منحنيات التبريد – العزل الحراري وقانون نيوتن للتبريد والتجمد
الفيزياءالفيزياء الحرارية والغازات17–18 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلتجربة عملية افتراضية تسجّل درجة الحرارة مع الزمن. أ: كأس فيه ماء ساخن ملفوف بالقطن أو الغلاف الفقاعي أو ورق الصحف أو اللباد أو البوليسترين بعدد طبقات تختاره، بغطاء أو بدونه، وبسطح خارجي أسود أو أبيض أو لامع؛ اقرأ مقياس الحرارة كل 30 s مدة 20 دقيقة، وارسم منحنيات التبريد، وطابقها مع T − Tₐ = (T₀ − Tₐ)e^(−t/τ) لمقارنة العوازل بثابت الزمن τ. ب: منحنيات تبريد حمض الستياريك والسالول وشمع البارافين في أنبوب غليان، مع جزء مستوٍ عند درجة التجمد وتقدير للحرارة الكامنة النوعية للانصهار.
الدرس: العزل الحراري وقانون نيوتن للتبريد ومنحنيات التبريد والحرارة الكامنة النوعية
ماذا تعرض
يفقد الجسم الساخن الطاقة أسرع عندما يكون أسخن كثيرًا من محيطه. فإذا كان معدل فقد الطاقة متناسبًا مع فرق درجة الحرارة، فإن هذا الفرق يتناقص أسيًا: وهذا قانون نيوتن للتبريد، وثابت الزمن τ فيه أكبر كلما كان العزل أفضل. تحبس المواد العازلة الهواء، وهو موصل رديء للحرارة، ويمنع الغطاء التبخر والحمل من السطح. وعندما يتجمد سائل نقي تبقى درجة حرارته ثابتة لأن الحرارة الكامنة تنطلق حين ترتبط الجسيمات لتكوّن مادة صلبة.
طريقة الاستخدام
في «أ. الكأس والعزل» اختر «مادة لفّ الكأس» و«الطبقات» و«السطح الخارجي» و«الغطاء»، ثم اضغط «ابدأ»؛ تؤخذ قراءة كل 30 s. اضغط «تجربة جديدة» لاختبار ترتيب آخر، واستخدم «المنحنى» للتبديل بين منحنيات التبريد وln(T − Tₐ) مع الزمن ومعدل التبريد مقابل T − Tₐ. وفي «ب. منحنى تبريد مادة نقية» اختر «المادة» و«الكتلة» واضغط «ابدأ» لترى الجزء المستوي.
المعاملات القابلة للتغيير
- التجربة أ. الكأس والعزل, ب. منحنى تبريد مادة نقية
- المادة العازلة بدون عزل, قطن, غلاف فقاعي, ورق صحف, لباد, بوليسترين
- عدد الطبقات 1–5
- الغطاء موضوع
- السطح الخارجي كما هو, طلاء أسود غير لامع, طلاء أبيض, رقاقة ألومنيوم لامعة
- درجة حرارة الماء الابتدائية 50–95 °C
- درجة حرارة الغرفة 10–30 °C
- المادة في الأنبوب حمض الستياريك, السالول, شمع البارافين
- كتلة المادة 5–25 g
- يُبرَّد في الهواء, كأس ماء
أسئلة للاستكشاف
- ما المتغيرات التي يجب إبقاؤها ثابتة لتكون المقارنة بين العوازل عادلة؟
- لماذا يقلل الغطاء معدل التبريد أكثر بكثير من طبقة واحدة من ورق الصحف؟
- لماذا تبقى درجة حرارة حمض الستياريك عند 69 °C تقريبًا أثناء تجمده؟
