تويت
حراره كتليه
Specific heat - Chaleur massique
الحرارة الكتلية
يقصد بالحرارة الكتلية الحرارة النوعية specific heat، وذلك للتأكيد على ارتباط المصطلح بواحدة الكتلة من المادة ، مثل الغرام أو الكيلو غرام، إضافة إلى اختلافها باختلاف نوع المادة، فتعرف بأنها كمية الحرارة[ر] اللازمة لرفع درجة حرارة واحدة الكتلة درجة واحدة. لذلك يمكن أن تختلف قيمها المعطاة بالجداول باختلاف جملة الواحدات المستخدمة وباختلاف السلم الحراري الذي يعبر عن درجة الحرارة[ر]. ليس هذا فحسب، بل تبين أن هذه الكمية تختلف، بصورة عامة، باختلاف موقع الدرجة على السلم الحراري. وأوضح مثال على ذلك الواحدة التي تقاس بها كمية الحرارة، فقد عرفت بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء درجة مئوية (سلزيوس) واحدة، وسميت الحريرة calory؛ إلا أن بعضهم يستخدم الكلمة مقابل كتلة قدرها كيلوغرام، ويسميها بعضهم الحريرة الكبيرة أو الحرة منعاً للالتباس. ولما زادت دقة القياسات تبين أنها تتغير تغيراً طفيفاً عند قياسها بين 14 ْ و15 ْس عنه عندما تقاس بين 70 و71 ْ س مثلاً، فسميت لذلك حريرة الدرجة 15.
ثمة سبب آخر، في الواقع، لإظهار الكتلة هو اكتشاف تشابه سلوك المواد المختلفة عندما تؤخذ جزيئة غرامية من أي مادة أو ما يسمى المول mole، فعرّفت الحرارة المولية؛ كأن نأخذ 63غراماً من النحاس و نقارن سلوكها الحراري مع 27غراماً من الألمنيوم، فنجد تقارباً بين كميتي الحرارة اللازمتين لتغيير درجتيهما درجة واحدة، قرب درجة الحرارة العادية. ويكون التقارب أوضح في حالة الغازات، غير أنه يجب أن نميز هنا بين إجراء القياس مع إبقاء الضغط ثابتاً، فنرمز لها بـCp ، أو إجرائه مع إبقاء الحجم ثابتا، ونرمز لها بـCv. ففي حين يكون الاختلاف بين القياسين في حالة الأجسام الصلبة طفيفاً، قرب درجات الحرارة العادية، فهو من مرتبة قيمة Cv في حالة الغازات.
إن تغير Cv أو Cp مع تغير درجة الحرارة يفرض تعريفهما تعريفاً تفاضلياً كنهاية حاصل قسمة مقدارين صغيرين جداً dQ على dT. إذ يجري القياس عادة بأخذ m غراماً من المادة وإعطائها كمية من الحرارة ثم يحدد تغير درجة حرارتها الناتج، فتكون النسبة بينهما هي ما يعرف بالسعة الحرارية للكتلة heat capacity وبالتقسيم ثانية على m نحصل على الحرارة الكتلية الوسطية، يستخلص بعدئذ حسابياً الحرارة الكتلية أو الحرارة المولية عند كل درجة من درجات الحرارة. يبين الشكل-1- تغيرات الحرارة المولية للنحاس ممثلاً للأجسام الصلبة، وللماء موضحاً الفرق بين القيمتين عند الانتقال إلى الحالة الصلبة. و يظهر في الشكل اقتراب الحرارة المولية أو الحرارة الكتلية من الصفر قرب الصفر المطلق.
تساعد معرفة الحرارة الكتلية للمواد المختلفة على اختيار مادة مناسبة للتبريد أو لاستخدامها في المبادلات الحرارية، إضافة إلى معرفة ناقليتها الحرارية. فإن كبر الحرارة الكتلية لمصهور الصوديوم هو سبب استخدامه في تبريد المفاعلات النووية، كما أن تفرد الماء بحرارة كتلية عالية بين السوائل تكسبه المزيد من الخواص المميزة الأخرى.
فوزي عوض
Specific heat - Chaleur massique
الحرارة الكتلية
 |
| الشكل (1) |
ثمة سبب آخر، في الواقع، لإظهار الكتلة هو اكتشاف تشابه سلوك المواد المختلفة عندما تؤخذ جزيئة غرامية من أي مادة أو ما يسمى المول mole، فعرّفت الحرارة المولية؛ كأن نأخذ 63غراماً من النحاس و نقارن سلوكها الحراري مع 27غراماً من الألمنيوم، فنجد تقارباً بين كميتي الحرارة اللازمتين لتغيير درجتيهما درجة واحدة، قرب درجة الحرارة العادية. ويكون التقارب أوضح في حالة الغازات، غير أنه يجب أن نميز هنا بين إجراء القياس مع إبقاء الضغط ثابتاً، فنرمز لها بـCp ، أو إجرائه مع إبقاء الحجم ثابتا، ونرمز لها بـCv. ففي حين يكون الاختلاف بين القياسين في حالة الأجسام الصلبة طفيفاً، قرب درجات الحرارة العادية، فهو من مرتبة قيمة Cv في حالة الغازات.
إن تغير Cv أو Cp مع تغير درجة الحرارة يفرض تعريفهما تعريفاً تفاضلياً كنهاية حاصل قسمة مقدارين صغيرين جداً dQ على dT. إذ يجري القياس عادة بأخذ m غراماً من المادة وإعطائها كمية من الحرارة ثم يحدد تغير درجة حرارتها الناتج، فتكون النسبة بينهما هي ما يعرف بالسعة الحرارية للكتلة heat capacity وبالتقسيم ثانية على m نحصل على الحرارة الكتلية الوسطية، يستخلص بعدئذ حسابياً الحرارة الكتلية أو الحرارة المولية عند كل درجة من درجات الحرارة. يبين الشكل-1- تغيرات الحرارة المولية للنحاس ممثلاً للأجسام الصلبة، وللماء موضحاً الفرق بين القيمتين عند الانتقال إلى الحالة الصلبة. و يظهر في الشكل اقتراب الحرارة المولية أو الحرارة الكتلية من الصفر قرب الصفر المطلق.
تساعد معرفة الحرارة الكتلية للمواد المختلفة على اختيار مادة مناسبة للتبريد أو لاستخدامها في المبادلات الحرارية، إضافة إلى معرفة ناقليتها الحرارية. فإن كبر الحرارة الكتلية لمصهور الصوديوم هو سبب استخدامه في تبريد المفاعلات النووية، كما أن تفرد الماء بحرارة كتلية عالية بين السوائل تكسبه المزيد من الخواص المميزة الأخرى.
فوزي عوض