دروس مُتقنشرح كتب المنهج كاملة استعد للتحصيلي مع مُتقن

الدرس الأول: الحرارة

الدرس ١٣ من ١٦العلومالصف الرابع الابتدائيصفحات ١٣٨–١٤٧

صفحة ١٣٨

صفحة ١ من ١٠

صفحة ١٣٨

انظر إلى هذه السحلية وهي تقف فوق صخرة تحت أشعة الشمس. السحلية تفعل ذلك لتدفئ جسمها بالحرارة الآتية من ضوء الشمس المباشر. فكر الآن في الحيوانات الأخرى التي تعيش في بيئات شديدة البرودة كالمناطق القطبية، حيث يندر ظهور الشمس وتغيب الدفء: كيف تستطيع الحفاظ على حرارة أجسامها من الضياع والبقاء حية هناك؟

صفحة ١٣٩

في هذا النشاط الاستقصائي، ستختبر دور الدهن في حبس الحرارة كما في أجساد الحيتان والفقمة. ضع يدك مرتديا القفاز في ماء مثلج وقس بساعة الإيقاف كم ثانية تتحمل برودته. ثم كرر الخطوة بعد دهن القفاز بطبقة سميكة من السمن النباتي. قارن بين الوقتين؛ ستلاحظ أن السمن عمل كطبقة عازلة، ومن هنا تستنتج أهمية طبقة الدهن لتدفئة أجسام الثدييات.

صفحة ١٤٠

الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تجعل جزيئات أي مادة تتحرك باستمرار. أما الحرارة فهي انتقال هذه الطاقة من الجسم الأسخن إلى الأبرد دوما. انظر إلى صورة محمصة الخبز: حين تسخن، تتحرك جزيئاتها بسرعة وتصطدم بجزيئات الهواء البارد المحيط بها، فتنتقل الحرارة من المحمصة الأكثر دفئا إلى الهواء الأبرد، حتى تصبح سرعة حركة الجزيئات متساوية بينهما ويتوقف الانتقال.

صفحة ١٤١

انظر إلى صورة عود الثقاب؛ الاحتكاك بسطح خشن يولد حرارة. وتقاس درجة الحرارة، وهي متوسط طاقة حركة الجزيئات، بأداة تسمى الثرمومتر بوحدة السلسيوس. عند التسخين يتمدد السائل بالداخل ويرتفع. طالع مقياس الحرارة في الصورة؛ نهايته تشير إلى الصفر سلسيوس وهي درجة تجمد الماء، بينما المئة سلسيوس أعلى المقياس تمثل درجة غليانه.

صفحة ١٤٢

تنتقل الحرارة بثلاث طرائق؛ الأولى هي التوصيل الحراري ويحدث في المواد الصلبة حين تتلامس الأجسام مباشرة، كملامسة لهب الموقد لقاع الوعاء فتنتقل الطاقة عبر جزيئاته. والطريقة الثانية هي الحمل الحراري وتحدث في السوائل والغازات. انظر للوعاء: يسخن الماء في الأسفل ويرتفع لأعلى، ويهبط مكانه الماء البارد مشكلا تيارات حمل مستمرة حتى يغلي الماء كله.

صفحة ١٤٣

الطريقة الثالثة لانتقال الحرارة هي الإشعاع، وبها تصلنا حرارة الشمس عابرة الفضاء دون حاجة إلى وسط مادي. والمواد تنقسم إلى موصلة تنقل الحرارة بسهولة كالألومنيوم والحديد، ومواد عازلة لا تنقلها جيدا كالصوف والبلاستيك والدهون. انظر إلى إبريق الشاي: صنع جسمه من الألومنيوم ليسخن الشاي سريعا، بينما صنع مقبضه من البلاستيك العازل لحماية يدك من الاحتراق.

صفحة ١٤٤

تحدث الحرارة تغيرات في المادة؛ فتسبب تمددها بزيادة تباعد جزيئاتها، أو تغير حالتها الفيزيائية بالانصهار والتبخر كما ترى العامل يصهر النحاس الصلب إلى سائل. وقد تسبب الحرارة تغيرا كيميائيا مثل الاحتراق، حيث تحترق بعض المواد كالوقود مطلقة الطاقة المخزونة داخلها لإنتاج مواد جديدة تماما.

صفحة ١٤٥

تراجع هذه الصفحة أهم أفكار الدرس. تذكر أن الحرارة تنتقل بالإشعاع في الفراغ، وتأمل كيف تؤثر الحرارة في الجليد والماء والهواء بالتحول أو التمدد. فكر في سبب صنع أواني الطهي من الألومنيوم والنحاس لاختيار الإجابة الصحيحة؛ وتذكر دائما أن الحرارة تنتقل دوما من الأسخن إلى الأبرد ولا تنتقل بالعكس.

صفحة ١٤٦

الاستنتاج يعني تكوين فكرة اعتمادا على حقائق وملاحظات مسجلة بوضوح. في هذه التجربة، ستقارن قدرة مواد مختلفة على منع وصول الحرارة إلى مكعبات الثلج. ستحضر أربعة مكعبات متساوية وتغلف الأول بالورق، والثاني برقائق الألومنيوم، والثالث بالغلاف البلاستيكي، وتترك الرابع حرا دون تغليف لتبدأ بمراقبة ومقارنة سرعة ذوبان كل منها.

صفحة ١٤٧

سجل في هذا الجدول زمن بداية التجربة ثم زمن ذوبان كل مكعب من مكعبات الثلج الأربعة. قارن بين زمن المكعب المكشوف والمكعبات المغلفة لتكتشف أي مادة أخرت وصول الحرارة أكثر وكانت الأفضل في العزل، وأيها كان توصيلها أسرع، مستنتجا خصائص كل مادة من بيانات الجدول بدقة.

الفكرة الأساسية

الحرارة هي الطاقة التي تجعل جسيمات المادة في حالة حركة، وانتقالها من جسم إلى آخر يسبب تغيرات في المادة، وتنتقل الحرارة دائما من الأجسام الأدفأ إلى الأجسام الأبرد.

الشرح

الطاقة الحرارية تجعل جسيمات المادة تتحرك. والحرارة هي انتقال الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر، وتنتقل بثلاث طرق: أولا التوصيل الحراري في المواد الصلبة عند تلامس جسمين مختلفين في دراجة الحرارة. ثانيا الحمل الحراري الذي ينقل الحرارة خلال السوائل والغازات، حيث ترتفع الساخنة إلى أعلى وتحل محلها الباردة. ثالثا الإشعاع الحراري الذي ينقل الطاقة الحرارية في الفراغ من دون أن يحتاج إلى وسط مادي مثل طاقة الشمس الواصلة إلى الأرض. وللمواد نوعان تجاه الحرارة: مواد موصلة تنقل الحرارة بسهولة كالحديد والألمنيوم، ومواد عازلة لا تنقل الحرارة بشكل جيد كالصهف والدهون.

مثال محلول خطوة بخطوة

عند وضع إبريق شاي مصنوع من الألمنيوم على الموقد الساخن لتسخين الماء:

تلامس قاعدة الإبريق الموقد فتنتقل الحرارة بالتوصيل.
تسخن جسيمات الماء القريبة من قاع الإبريق أولا.
ترتفع هذه الجسيمات الساخنة إلى أعلى بالحمل الحراري، وتحل محلها جسيمات الماء الباردة.
تستمر العملية حتى تصل كمية الماء كلها إلى حالة الغليان.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن الحرارة تنتقل من الأجسام الأبرد إلى الأجسام الأدفأ، والصحيح أنها تنتقل دائما من الأجسام الأدفأ إلى الأجسام الأبرد.
الاعتقاد بأن الإشعاع الحراري يحتاج إلى وسط مادي لكي ينتقل، والصحيح أنه ينقل الطاقة الحرارية في الفراغ.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما هي الطرق الثلاث لانتقال الحرارة؟ الإجابة: التوصيل الحراري، والحمل الحراري، والإشعاع الحراري. السؤال الثاني: ما هي الوحدة المستخدمة في قياس درجة الحرارة؟ الإجابة: وحدة السلسيوس (س).