الشغل و الطاقة الداخلية

1- مفاعيل الشغل المكتسب

1-1- إرتفاع درجة الحرارة .

1-1-1- مناولة :

2-1-1- إستنتاج :

إن الماء إختزن طاقة مخالة ل E_C و E_PP ، كما أن شغل قوى الدوران تَحَوَّلَ ليرفع درجة حرارة الماء . نستنتج أن إرتفاع درجة حرارة جسم ما يعد من بين مفاعيل الشغل المكتسب .

2-1- تغير الحالة الفيزيائية .

من خلال تجربة تندال (صفحة 74) يتبين أن شغل قوى الإحتكاك يسبب تغير الحالة الفيزيائية للسائل ، نستنتج أن تحول الحالة الفيزيائية لجسم ما يعد من بين مفاعيل الشغل المكتسب .

3-1- التشوه المرن (ضغط غاز) .

نقوم بضغط غاز بواسطة مكبس بتطبيق قوة تابثة (يعني V = cte) ومنه رغم أن

غاز

غاز

الحالة 1

الحالة 2

1-3-1- مناولة :

2-3-1- إستنتاج :

إن الغاز إختزن طاقة مخالفة ل E_C و E_PP ، كما أن تحول لتشويه الغاز

نسمي الطاقة الداخلية لمجموعة معزولة ميكانيكيا رمزها U مجموع طاقتها الحركية المجهرية E _Cوطاقة و ضعها E_P : E _C + E_P U =

3-3-1- تعبير شغل القوة الضاغطة :

حيث P₂ هو ضغط الغاز في الحالة 2

نستنتج أن التشويه المرن لجسم ما يعد من بين مفاعيل الشغل المكتسب .

4-1- خلاصة .

إن الشغل المكتسب من طرف جسم ما له مجموعة من المفاعيل :

تغيير درجة الحرارة - تغيير الحالة الفيزيائية أو الكيميائية - تشويه مرن

وهذا الشغل المكتسب يتحول إلى طاقة مخالفة ل E_C و E_P تسمى : الطاقة الداخلية .

2- الطاقة الداخلية U .

- تعريف :

حيث : E _C : الطاقة الحركية المجهرية التي تعزى إلى إرتجاج الجزيئات أو الذرات .

و E_P : طاقة الوضع للمجموعة وهي ناتجة عن التأتيرات البينية الموجودة بين دقائق المجموعة حيث نجدها على شكلين :

E _P : طاقة الوضع المجهرية ، وهي مجموع طاقات التأثيرات البينية بين دقائق المجموعة .

E _L : طاقة الربط وهي تتعلق بالتأثيرات البينية التي تضمن إستقرار البنيان الجزيئي .

و

E_P = E _P + E _L

ومنه :

3- تغيرالطاقة الداخلية لمجموعة ΔU .

1-3- تبادل الطاقة مع المحيط الخارجي :

1-1-3- إنتقال الطاقة بالحرارة :

عند تسخين الماء ترتفع درجة حرارته مما يؤدي إلى الزيادة في إرتجاج جزيئاته ، فتزداد الطاقة الداخلية للماء ، ويساوي تغير الطاقة الداخلية ΔU كمية الطاقة الحرارية Q إذن : ΔU = Q

2-1-3- إنتقال الطاقة بالشغل :

عندما تخضع مجموعة ما إلى قوى خارجية عيانية تنجز شغلا W ، تتبادل الطاقة مع المحيط الخارجي ، فتتغير طاقتها الداخلية U ويساوي ΔU كمية الطاقة المتبادلة W ، ونكتب : ΔU = W

2-3- المبدأ الأول للترموديناميك .

1-2-3- نص المبدأ الأول للترموديناميك :

يساوي تغير الطاقة الداخلية ΔU أثناء تحول ما ، مجموع الطاقات المتبادلة مع المحيط الخارجي W و Q

ونكتب :

ΔU = W + Q

2-2-3- تفسير :

المجموعة

الشغل

الحرارة

طاقات تكتسبها المجموعة

طاقات تفقدها المجموعة

Q > 0 و W > 0 يعني أن المجموعة إكتسبت من المحيط الخارجي Q و W .

Q < 0 و W < 0 يعني أن المجموعة منحت إلى المحيط الخارجي Q و W .

(تطبيق صفحة 81)

3-3- التحول الحلقي :

نقول إن المجموعة تنجز تحولا حلقيا أو مغلقا إذا كانت الحالة النهائية مماثلة للحالة البدئية إذن الطاقة الداخلية U لاتتغير ، ومنه ΔU = 0 ، وبما أن ΔU = W + Q فإن W = -Q ,

إذن إذا إكتسبت المجموعة الطاقة على شكل حرارة فإنها تمنحها على شكل شغل والعكس صحيح هذا كيفما كان تسلسل التغيرات التي تطرأ على المجموعة و بالتالي فالمجموعة لاتكتسب ولا تفقد شيئا من الطاقة ,

الطاقة الكلية لمجموعة E هي مجموع الطاقة الحركية E_C وطاقة الوضع الثقالية E_PP وطاقتها الداخلية U :

4 - التبادل الطاقي .

1-4- بالإنتقال الحراري :

نعتبر التجربة جانبه تنتقل الحرارة من الماء الساخن إلى الماء البارد ، هناك تبادل الطاقة بينهما

ماء بارد

ماء ساخن

2-4- التبادل الطاقي بالإشعاع :

من خلال النشاط 4 صفحة 76 يتبين أن المحرار المطلي بالإسود يكتسب من المصباح طاقة أكبر من المحرار المطلي بالإبيض ، إذن هناك تبادل طاقي بالإشعاع .

3-4- التبادل الطاقي بشغل ميكانيكي :

من خلال الشكل 12 صفحة 82 هناك تبادل طاقة بين البنزين (وقود) وجدوع الأشجار على شكل ميكانيكي .

4-4- التبادل الطاقي بشغل كهربائي :

من خلال الشكل 13 صفحة 82 نقول إن هناك تبادل طاقة بين البطارية و المروحة على شكل شغل كهربائي .

5 – الطاقة الكلية لمجموعة E .

إذا كانت المجموعة معزولة طاقيا (طاقتها الكلية لا تتغير) ΔE = 0

وتعبر هذه النتيجة عن مبدأ إنحفاظ الطاقة .

الطاقة الكلية لمجموعة معزولة ثابثة E = cte

ΔE = 0