أهداف الدرس
- أدرس تغيّر حجم الهواء مع درجة الحرارة عند ثبات الضغط.
- أحوّل درجة الحرارة إلى الكلفن.
- أفسّر الرسم البياني دون اختلاق قياسات.
الشرح خطوة بخطوة
الموضع محفوظ على هذا الجهاز.
المقطع 1 من 1نشاط 2: قوانين الغازات – قانون تشارلز — Gas Laws – Charles’ Law0:52
مقاطع الدرس
0 من 1 مكتملنشاط 2: قوانين الغازات – قانون تشارلز — Gas Laws – Charles’ Law(ص 19)
- المهارات المرجو اكتسابها: تصميم التجارب وتنفيذها، القياس، الملاحظة، تسجيل النتائج، تطبيق العلاقات الرياضية، الرسم البياني، الاستنتاج
- الهدف: قياس حجم الهواء الموجود داخل أنبوب من الزجاج عند درجات حرارة مختلفة.
- التوقّع: هل يتغيّر حجم الهواء مع تغيّر درجة الحرارة؟ وفي أيّ اتجاه؟
- المواد المطلوبة: أنبوب شعري (50 mL)، سدّادة مطّاطية، قطرة زيت، ورقة رسم بياني، قلم رصاص، مسطرة، ميزان حرارة، حزم مطّاطية (أو شريط مطّاطي)، كأس زجاجية (600 mL)، كأس زجاجية (400 mL)، سخّان كهربائي، ثلج وماء الصنبور
- 1. سدّ أحد طرفي الأنبوب الشعري بالسدّادة المطّاطية.
- 2. ضع قطرة زيت من الطرف الآخر على أن يتمّ حبس حجم معيّن من الهواء داخل الأنبوب (شكل 1).
- ملاحظة: (يمكن أن تنزلق قطرة الزيت من خلال العمل المخبري ولكن يجب ألّا تصل إلى أسفل الأنبوب. يجب إعادة التجربة إن فعلت).
- 3. اربط الأنبوب الشعري وميزان الحرارة بالمسطرة بواسطة الحزم المطّاطية. احرص على أن يوازي أسفل الأنبوب (عند السدّادة المطّاطية) مقياس صفر من المسطرة.
- 4. حضّر خليطًا من الماء والثلج في كأس زجاجية سعتها 600 mL. ضع الأنبوب الشعري والمسطرة وميزان الحرارة في الكأس. انتظر بضع دقائق كي تساوي درجة حرارة الأنبوب درجة حرارة الخليط في الكأس. (عند وضع الأنبوب الشعري في الماء، يجب الحرص على أن تغمر المياه الأنبوب) سجّل ارتفاع قطرة الزيت في الأنبوب الشعري ودرجة حرارة الخليط.
- 5. ضع المجموعة نفسها (الأنبوب، ميزان الحرارة والمسطرة) في كأس زجاجية سعتها 400 mL تحتوي على ماء من الصنبور عند درجة حرارة الغرفة. سجّل ارتفاع قطرة الزيت ودرجة الحرارة.
- 6. ضع الكأس التي استعملتها في الخطوة (5) مع ما تحويه على سخّان كهربائي. سخّن المجموعة بتروّ. عندما تصل الحرارة إلى 30 °C، سجّل ارتفاع قطرة الزيت في الأنبوب الشعري.
- 7. أعد الخطوة السابقة وسجّل ارتفاع قطرة الزيت عند غليان الماء أي عند درجة الحرارة 100 °C.
- 8. اجمع القيم التي سجّلتها في الجدول (2).
درجة الحرارة (°C)ارتفاع قطرة الزيت (cm) (حجم الهواء mL)
التحليل والاستنتاج: استخدم النتائج التجريبية التي حصلت عليها من التجربة السابقة للإجابة عن الأسئلة التالية:(ص 20)
حل المسائل على السبورة
شاهد المعلم يكتب الحل سطرًا سطرًا، أوقفه، أعد الخطوة، واسأل «لماذا؟» — ثم حُلّ مسألة مشابهة بنفسك لتكسب نجمة.
المسألة
استعن بالجدول وأعدّ رسمًا بيانيًا يوضّح العلاقة بين ارتفاع قطرة الزيت بالسنتيمتر (cm) (الذي يشير إلى حجم الهواء) ودرجة الحرارة بالكلفن (K).
المعطيات
- درجة حرارة مقيسة بالمئويةمن هنا
- ارتفاع قطرة الزيت المقيس
- T(K) = T(°C) + 273
المعلم: نحول كل درجة حرارة مقيسة من المئوية إلى الكلفن قبل الرسم، لأن قانون تشارلز يعتمد على الحرارة المطلقة كما في كتاب الطالب.
الخطوة 1 من 3
الملخص
- يزداد حجم الغاز مع حرارته المطلقة عند ثبات الضغط.
- نحوّل المئوية إلى كلفن بإضافة 273.
- التوقع النظري غير القياس الفعلي.
- يُمثّل ارتفاع قطرة الزيت حجم الهواء المحبوس في الأنبوب.
الأفكار الرئيسية
- V/T ثابت عند ثبات الضغط والكمية.
- الصفر المطلق يُستنتج بالامتداد النظري لا بقياس غاز فعلي عنده.
الأسئلة المهمة
استعن بالجدول وأعدّ رسمًا بيانيًا يوضّح العلاقة بين ارتفاع قطرة الزيت بالسنتيمتر (cm) (الذي يشير إلى حجم الهواء) ودرجة الحرارة بالكلفن (K).
تُحوّل كل حرارة مقيسة إلى كلفن بإضافة 273 ثم تمثل الارتفاعات الفعلية مقابلها. المتوقع خط طردي تقريبًا وفق كتاب الطالب PDF32–34؛ لا تُختلق نقاط.
الكتاب صفحة 20
توقّع درجة الحرارة التي يساوي عندها ارتفاع قطرة الزيت صفرًا (تقريبًا) مستعينًا بالرسم البياني.
بالامتداد النظري يقارب 0 K أو −273 °C وفق كتاب الطالب PDF32؛ هذه ليست قراءة تجريبية فعلية.
الكتاب صفحة 20
ماذا تساوي هذه الحرارة؟
الصفر المطلق: 0 K، يقابل −273 °C تقريبًا بطريقة كتاب الطالب PDF32.
الكتاب صفحة 20
ماذا تستنتج من الرسم البياني؟
يتناسب الحجم طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبات الضغط والكمية، وفق كتاب الطالب PDF32–34.
الكتاب صفحة 20
ما الفائدة من استخدام الحرارة المطلقة بالكلفن (K) بدلًا من الدرجة المئوية °C في حسابات الغازات؟
لتطبيق التناسب الطردي V/T من الصفر المطلق؛ المقياس المئوي لا يعطي نسبة الحجم إلى الحرارة الصحيحة. كتاب الطالب PDF32–34.
الكتاب صفحة 20
اختبار الدرس
أجب ثم اضغط «صحّح» لترى درجتك وتفسير كل إجابة.
الواجب
أسئلة تطبيقية لتحلها في البيت. يمكنك طباعتها من الأعلى.
مصطلحات الدرس
- قانون تشارلز
- يتناسب الحجم طرديًا مع الحرارة المطلقة عند ثبات الضغط.
- الكلفن
- وحدة درجة الحرارة المطلقة.
- الصفر المطلق
- 0 K، ويقابله تقريبًا −273 °C في طريقة الكتاب.
تمارين الكتاب كاملة
كل سؤال ونشاط وتمرين ورد في صفحات هذا الدرس، بنصه وإجابته النموذجية. 8 تمرينًا.
التوقّعهل يتغيّر حجم الهواء مع تغيّر درجة الحرارة؟ وفي أيّ اتجاه؟(ص 19)
المتوقع زيادة الحجم بزيادة الحرارة المطلقة عند ثبات الضغط والكمية، وفق كتاب الطالب PDF32–34.
الملاحظة — جدول (2)اجمع القيم التي سجّلتها في الجدول (2).(ص 20)
يُملأ الجدول بدرجة الحرارة وارتفاع قطرة الزيت المقيسين لكل حالة. لا توجد قياسات مطبوعة؛ الارتفاع يتناسب مع الحجم في الأنبوب منتظم المقطع. المتوقع وفق كتاب الطالب PDF32–34 زيادة الحجم بزيادة الحرارة عند ثبات الضغط.
التحليل والاستنتاج — 1استعن بالجدول وأعدّ رسمًا بيانيًا يوضّح العلاقة بين ارتفاع قطرة الزيت بالسنتيمتر (cm) (الذي يشير إلى حجم الهواء) ودرجة الحرارة بالكلفن (K).(ص 20)
تُحوّل كل حرارة مقيسة إلى كلفن بإضافة 273 ثم تمثل الارتفاعات الفعلية مقابلها. المتوقع خط طردي تقريبًا وفق كتاب الطالب PDF32–34؛ لا تُختلق نقاط.
التحليل والاستنتاج — 2توقّع درجة الحرارة التي يساوي عندها ارتفاع قطرة الزيت صفرًا (تقريبًا) مستعينًا بالرسم البياني.(ص 20)
بالامتداد النظري يقارب 0 K أو −273 °C وفق كتاب الطالب PDF32؛ هذه ليست قراءة تجريبية فعلية.
التحليل والاستنتاج — 3ماذا تساوي هذه الحرارة؟(ص 20)
الصفر المطلق: 0 K، يقابل −273 °C تقريبًا بطريقة كتاب الطالب PDF32.
التحليل والاستنتاج — 4ماذا تستنتج من الرسم البياني؟(ص 20)
يتناسب الحجم طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ثبات الضغط والكمية، وفق كتاب الطالب PDF32–34.
التحليل والاستنتاج — 5ما الفائدة من استخدام الحرارة المطلقة بالكلفن (K) بدلًا من الدرجة المئوية °C في حسابات الغازات؟(ص 20)
لتطبيق التناسب الطردي V/T من الصفر المطلق؛ المقياس المئوي لا يعطي نسبة الحجم إلى الحرارة الصحيحة. كتاب الطالب PDF32–34.
التحليل والاستنتاج — 6هل هنالك أمثلة من حياتنا اليومية يمكن أن نطبّق فيها قانون تشارلز تفاديًا لوقوع حادث ما؟(ص 21)
يمكن توقع تمدد الهواء في جسم مرن مغلق كالْبالون عند تسخينه مع ضغط خارجي يقارب الثبات، وتجنب ملئه إلى حد التمدد الأقصى. هذا تطبيق مستنتج من العلاقة في كتاب الطالب PDF32–34؛ أما العبوة الصلبة ثابتة الحجم فتعالج بقانون جاي–لوساك وليس تشارلز.
صفحات الكتاب
صفحات هذا الدرس من كتاب التمارين الرسمي كما هي، صفحات 19 إلى 21.
