حل تمارين فصل الديناميكا الحرارية

1. معامل الأداء ( مأ ) = = = 4


2. :. إدعاء الشركة غير صحيح مأ لا تساوي 5.5 كما أدعت الشركة .


3. انتقال الحرارة بالتوصيل انتقال الحرارة بالحمل

الوحدة الثانية : الديناميكا الحرارية
الفصل الثالث : الديناميكا الحرارية
ح 1/76 : ح1 = 0.05 م3 ، ض1 = 200 ك.ب ، ح2 = 0.1 م3 ، شغ = ؟
شغ = ح1 ض1 لوe = 0.05 × 200 ×10 3 لوe = 6931.47 جول
ج2/76 : كع = 540 م + 273 = 813 كالفن ، كص = 37 م + 273 = 310 كالفن .
الكفاءة القصوى = 1 - = 1- = 0.618 = 62 %
ج3/76 : شغ = 2250 جول ، كحص = 250 جول .
:. كحع = الشغل + كحص= 2250 + 250 = 2500 جول
:. الكفاءة = = = 0.90 = 90 %
ج 4 /76 : كص= 17 م + 273 = 290 كالفن ، كع = -13 م +273 = 260 كالفن ، كحع= 30 كيلوواط
معامل الأداء= = = = 9.6667
:. الشغل = = = 3.1 كيلو واط
ج 5 /76 : كحع = 24 كيلو جول ، كع = 47 م + 273 = 320 كالفن ، شغ = 8 كيلو جول .
:. كحض = كحع - شغ = 24 – 8 = 16 كيلو جول
معامل الأداء ( مأ )= = = 2
=
:. كض = = 213.333 كلفن
:. درجة الحرارة المنخفضة للغرفة هي = 213.333 – 273 = -59.67 م
ج 6/76 : كص = -33 م + 273 = 240 كالفن ، كع = 27 م + 273 = 300 كالفن .

معامل الأداء ( مأ ) = = = 4

:. إدعاء الشركة غير صحيح مأ لا تساوي 5.5 كما أدعت الشركة .

ج7/77 : لا يمكن تبريد الغرفة بترك باب الثلاجة مفتوحاً ، لأن كمية الحرارة التي تأخذها الثلاجة من المستودع الساخن (داخل الثلاجة ) تساوي كمية الحرارة التي تفقدها الثلاجة إلى المستودع البارد ( الغرفة) ، و بعد فترة زمنية محددة تصبح حرارة الثلاجة مساوية لدرجة حرارة الغرفة و عندها تتوقف الثلاجة عن التبريد .
ج8/77 : من القانون الأول للديناميكا الحرارية طد = كح – شغ
وحيث أن النظام معزول ( كح = صفر )
:. طد = - شغ
وهذا يعني أي ينقص في الطاقة الداخلية للنظام ينتج عنه شغل يقوم به النظام و بالعكس بحيث يبقى المجموع ( طد + شغ =0) ثابتاً .
ج9/77 :
النظام الحراري : هو عبارة عن كمية معينة من المادة معزولة حرارياً عن الوسط المحيط بها .مثل كمية من الغاز المحصور داخل اسطوانة مزودة بمكبس .
الطاقة الحرارية : هي كمية الحرارة التي يكتسبها أو يفقدها النظام الحراري .
الطاقة الداخلية : هي الطاقة الحركية الكامنة لجزيئات الغاز .
الإجراء الأديباتيكي (الكظوم) :هو الإجراء الذي لا يحدث فيه تبادل حراري بين النظام و الجو المحيط به ، و يحدث في زمن قصير جداً .
ج10/77 :
يعتبر الضغط المفاجئ إجراء كظمي لأنه يحدث في زمن قصير جداً يكون (كح = صفر)
طد = 0-(-شغ) = شغ
أي أن الشغل المبذول على النظام يتحول إلى طاقة داخلية للنظام (الطاقة الحركية لجزيئات الغاز) ويظهر ذلك على شكل ارتفاع في درجة الحرارة .
كح = صفر ، شغ < صفر
أي أن الشغل موجب لأن الغاز يتمدد
:. طد = 0-(+شغ) = -شغ
أي نقصان الطاقة الداخلية للنظام تحدث نتيجة بذله شغل (تمدده) وينتج عنه نقصان في درجة حرارة الغاز .
ج11/77 : أولاً : الإجراء (التحول) ( أ- ب )
طد = 0 لأن درجة الحرارة تبقى ثابتة
شغ = المساحة = 5×10 –3 × 6×10 4 = 300 جول
طد = 0 :. شغ = كح = 300 جول .
ثانياً : الإجراء (أ-ج)
1. بما أن الإجراء كظمي :. كح = صفر
2. شغ = مساحة شبه المنحرف = (2×10 4 + 6×10 4) × 5×10-3 = 200 جول
3. بما أن كح = صفر :. طد = - شغ = - 200 جول .
الوحدة الثالثة : التوصيل الحراري
الفصل الرابع : التوصيل الحراري
ج 1/101: المقصود :
معامل انتقال الحرارة بالحمل : هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته 1 م2 بتأثير فرق في درجة الحرارة قدره 1 م.
الممال الحراري : هو التغير في درجة حرارة الموصل لكل متر من طوله عندما تنتقل فيه الحرارة عمودياً على مساحة مقطعه العرضي.
معامل الامتصاص : هو النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم و الطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم .
مادة عازلة للحرارة : هي مادة تقاوم انتقال الحرارة عبرها.
جسم أسود مثالي : هو الجسم الذي يمتص جميع الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه ، أي أن معامل امتصاصه 100% .
ج2/101: التفسير :
أ ) السبب هو أن معامل التوصيل للحديد أكبر بكثير من معامل التوصيل للخشب لذا فإنه يكتسب الحرارة بسرعة و يفقدها بسرعة .
ب) لأن المواد العزلة تقاوم انتقال الحرارة عبرها فيساهم هذا في توفير النفقات المصروفة على تكييف المبنى بشكل كبير.
ج3/101: المقارنة :
1) المقارنة بين الحمل الطبيعي و الحمل القسري .
الحمل الطبيعي الحمل القسري
يتم فيه انتقال الحرارة بين منطقتين مختلفتين في درجة الحرارة.
تتم حركة المائع عن طريق التسخين . يتم فيه انتقال الحرارة في كل اتجاه بشكل عشوائي .
تتم حركة المائع باستعمال جهاز ضخ ميكانيكي .
المقارنة بين انتقال الحرارة بالتوصيل و انتقالها بالحمل.

انتقال الحرارة بالتوصيل انتقال الحرارة بالحمل

يتم انتقال الحرارة عن طريق إعطاء الجزيئات جزء من طاقتها للجزيئات المجاورة لها و هكذا .
لا ينتقل الجزيء و لكن تنتقل الطاقة فقط . يتم انتقال الحرارة التي يحملها الجزيء مع انتقال الجزيء من منطقة ذات درجة حرارة أعلى (كثافة أقل ) إلى منطقة ذات درجة حرارة أقل (كثافة أعلى ) . أي ينتقل الجزيء و الطاقة معاً .
ج 4 / 102 : د1 = 200 م ، د2 = 0 م ، ل = 40 سم : ملاحظة : الممال الحراري دائماً سالب .
أ- الممال الحراري = = = - 500 م/ م
ب- بفرض أن درجة الحرارة عند تلك النقطة هي د م فإن :

• 500 = = 75 م

ج 5/102 : معدل فقدان الحرارة بالتوصيل = ؟
بما أن قد = = = 7.5 ×10 3 واط
ج 6/102 : معدل انتقال الحرارة بالحمل = ؟
قد = (مت )ح × س × د = 30 × 10
= 7500 واط
ج7/102 :
أ- معدل انتقال الحرارة بالتوصيل قد = = = 19200 واط
ب – قدرة المدفأة تساوي معدل الانسياب الحراري = 19200 واط = 19.2 كيلو واط
ج 8 /103:
أ- المقاومة الحرارية للمتر المربع مح =
:. مح 1 للصاج = = 41.67 × 10 –5 م2 × م / واط
:. مح2 للصوف الزجاجي = = 0.3913 م2 × م / واط
:. مح3 للألمنيوم = = 1.4354×10 –5 م2 × م / واط
ب- مح = مح1 + مح2 + مح3
= 41.67 × 10 –5 + 0.3913 + 1.4354×10 –5 = 0.3917 م2 × م / واط
ج – معدل انتقال (تسرب) الحرارة إلى داخل الثلاجة = = = 842.48 واط
ج9/103 : يتجمد الماء الذي في كأس الألمونيوم أولاً ، لأن معامل التوصيل الحراري للألمونيوم أكبر منه للزجاج ( 209:1)
ج10/103: ل= 380 نانومتر ، د= ؟
من قانون فين نجد أن ل× ك = 2.897×10 –3 متر.كالفن
:. 380×10 –9 × ك = 2.897×10 –3
:. ك = = 7623.68 كالفن
ولكن بما أن د = ك – 273 =7623.68 – 273= 7350.68 م