نشاط 2 ص 231 الفيزياء للسنة الاولى ثانوي يتعلق بموضوع الحرارة والحركة الجزيئية. يطلب منا في هذا النشاط أن نحدد درجة حرارة التجمد والغليان للماء في مقياس كلفن، وأن نحسب عدد المولات والكتلة المولية للماء. كما يطلب منا أن نحسب الطاقة الحرارية المتبادلة بين كمية من الماء وكمية من الزئبق عند خلطهما في وعاء معزول.
الحل:
- درجة حرارة التجمد للماء في مقياس كلفن هي 273.15 K، ودرجة حرارة الغليان هي 373.15 K. نستخدم العلاقة بين درجات الحرارة في مقياسي كلفن وسيلسيوس: T(K) = T(°C) + 273.15
- عدد المولات للماء هو نفسه عدد المولات لأي مادة، وهو يساوي الكتلة المقسومة على الكتلة المولية: n = m / M. الكتلة المولية للماء هي 18 g/mol، وهي مجموع كتلتي ذرتي الهيدروجين (1 g/mol) وذرة الأكسجين (16 g/mol) في جزيئة الماء H2O.
- الطاقة الحرارية المتبادلة بين كمية من الماء وكمية من الزئبق عند خلطهما في وعاء معزول تساوي صفر، لأنه لا يوجد تبادل للحرارة مع الخارج. نستخدم قانون التوازن الحراري: Q1 + Q2 = 0، حيث Q1 هي الطاقة الحرارية التي يفقدها الماء، وQ2 هي الطاقة الحرارية التي يكتسبها الزئبق. نستخدم أيضا قانون كالوري: Q = mc∆T، حيث m هي الكتلة، c هي السعة الحرارية، و∆T هي فرق درجات الحرارة.
نحصل على المعادلة: m1c1(T1 - T) + m2c2(T - T2) = 0، حيث m1 وm2 هما كتلتا الماء والزئبق، c1 وc2 هما سعتاهما الحرارية، T1 وT2 هما درجات حرارتهما قبل الخلط، وT هي درجة حرارة التوازن. نستطيع حساب T بإعادة ترتيب المعادلة: T = (m1c1T1 + m2c2T2) / (m1c1 + m2c2).