحدة m3، ودرجة الحرارة بوحدةK والضغط بوحدةPa. يتوقع قانون الغاز المثالي عمليًّا سلوك الغازات بصورة جيدة، ما عدا الحالات التي تكون تحت ظروف الضغط العالي أو درجات الحرارة المنخفضة. مثال 2 حتى ،145 kPa قوانين الغازات عينة من غاز الأرجون حجمها 20.0L ، ودرجة حرارتها 273K عند ضغط انخفضت درجة الحرارة حتى 120K، وازداد الضغط. .a. فما الحجم الجديد لعينة الأرجون؟ b . أوجد عدد مولات ذرات الأرجون في العينة؟ c. أوجد كتلة عينة الأرجون، إذا علمت أن الكتلة المولية M لغاز الأرجون g/mol 39.9؟ 1 تحليل المسألة ورسمها وضح الحالة بالرسم. . حدّد الشروط في وعاء غاز الأرجون قبل التغير في درجة الحرارة والضغط وبعده. • عيّن المتغيرات المعلومة والمجهولة. جوي مقداره kPa 101.3، فإذا 15 واد عليم Ministry of Education 2024-1446

المجهول 2 V, = ? المعلوم V, = 20.0 L, P = 101.3 kPa 1 T = 273K, P, = 145 kPa ? = عدد مولات الأرجون(n) m. T,= 273 K T2 = 120 K P1= 101.3 kPa V₁ = 20.0 L P2 =145 kPa V2 = ? P,V, 1 ངང = P.V. 2 2 T 2 V, 2 m ? = عينة الأرجون = P,V,T, 1 1 2 P, T, (101.3 kPa) (20.0 L) (120 K) = 6.1 L (145 kPa) (273 K) n = n= PV RT (101.3×10³ Pa) (0.0200 m 3 (8.31 Pa.m³/mol.K) (273 K) =0.893 mol m = Mn عينة الأرجون 1 T, = 120 K 2 R = 8.31 Pa.m3 /mol.K M الأرجون = 39.9 g/mol إيجاد الكمية المجهولة .a. استخدم القانون العام للغازات، وحل المعادلة بالنسبة للحجم V. عوض مستخدمًا P, = 101.3 kPa, 145 kPa P, 2 = V, = 20.0 L, T = 273 K, T, = 120K 1 2 .. استخدم قانون الغاز المثالي، وحل المعادلة لحساب n عوض مستخدمًا P = 101.3x103Pa،V = 0.0200m3 R = 8.31 Pa.m3 /mol.k، T = 273K 2 . استخدم الكتلة المولية للتحويل من المولات لغاز الأرجون في العينة لكتلة العينة. c. عوض مستخدمًا M = 39.9 g/mol ،n = 0.893 mol = (39.9 g/mol) (0.893 mol) = 35.6 g تقويم الجواب • هل الوحدات صحيحة ؟ الحجم V2 بوحدة ،اللترات وكتلة العينة بوحدة الجرامات. • هل الجواب منطقي؟ إن التغير في الحجم يتكافأ مع الزيادة في الضغط والانخفاض في درجة الحرارة. والكتلة المحسوبة وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 لعينة الأرجون منطقية. 3 16

كان مسائل تدريبية حجم 6. يُستخدم خزان من غاز الهيليوم ضغطه Pa 10 × 15.5، ودرجة حرارته 293K، لنفخ بالون على صورة دمية، فإذا الخزان m3 .0.020، فما حجم البالون إذا امتلأ عند 1.00 ضغط جوي، ودرجة حرارة K 323؟ 7. ما مقدار كتلة غاز الهيليوم في المسألة السابقة إذا علمت أن الكتلة المولية لغاز الهيليوم g/mol 4.00؟ .8 يحتوي خزان على 2000 من غاز الهيدروجين درجة حرارته 0.0 ومحفوظ عند ضغط مقداره kPa 156، فإذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 95 ، وانخفض الحجم ليصبح 175L ، فما الضغط الجديد للغاز؟ 9. إن معدل الكتلة المولية لمكونات الهواء (ذرات الأكسجين الثنائية وذرات غاز النيتروجين الثنائية بشكل رئيس) g/mol 29 تقريبًا. ما حجم 1.0kg من الهواء عند ضغط يساوي الضغط الجوي ودرجة حرارة تساوي C 20.0؟ التمدد الحراري Thermal Expansion لعلك اكتشفت بعد تطبيق القانون العام للغازات أن الغازات تتمدد كلّما ارتفعت درجة حرارتها. فعندما تسخن المادة في حالاتها الصلبة والسائلة والغازية تصبح أقل كثافة، وتتمدد لتملأ حيزًا أكبر. وتسمى هذه الخاصية التمدد الحراري، ولها عدة تطبيقات مهمة، منها دوران الهواء في الغرفة. و عندما يُسخّن الهواء الملامس لأرضية الغرفة فإن قوة الجاذبية تسحب الهواء البارد الأكثر كثافة والملامس لسقف الغرفة إلى أسفل، فيدفع بدوره الهواء الأكثر سخونة إلى أعلى. ويُسمى دوران الهواء في الغرفة تيار الحمل. انظر الشكل 5-1 الذي يوضح تيارات الحمل في الغرفة. وتستطيع أن تشاهد أيضًا تيارات الحمل في وعاء ماء ساخن، دون درجة الغليان؛ فعندما يسخّن الوعاء من القاع فإن الماء الأبرد ذا الكثافة الكبرى يهبط إلى أسفل، حيث يسخن، ثم يُدفع إلى أعلى عن طريق تدفق الماء الأبرد من أعلى. الأقل كثافة إلى أعلى ثم يبرد، وينخفض يحدث التمدّد الحراري في معظم السوائل، وليس هناك نموذج مثالي ينطبق عليها جميعًا، الشكل 15 تيارات الحمل الحراري أداة للتدفئة، إذ يرتفع الهواء الدافئ ولكن من المفيد أن تفكر في السائل كما لو كان مسحوقاً ناعما لمادة صلبة، حيث تتحرك المجموعات المكونة من جسيمين أو ثلاثة جسيمات أو أكثر من ذلك معا كما لو كانت الهواء البارد الأعلى كثافة. قطعا صغيرة جدًا من المواد الصلبة. وعندما يسخن السائل، وتتمدد هذه المجموعات بفعل الحركة الجزيئية، تماما كما تُدفع الجسيمات في المواد الصلبة فيبتعد بعضها عن بعض في أجزاء متفرقة، كما تتزايد الفراغات بين المجموعات، ويتمدد السائل كله. وعندما تتغير درجة الحرارة بصورة متساوية تتمدّد السوائل بصورة أكبر كثيرًا من المواد الصلبة، ولكن ليس بالقدر الذي تتمدد به الغازات. 17 وارفت عليم Ministry of Education 2024-1446

لماذا يطفو الجليد ؟ لأن المادة تتمدّد عند تسخينها فقد تتوقع أن الجليد أكثر كثافة من الماء، وفي ضوء توقعاتك لابد أن يغطس الجليد في الماء ! لكن الحقيقة أنه عند رفع درجة حرارة الماء من 0 إلى 4 فإنه يتقلص بدلاً من أن يتمدد، وذلك بسبب تزايد قوى الترابط بين جزيئات الماء، وانهيار بلورات الجليد وضمورها. وهذه القوى التي بين جزيئات الماء قوى كبيرة والبلورات المكونة للجليد لها تركيب مفتوح بصورة كبيرة. عندما ينصهر الجليد تبقى بعض البلورات المتناهية في الصغر ، ومع استمرار التسخين تأخذ البلورات المتبقية في الانصهار، ويتناقص حجم الماء حتى تصل إلى 4°C. لكن بمجرد أن ترتفع درجة حرارة الماء فوق 4C يتزايد حجمه بسبب تزايد الحركة الجزيئية. والنتيجة أن الماء يكون أكبر كثافة عند C ° 4 ؛ لذا يطفو الجليد فوق الماء. وهذه الحقيقة مهمة جدا في حياتنا وفي البيئة من حولنا؛ فلو كان الجليد يغطس تحت الماء لبدأ تجمد البحيرات عند قيعانها بدلًا من سطوحها، وما انصهر العديد من البحيرات تماما في فصل الصيف. البلازما Plasma إذا سخّنت مادة صلبة فإنها تنصهر لتكوّن سائلاً. ومع استمرار التسخين يتحول السائل إلى غاز، فماذا يحدث إذا استمر تسخين الغاز ؟ تصبح التصادمات بين الجزيئات كبيرة إلى حد يكفي لانتزاع الإلكترونات من الذرات وتنتج أيونات موجبة الشحنة. إن الحالة شبه الغازية للإلكترونات السالبة الشحنة والأيونات الموجبة الشحنة تسمى البلازما. وتعد البلازما حالة أخرى من حالات الموائع للمادة. 00 السعودية الشكل 6-1 تنتج التأثيرات قد يبدو أن البلازما حالة غير شائعة، رغم أن معظم المواد في الكون في حالة البلازما؛ فمعظم مكونات النجوم بلازما في درجات حرارة عالية جدا، كما أن أكثر المواد الموجودة بين النجوم والمجرات تتكون من ذرات الهيدروجين الفعّالة النشطة التي لا تحتوي على إلكترونات، ويكون غاز الهيدروجين في حالة البلازما. والفرق المبدئي بين الغاز والبلازما أن البلازما لها قدرة على التوصيل الكهربائي، في حين أن الضوئية الملونة في إشارات النيون الغازات ليس لها هذه القدرة والصواعق المضيئة تكون أيضًا في حالة البلازما. وإشارات عن البلازما المضيئة المتكونة في النيون كما في الشكل 16 أعلاه، ومصابيح الفلورسنت، ومصابيح غاز الصوديوم تحتوي الأنابيب الزجاجية. جميعها البلازما المتوهجة. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 18

1-1 مراجعة 10. الضغط والقوة افترض أن لديك صندوقين، أبعاد 13. الكثافة ودرجة الحرارة إذا كانت درجة الحرارة الأول cmx 20 cm x 20cm 20، وأبعاد الثاني 20cm x 20cm x 40 cm . قارن بين: الابتدائية للماء ، فكيف تتغير كثافة الماء إذا سُخّن إلى 4°C، وإلى 8°C 14. الكتلة المولية المعيارية ما حجم mol 1.00 a . ضغطي الهواء في المحيط الخارجي لكل من الصندوقين. من الغاز عند ضغط يعادل الضغط الجوي ودرجة حرارة تساوي b.مقداري القوة الكلية للهواء المؤثرة في كل من K 273؟ الصندوقين. 11. علم الأرصاد الجوية يتكون منطاد الطقس الذي يستخدمه الراصد الجوي من كيس مرن يسمح للغاز في داخله بالتمدد بحرية. إذا كان المنطاد يحتوي على 25.0m3 من 15. الهواء في الثلاجة ما عدد مولات الهواء الموجودة في ثلاجة سعتها m3 0.635 عند 2.00 وما مقدار C° كتلة الهواء في ثلاجة إذا كان متوسط الكتلة المولية للهواء g/mol 29؟ غاز الهيليوم وأطلق من منطقة عند مستوى سطح البحر، 16. التفكير الناقد الجزيئات المكونة لغاز الهيليوم صغيرة فما حجم الغاز عندما يصل المنطاد ارتفاع 2100m حيث الضغط عند ذلك الارتفاع 105Pa × 0.82؟ افترض أن درجة الحرارة ثابتة لا تتغير. 12. انضغاط الغاز تحصر آلة احتراق داخلي في محرك كمية من الهواء حجمها 0.0021m3 عند ضغط يعادل الضغط الجوي ودرجة حرارة 303K، ثم تضغط الهواء عة ليصل إلى ضغط مقداره Pa 10 × 20.1 m3 0.0003، ما درجة الحرارة النهائية للهواء بسر وحجم جدا مقارنة بالجزيئات المكونة لغاز ثاني أكسيد الكربون. ماذا يمكن أن تستنتج حول عدد الجزيئات في عينة من غاز ثاني أكسيد الكربون حجمها 2.0L مقارنة بعدد الجزيئات في عينة من غاز الهيليوم حجمها 2.0L إذا تساوت العينتان في درجة الحرارة والضغط ؟ المضغوط؟ 19 واصل عليم Ministry of Education 2024-1446