عند
تسخين جسم صلب فإن النوابض تتمدد بفعل الحرارة، وتصبح أقل صلابة فتتمكن الجزيئات
من الحركة بحرية أكبر. إلا أن حركة الجزيئات تبقى حركة توافقية بسيطة حول مواضع
سكونها. وإذا استمرت درجة الحرارة بالارتفاع؛ تابعت النوابض تمددها، وتزداد
ليونتها حتى تصل إلى حدود مرونتها. عندئذ تبدأ النوابض بالتكسر، وعملية تكسير هذه
النوابض تتطلب طاقة حرارية إضافية. وفي هذه
الحالة تتوقف درجة حرارة الجسم عن الارتفاع على الرغم من متابعة التسخين، الذي
يعطي الطاقة الحرارية اللازمة لتفكيك الروابط بين جزيئات الجسم الصلب، وتسمى هذه
الطاقة الكامنة لانصهار المادة، وتعد كامنة لأنها لا تسبب ارتفاعاً في درجة
الحرارة، ويتحرك الجزيء الذي يفقد روابطه مع الجزيئات المجاورة بحرية، وعندما
تتحرر جزيئات الجسم الصلب جميعها يصبح الجسم في حالة السيولة، وفي هذه الحالة
تتمتع الجزيئات بطاقة حركية أكبر مما في الحالة الصلبة، ولكن الجزيئات لا تستطيع
الانفلات التام عن الجزيئات الأخرى لوجود قوى بينية بينها.
إذا تم
خلط كمية من الماء كتلتها ك كغ موجودة داخل مسعر نحاسي معزول، وكانت كتلته مع كتلة
ساق التقليب كَ كغ، وكلاهما بدرجة د1°س. مع كمية من
الجليد المجروش كتلته ك5 بدرجة صفر سلسيوس، فإن الجليد المجروش يكتسب
كمية من حرارته إلى د2°س، بينما يفقد
الماء والمسعر كمية الحرارة التي اكتسبها الثلج نفسها، لتنخفض درجة حرارتها إلى د2°س. علماً بأن د1 أكبر من د2.
كمية الحرارة المفقودة = (كتلة الماء × السعة الحرارية
النوعية للماء + كتلة المسعر ×
السعة
الحرارية النوعية للمسعر) × فرق درجات الحرارة
= (ك × ن + كَ × نَ) (د1 – د2) ........ (1)
كمية الحرارة المكتسبة = كتلة الجليد × الحرارة الكامنة لانصهار
الجليد + كتلة الجليد المنصهر × السعة الحرارية النوعية للماء × فرق درجات الحرارة
=
ك0 × ل + ك0 × ن × (د2 – 0) ......... (2)
وباستخدام
قانون حفظ الطاقة فإن:
كمية الحرارة المفقودة = كمية الحرارة
المكتسبة
(ك ن + كَ نَ) (د1
– د2) = ك0 × ل × ن × د2 .........(3)
ويمكن
باستخدام هذه المعادلة تعيين الحرارة الكامنة لانصهار الجليد.
أدوات
التجربة
جليد جاف
مجروش بدرجة صفر سلسيوس، ماء، مسعر نحاسي معلوم السعة الحرارية النوعية، موقد
بنسن، ميزان حراري دقته 0.1°س، ميزان ذو
كفتين دقته 0.1 غم، ساق لتحريك وتقليب الماء ينفذ من خلال غطاء المسعر.
خطوات
التجربة
1- نظف المسعر وساق التقليب جيداً، وجففهما.
2- زن المسعر والساق ولتكن كلتاهما كَ.
3- ضع في المسعر ماء، إلى ثلثيه تقريباً، وزن المسعر
والماء، واحسب كتلة الماء.
4- سخن الماء بهدوء على لهب بنسن حتى تصبح درجة حرارته
أعلى من درجة حرارة غرفة المختبر بسبع درجات تقريباً، وسجل هذه الدرجة ولتكن د1.
5- أضف قليلاً من الجليد المجروش –كمية صغيرة- إلى
الماء في المسعر، وقلب الماء باستخدام ساق التقليب، حتى يذوب الجليد تماماً، ثم
أضف كمية صغيرة أخرى من الجليد المجروش وقلب. وهكذا استمر في هذه العملية حتى تصبح
درجة الخليط أقل من درجة حرارة غرفة المختبر بسبع درجات تقريباً، ثم سجل درجة
حرارة الخليط ولتكن هذه الدرجة د2.
6- زن المسعر ومحتوياته ثم احسب كتلة الجليد المضاف.
7- احسب باستخدام المعادلة (3) الحرارة الكامنة لانصهار
الجليد.
عند
تنفيذ خطوات التجربة انتبه إلى ما يأتي:أ- عند
وزن المسعر وساق التقليب لا يوزن غطاء المسعر معهما. لماذا؟ ويغطى المسعر في أثناء
عملية التقليب. لماذا؟ب- يجب
الحذر من التسخين أكثر من 70°س.
لماذا؟ج- يجب
أن تكون عملية نقل الجليد إلى المسعر عملية سريعة. لماذا؟ ويجب أن يكون الجليد
المجروش جافاً.د- يجب
أن تتم عملية تقليب الجليد المجروش مع الماء والمسعر مغلق، بتحريك الساق للأعلى
وللأسفل من خلال الشق الموجود على غطاء المسعر.رتب نتائجك كالآتي:كتلة المسعر + ساق التقليب
(كَ) = ( ) كغكتلة المسعر + الساق + الماء
=كتلة الماء (ك) =درجة الحرارة الابتدائية (للماء +
المسعر) (د1) =كتلة المسعر + الساق + الماء + الجليد
المضاف =كتلة الجليد المضاف
(ك0) =درجة الحرارة النهائية للخليط
(د2) = السعة الحرارية النهائية للخليط
(د2) = السعة الحرارية النوعية للماء
= 4.2 × 310 جول/ كغ°.سالسعة الحرارية النوعية للنحاس
= 3.8 × 210 جول/ كغ°.س استخدم
المعادلة (3) لحساب الحرارة الكامنة لانصهار الجليد. ما
الخطاء المحتمل وقوعها في التجربة؟ ما
الاحتياطات الواجب اتخاذها للحصول على نتائج دقيقة؟ 
الخميس أبريل 18, 2013 1:39 am