السلام عليكم
تفضلي اختي
ارجو ان تستفيدي
محاضرات في الديناميكا الحرارية
تعريف علم الديناميكا الحرارية
علم الديناميكا الحرارية هو علم تجريبي يهتم بدراسة كل ما هو متعلق بدرجة الحرارة والطاقة
الحرارية أو التدفق الحراري المصاحب لتغيرات الأنظمة الكيميائية أو الفيزيائية .
تطبيقات علم الديناميكا الحرارية :
أ - التطبيقات الهندسية : يستخدم هذا العلم هندسيا في تصميم المحركات
ومولدات الطاقة الكهربية وأجهزة التبريد والتكييف .
ب - التطبيقات الكيميائية : هنالك عدة تطبيقات لعلم الديناميكا نذكر منها :
• التغيرات في الطاقة التي ترافق التغير الكيميائي أو الفيزيائي . وبصورة عامة
التغير في الطاقة بين النظام وما يحيط به .
* دراسة إمكانية حصول التفاعل الكيميائي تلقائيا
* اشتقاق الصيغ والقوانين المكتشفة تجريبيا وبناؤها على أساس نظري فمثلا :
- يمكن اشتقاق واثبات قوانين التوازن الكيميائي
- يمكن اشتقاق قانون هس للمحتوى الحراري والذي يعتبر حالة خاصة للقانون
الأول للديناميكا الحرارية .
- يمكن اشتقاق معادلة كلابيرون - كلاوزيوس المتعلقة بالتوازن بين الأطوار
- يمكن اشتقاق معادلة قاعدة الطور أو الصنف
المفاهيم الأساسية في الديناميكا الحرارية
تعريف النظام ( System ) : هو جزء من الكون الذي يحدث فيه
التغير الكيميائي أو الفيزيائي أو هو الجزء المحدد من المادة التي
توجه إليه الدراسة .
المحيط ( Surroundings ) : هو الجزء الذي يحيط بالنظام ويتبادل
معه الطاقة في شكل حرارة أو شغل ويمكن أن يكون حقيقي أو وهمي .
مثال : عند إضافة محلول حمض الهيدوكلوريك إلى محلول
هيدوركسيد الصوديوم في كأس زجاجي فأن :
* النظام هو محلول الحمض والقاعدة
* حدود النظام هي جدران الكأس * المحيط هو باقي الكون حول النظام
بناء على الطريقة التي يتبادل بها النظام الطاقة والمادة مع المحيط
قسمت الأنظمة إلى ثلاث أنواع :
أ - النظام المفتوح ( Open System ) وهو النظام الذي يسمح بتبادل كل
من المادة والطاقة بين النظام والوسط المحيط .
ب - النظام المغلق ( Closed System ) وهو الذي يسمح بتبادل الطاقة فقط
بين النظام والوسط المحيط على صورة حرارة أو شغل .
ج - النظام المعزول ( Isolated System ) وهو الذي لا يسمح بانتقال أي
من الطاقة والمادة بين النظام والوسط المحيط
خواص النظام ( Properties of a System )
يمكن تقسيم الخواص الطبيعية للنظام إلي مجموعتين :
أ - خواص شاملة ( Extensive Properties ) وهي الخواص التي تعتمد على كمية المادة
الموجودة في النظام مثل الكتلة ، الحجم ، السعة الحرارية ، الطاقة الداخلية ، الانتروبي ،
الطاقة الحرة ومساحة السطح والقيمة الكلية بالنسبة لهذه الخواص تساوي مجموع القيم
المنفصلة لها .
خواص مركزة Properties ) Intensive ) وهي الخواص التي لا تعتمد على
كمية المادة الموجودة في النظام مثل الضغط ، درجة الحرارة ، الكثافة ، التوتر
السطحي ، القوة الدافعة الكهربية والجهد الكهربي . كل هذه الخواص مميزة
للمادة ولكن لا تعتمد على كميتها .
الاتزان الديناميكي الحراري ( Thermodynamic Equilibrium )
يمكن تقسيمه إلى ثلاث أنواع :
أ - الاتزان الميكانيكي ( Mechanical Equilibrium ) ويحدث هذا النوع من الاتزان
عندما لا يحدث أي تغير ميكروسكوبي للنظام مع الزمن .
ب - الاتزان الكيميائي ( Chemical Equilibrium ) ويحدث هذا النوع من الاتزان عندما
لا يحدث تغير في تركيز المادة مع الزمن .
ج - الاتزان الحراري ( Thermal Equilibrium ) ويحدث هذا النوع من الاتزان عندما
تتساوى درجة حرارة النظام مع الوسط المحيط به ويتمثل هذا الاتزان في القانون الصفري
للديناميكا الحرارية الذي ينص على أنه : إذا تواجد نظامان في حالة اتزان مع نظام ثالث فأن
النظامين يكونان في حالة اتزان مع بعضيهما .
يحدث التغير في حالة النظام عند ظروف مختلفة ، نلخصها في الأتي :
العملية الاديباتيكية ( Adiabatic Process ) وهي التي لا يفقد النظام أو يكتسب خلالها
طاقة حرارية من الوسط .
العملية الأيزوثيرمالية ( Isothermal Process ) هي العملية التي تحدث عند ثبات
الحرارة ( بناء على ذلك يحدث ثبات الطاقة الداخلية ) .
العملية الآيزوبارية ( Isobaric Process ) هي العملية التي تحدث عند ضغط ثابت .
العملية الآيزوكورية ( Isochoric Process ) هي العملية التي تحدث عند حجم ثابت .
العملية الدائرية ( Cyclic Process ) هي العملية التي يتحرك فيها النظام في شكل
دائري ويرجع لموقعه الأول ( أي لا تتغير طاقته الداخلية ) .
الطاقة ( Energy )
الطاقة ( E ) هي الشغل ( w ) المنجز أو المستهلك من قبل المادة .
ويمكن توضيح العلاقة بين الطاقة ( E ) والمادة ممثلة بكتلتها ( m ) كما يلي :
E = w
= F x d
= m x a x d
= m x d x ( v / t )
= m x v x ( d/t )
= m x v x v = m x v2
أي أن الطاقة تساوي حاصل ضرب كتلة المادة في مربع سرعة هذه المادة ، وهي تشابه
معادلة آينشتاين Einstein التي حدد فيها أن طاقة الجسم الذي يتكون منه الضؤ والمسمى
بالفوتون ( E ) تساوي حاصل ضرب كتلته في مربع سرعته التي تساوي سرعة الضؤ c
E = m x c2
من الناحية الميكانيكية تقسم الطاقة لنوعان :
أ - الطاقة الحركية :Kinetic Energy ( K. E ) ومقدارها يعتمد على كتلة الجسم ( m )
وعلى سرعته v وتساوي :K E = 1/2 m v2
مثال : أحسب طاقة حركة جسم كتلته 60 kg وسرعته 20 km / h ؟
الحل : K . E = 1/2 m v2 = 1/2 x 60 x ( 20 x 1000 ) / 60 x 60
= 925. 925 J
ب - الطاقة الوضعية ( P . E ) Potential E nergy ومقدارها يعتمد على كتلة الجسم
( m ) وعلى تسارعه ( a ) والمسافة التي يقطعها ( d ) .
P . E = m x a x d
مثال : جسم يتحرك بتسارع يساوي ( 20 m / s2 ) وكتلته تساوي ( 300 kg ) أحسب
طاقة وضعه إذا قطع مسافة قدرها 10 m ) ) ؟
الحل : P .E = m x a x d
= 300 kg x 20 m/s2 x10 m
= 6000 kg m2 / s2
= 6000 J = 60 kJ
كل صور الطاقة لها الوحدات Mass x ( length )2 / ( Time )2
أي كتلة x ( المسافة )2 / ( الزمن )2 وعليه يمكن أن تكون الطاقة بوحدة الايرج Erg ) ) أو
بوحدة الجول ( Joule ) أو السعر الحراري Calory) ) .
وحدة الطاقة في النظام ( cgs ) وهو فرنسي الأصل ويعني ( cm . gram . sec ) هي
الايرج ويعرف بأنه مقدار الشغل المبذول عندما تعمل قوة مقدارها واحد داين لمسافة
قدرها سم واحد .
الداين هو القوة التي تعطي عجلة مقدارها 1 .0 cm / sec2 لجسم كتلته واحد جرام .
العلاقات بين الوحدات
Calory = 4.18 J
Joule = 107 erg
Atom.. L = 24.23 cal = 101.3 J
تعريفات
1 - السعة الحرارية Heat Capacity ) ) تعرف بأنها مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع
درجة حرارة جسم معين أو كمية معينة من المادة كتلتها ( m ) درجة مئوية واحدة .
وحدة السعة الحرارية جول / م J / Cº ) )
2 - الحرارة النوعية ( Specific Heat ) تعرف بأنها السعة الحرارية لكل جرام واحد من المادة ،
أي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة .
وحدة الحرارة النوعية جول / جم م ( J / g Cº )
3 - السعة الحرارية المولارية ( Molar Heat Capacity ) هي كمية الطاقة اللازمة لرفع
درجة حرارة مول واحد من المادة درجة مئوية . ووحدتها جول / مول م ( J / mol Cº )
بالنسبة للماء : السعة الحرارية المولارية هي السعة الحرارية لعدد 18 جرام من الماء
وتساوي 18 x 4.18 = 75.3 J / mol
استخدامات السعة الحرارية
بالاعتماد على السعة الحرارية يمكن حساب كمية الحرارة ( q ) للازمة لرفع درجة حرارة نظام
كتلته ثابتة من درجة حرارة ابتدائية ( T1 ) إلى درجة حرارة نهائية ( T2 ) :
q = C ( T2 - T1 )
q = C ∆ T
بما أن السعة الحرارية = الكتلة x الحرارة النوعية C = m x ρ
حيث m = كتلة المادة ، ρ = الحرارة النوعية للمادة .
كمية الحرارة المفقودة أو المكتسبة تحسب من العلاقة :
q = C ∆ T = ρ x m x ∆ T
مثال ( 1 ) إذا علمت أن 18.5 جرام من معدن معين ، امتصت كمية من الحرارة مقدارها
1170 جول وارتفعت درجة حرارتها من 25º C إلى 92º C ، أحسب الحرارة النوعية للمعدن ؟
الحل :
Specific Heat = q / m x ∆ T = 1170 / 18.5 x ( 92 - 25 )
= 0.937 J / g ºC
مثال ( 2 ) إذا أضيفت 25 جرام من معدن عند درجة حرارة 90º C إلي 50 جرام من الماء عند
درجة حرارة 25º C ، فأن درجة حرارة الماء ترتفع إلى 29.8º C . وإذا علمت أن الحرارة
النوعية للماء تساوي 4.18 J / g Cº فأحسب الحرارة النوعية للمعدن ؟
الحل : كمية الحرارة المكتسبة من قبل الماء تساوي كمية الحرارة المفقودة من المعدن ،
وعليه فأن كمية الحرارة المكتسبة من قبل الماء ( q ) تساوي :
q = m x ρ x ∆ T = 4.18 J / g C x 50 g x ( 29.8 - 25 )
= 1004 J
الآن يمكن حساب الحرارة النوعية للمعدن حيث أن المعدن فقد نفس كمية الحرارة التي اكتسبها الماء
( q = 1004 J ) ، ودرجة حرارة المعدن النهائية هي نفس درجة حرارة الماء أي :
ΔT = ( 29.8 - 90 )ºC
= - 1004 J / 25 g x ( 29.8 - 90 ) º C = 0.667 J / g Cº
السعة الحرارية عند حجم ثابت ( C v ) وعند ضغط ثابت ( Cp )
السعة الحرارية Cv أي الحرارة المكتسبة عند حجم ثابت تستغل فقط لرفع الطاقة الحركية للجزيئات
بينما الحرارة المكتسبة عند ضغط ثابت Cp تستغل لعمل شغل معين نتيجة لتمدد وانكماش الغاز
إضافة لرفع طاقة حركة الجزيئات . ورياضيا يمكن التعبير عنها كالآتي :
Cv = dE / dT Cp = dH / dT
بالنسبة لغاز مثالي آحادي فأن الطاقة الحركية الانتقالية تساوي 3/2 R T ) ) :
Cv = d ( 3/2 RT ) / dT = 3/2 R dT/dT = 3/2 R
Cv = 3/2 R
Cp = dH/ dT = d ( E + PV ) / dT = dE/dT + d ( PV ) / dT
عند ثبوت الضغط : Cp = dE/ dT + P dV/ dT
لواحد مول من غاز مثالي : PV = RT
عند ثبوت الضغط : P dV = R dT
Cp = dE/ dT + RdT / dT
= Cv + R
Cp = Cv + R
الطاقة الحركية للغازات
من معادلة النظرية الحركية للغازات PV = 1/3 M C2
حيث M = الكتلة المولية ، C = السرعة الجزيئية
لواحد مول من غاز مثالي : PV = RT
RT = 1/3 M C2
بضرب طرف المعادلة الأيمن في 2 والقسمة على 2 : RT = 2/3 x 1/2 M C2
بما أن الطاقة الحركية = 1/2 M C2 ، RT = 2/3 K . E
K . E = 3/2 RT
الطاقة الحركية لواحد مول من الغاز = 3/2 RT لعدد n مول = 3/2 n RT
بما أن واحد مول يحتوي على رقم أفوجادرو من الجزيئآت ( N )
الطاقة الحركية لواحد جزيء يمكن حسابها من المعادلة : K . E = 3/2 R/N T
K .E = 3/2 K T
حيث K = ثابت بولتزمان ، K = 1.38 x 1023 J K1
هذا يؤكد أن الطاقة الحركية للغازات تعتمد على درجة الحرارة وليس على نوعية الغاز .
تحليل الطاقة الحركية في ثلاث اتجاهات
بتحليل سرعة الجزيء في الثلاث اتجاهات ( x , y , z ) نحصل على :
C2 = C2x + C2y + C2z
بالضرب في 1/2 m نحصل على متوسط السرعة C2
1/2 m C2 = 1/2 m C2x + 1/2 m C2y + 1/2 m C2z
K.E = ( K.E )x + ( K. E )y + ( K . E ) z
بما أن الطاقة الحركية الكلية للجزيء = 3/2 K T وبفرض أن مكونات الطاقة الثلاث متساوية
( K .E )x = ( K . E )y = ( K . E )z = 1/2 KT
( K . E )x = 1/2 KT * ( K . E )y = 1/2 KT * ( K . E )z = 1/2 KT
رسم تحليلي للطاقة------------------------------------
مثال : أحسب طاقة الحركة لكل من جزيء غاز الهيليوم وجزيء بخار الزئبق عند درجة حرارة 25 C ؟
الحل : متوسط طاقة الحركة لجزيء غاز معين عند درجة حرارة معينة تحسب من المعادلة :
K .E = 3/2 KT
تتساوى طاقة الحركة لجزيء غاز الهيليوم وجزيء بخار الزئبق لأنها لا تعتمد على الكتلة الذرية
ولكنها قيمة ثابتة تعتمد فقط على درجة الحرارة .
طبيعة الطاقة الداخلية بالنسبة للغازات
يمكن اعتبار الطاقة الداخلية مكونة من حاصل جمع قيمتين ( Two Components ) هما :
1 - طاقة الغاز عند درجة حرارة صفر مطلق E0 = 0 .0 K
2 - الطاقة المعتمدة على درجة الحرارة ET =
بالنسبة لغاز آحادي الذرية وعند درجة الحرارة العادية ET تمثل الطاقة الحركية الانتقالية للذرة
وقيمتها تساوي 3/2 RT . ومنها E = E0 + 3/2 RT
بالنسبة لغاز عديد الذرات وغير خطي : ET = Ee + Ev + Er + Et
Ee & Ev يمكن اعتبار قيمها عند درجات الحرارة العليا فقط ويمكن تجاهلها عند درجات
الحرارة العادية . وعليه يمكن إيجاد الطاقة الداخلية من المعادلة :
E = E0 + Ee + Ev + Er + Et
تعريف بعض المتغيرات الثرموديناميكية
المتغير
الاسم
معادلة التعريف
الوحدة الدولية
الرمز
P
الضغط
المسافة/ القوة= P
باسكال ،
المساحة/ نيوتن
Pa N/ m2
V الحجم فراغ ذو ثلاث أبعاد المتر المكعب m 3
T درجة الحرارة --------- الكلفن K
n المول وزن جزيء/ وزن المول Mol
w الشغل القوة x المسافة =
الحجمx الضغط = w
الجول
J
q الطاقة الحرارية ------------- الجول J
أنواع الثيرمومترات Types of Thermometer
الثيرمومترات هي أجهزة تستخدم لقياس درجات الحرارة ، وهي تعمل من خلال تغير أحد الخصائص
الفيزيائية بتغير درجة الحرارة ، مثل خاصية تمدد الأجسام بزيادة درجة الحرارة وتغير الضغط أو
مقاومة السلك الكهربي بتغير درجات الحرارة . الجدول التالي يوضح بعض أنواع الثيرمومترات
المستخدمة :
نوع الثيرموميتر المادة المستخدمة الخاصية الطبيعية المتغيرة
1 - الثيرمومتر السائل
( Liquid Thermometer ) الزئبق أو الكحول
Mercury or Alcohol ) ) التغير في الطول ( تمدد )
( Change in Length )
2 - الثيرمومتر الغازي
( Gas Thermometer ) هيدروجين
( Hydrogen ) التغير في الضغط
( Change in Pressure )
3 – ثيرمومتر المقاومة
( Resistance Thermomete البلاتين
( Platinum ) التغير في المقاومة
( Change in Resistance )
4 – الثيرمومتر الجهدي
( Potential Thermometer مادة الكروميل والألو ميل
( Chromel & Alumel ) تغير الجهد الكهربي
( Change in Electrical Pot
5 – الثيرمومتر الإشعاعي
( Radiation Thermomete البايروميتر
( Pyrometer ) تغير لون الإشعاع
( Change in Radiation Col
6 - الثيرمومتر المغناطيسي
( Magnetic Thermometer ----------------------- تغير في المجال المغناطيسي
( Change in Susceptibility
من الملاحظ أن جميع الثيرمومترات بالجدول أعلاه تعتمد على تغير الخصائص الفيزيائية بتغير
درجات الحرارة مما يجعل عدم وجود تدرج محدد لقياس درجة الحرارة ، حيث أن كل خاصية فيزيائية
تتغير بعلاقة محددة مع تغير درجة الحرارة ولهذا لابد من إيجاد مقياس أو تدرج يعبر عن درجة
الحرارة بغض النظر عن تغير الخاصية الفيزيائية وعليه تم التفكير في المقياس المئوي والفهرنهايت
والمطلق .
التدرج المئوي ( Celsius Scale )
يعتمد هذا التدرج على نقطة انصهار الماء ( تحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ) وهي 0º C
ونقطة غليان الماء أي عندما يتساوى ضغطها مع الضغط الجوي وهي 100 º C
التدرج الفهرنهايتي (( Fahrenheit Scale
هنا اعتبرت درجة انصهار الماء 32º F ودرجة الغليان 212º F وعليه تصبح كل 100º C تعادل
180º F ويمكن تحويل الفهرنهايت إلى مئوي بالمعادلة : Cº = 5/9 ( Fº - 32 )
التدرج المطلق Kelvin Scale ) )
في التدرج المئوي والفهرنهايت تم الاعتماد على نوع مادة السائل وهو الماء ، حيث تم اعتبار
نقطة الانصهار ونقطة الغليان كأساس للتدرج ، وبما أن هاتين النقطتين تعتمدان على الضغط وعدد
من العوامل الأخرى لذا فأننا بحاجة إلى تدرج مطلق لا يعتمد على طبيعة المادة وهذا ما قام به العالم
كلفن في تحديد تدرج مطلق لدرجة الحرارة .
قام العالم كلفن بدراسة العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة لعدد من الغازات ووجد أن جميع
الغازات يقل ضغطها بنقصان درجة الحرارة وأن الضغط يصبح صفر من الناحية النظرية وذلك عند
مد المنحنيات كما في الشكل أدناه وهي تعادل - 273º C . وقد تم اعتبار هذه الدرجة هي الصفر
المطلق وأنها لا تتغير بتغير نوع الغاز وعليه تم معايرة باقي التدريجات الأخرى بالنسبة للصفر
المطلق .
الوحدات الرئيسية لدرجة الحرارة
( Main Units for Temperature)
Fo = (9/5) Co + 32
Co = 5/9 ( F - 32 )
Ko = Co + 273.15
Ko = 5/9 ( F - 32 ) + 273.15
رسم العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة :
الشغل Work ( W )
يعرف الشغل الميكانيكي Mechanical Work ) ) بأنه حاصل ضرب القوة في الإزاحة أو الضغط في
التغير في الحجم ويرمز له بالرمز ( w ) .
W = F ∆ L --------------------------- ( 1 )
حيث ( W ) هو الشغل الناتج من تأثير قوة قدرها ( F ) على النظام مسافة قدرها ( ∆ L ) .
مثال : تمدد غاز موجود داخل اسطوانة مزودة بمكبس متحرك عديم الوزن والاحتكاك مساحة سطحه
( A ) عند ظروف معينة من الحجم والضغط ودرجة الحرارة .
شكل يوضح تمدد الغاز ضد ضغط خارجي ( P ) :
عندما يتمدد الغاز يدفع المكبس إلى أعلى ضد ضغط مضاد قدره ( P ) معاكس لاتجاه التغير منجزا
شغلا ضد المحيط . وبما أن الضغط هو القوة الواقعة على وحدة المساحة :
P = F / A , F = PA -------------------- ( 2 )
وعليه يكون الشغل المنجز نتيجة للتمدد هو :
W = PA ∆ L ------------------------------------ ( 3 )
وبما أن المكبس ينزاح باتجاه معاكس لاتجاه القوة ، فأن التغير في الحجم ( ∆ V ) يساوي حاصل
ضرب مساحة المقطع ( A ) في الإزاحة ( ∆ L ) مسبوقا بإشارة سالبة :
∆V = - A ∆ L ------------------------------ ( 4 )
وعليه يكون الشغل المنجز : W = - P ∆ V = - P ( V2 - V1 )
حيث V 1 تساوي الحجم الابتدائي للغاز ، V2 تساوي الحجم النهائي للغاز .
وتدل الإشارة السالبة على أن طاقة النظام تنخفض عندما يزداد الحجم أي أن النظام يعمل
شغلا على المحيط . تعتمد قيمة الشغل على الضغط الخارجي ( P ) :
• إذا كانت قيمة ( P ) تساوي الصفر ، أي أن الغاز يتمدد ضد الفراغ ، فأن الشغل يساوي صفر .
• إذا كانت قيمة ( P ) موجبة فأن الشغل يعطى حسب المعادلة .
* إذا كانت قيمة ( P ) أصغر من ضغط الغاز ، فأن الغاز يتمدد ضد المحيط وتكون ( V2 > V1 )
وعليه تكون قيمة ( W ) سالبة أي أن النظام أنجز شغلا على المحيط .
* إذا كان ضغط المحيط أكبر من ضغط الغاز فأن الغاز ينكمش وتصبح ( V2 < V1 ) وتكون قيمة
( W ) موجبة ، أي أن المحيط عمل شغلا على النظام .
رسم بياني يوضح إعتماد الشغل على مسار التغير
مثال : إذا تمدد غاز مثالي عند درجة حرارة ( 25º C ) من الحجم 2 لتر إلى الحجم 5 لترات
عند ضغط ثابت ، أحسب الشغل المنجز عندما يتمدد الغاز :
أ - ضد الفراغ ب - ضد ضغط ثابت مقداره ثلاث جو .
الحل : أ - بما أن الضغط المضاد يساوي صفر وحسب معادلة الشغل :
W = - P ( V2 - V1 ) = 0 ( 5 - 2 ) = Zero
ب - عندما يكون الضغط المضاد يساوي ثلاث جو :
W = - P ( V2 - V1 ) = - 3 ( 5 - 2 ) = - 9 atm. L
-9 atm. L x 101.3 = 911.7 J =
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مثال : إذا علمت أن التغيرات الكيميائية التالية تحدث عند ضغط ثابت :
1 - Sn ( s ) + 2 F2 ( g ) → Sn F4 ( s )
2 - Ag NO3 (aq ) + NaCl ( aq ) → AgCl ( s ) + NaNO3 ( aq )
3 - C (s ) + O2 ( g ) → CO2 ( g )
4 - SiI4 ( g ) → Si ( s ) + 2 I2 ( g )
حدد في كل حالة هل الشغل يعمل من : قبل النظام على المحيط
: المحيط على النظام أو أن كمية الشغل قليلة ويمكن إهمالها .
الحل : 1 - في الحالة الأولى يقل حجم النظام لذلك فأن الشغل يعمل على النظام من قبل المحيط .
2 - يمكن إهمال الشغل لأنه لا توجد مواد غازية متفاعلة أو ناتجة .
3 - التغير في الحجم يساوي تقريبا صفر ، لتساوي عدد المولات الغازية في النواتج
والمتفاعلات وعليه يمكن إهمال الشغل أو كميته تساوي الصفر .
4 - هنالك تمدد ، لذلك فأن النظام يعمل شغلا على المحيط .
مثال : أحسب الطاقة بوحدة السعر الحراري المطلوبة لزيادة حجم مادة بمقدار 1.0 cm3 والتي تكون
معاكسة لضغط قدره واحد جو ؟
الحل : الشغل المبذول عندما تتمدد المادة يحسب من المعادلة :W = P Δ V
P = 1.0 atm. = 1.013 x 106 dynes / cm2 ΔV = 1.0 cm3
W = 1.013 x 106 x 1 = 1.013 x 106 dynes / c2m ( erg )
لتحويل الوحدة إلى السعر الحراري نقسم على 4.2 x 107
W = 1.013 x 106 / 4.2 x 107 = 0.0242 cal
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مثال : أحسب الشغل المبذول عندما تذوب 50 جرام من الحديد في حمض الهيدروكلوريك عندما
يجرى التفاعل : أ - في إناء مغلق ب - في إناء مفتوح
الحل : معادلة التفاعل : Fe (s) + 2 HCl ( aq ) → FeCl2 ( aq ) + H2 ( g)
واحد مول من الغاز ينتج من تفاعل واحد مول من الحديد وعند إهمال الحجم الأصلي للنظام:
P ∆ V = PV = n RT
أ - عندما يكون الإناء مغلق لا يتمدد الغاز W = - P ∆ V = 0
ب - عندما يكون الإناء مفتوح W = - P ∆ V = - nH2 RT
عدد مولات الهيدروجين = عدد مولات الحديد = 50 / 56 = 0. 89 مول
R = 8.314 J / K mol , T = 298 K
W = 0.89 x 8.314 x 298 = 2.2 K J
-----------------------------------------------------------------------------------------
• الشغل المبذول عند ثبوت الحجم : ∆ V = 0 ) )
• W = P ∆ V = 0
• الشغل المبذول عند ثبوت الضغط :
•
• W = P ( V2 - V1 )
الجمعة سبتمبر 25, 2020 10:29 pm من طرف نورالوئام
موضوع: طلب دروس الكيمياء ( thermodynamique ) باللغة العربية 
