كـلام فـي الفيـزيـاء

[رشوان محمود]

الطاقة الداخلية

السلام عليكم

الطاقة الداخلية internal energy :
هي عبارة عن مجموع طاقتي الوضع و الحركة kinetic and potential energy
في الظروف العادية المحيطة بالجزئ ( اي الظروف العادية من الضغط و درجة الحرارة ) تكون internal energy هي طاقة انتقالية transmation energy . و الطاقة الانتقالية لابد ان يصاحبها انتقال لمركز الكتلة ( مركز الثقل center of mass )

________________

انواع الحركات التي تساهم في الطاقة الداخلية :
1- حركة انتقالية transimation motion : حتي تحدث لابد من انتقال مركز ثقل الجزئ
2- الحركة الاهتزازية vibration motion : تحدث عندما يهتز الجزئ حول موضع اتزانه
3- الحركة الدورانية rotational motion : تحدث عند دوران الجزئ
* و هناك ايضا extrim condition الحالة المثارة و التي تحدث عند درجات الحرارة العالية فتدخل
طاقة الاثارة في الطاقة الداخلية
* وايضا اذا تأثرت النواة فتدخل الطاقة النووية nuclear energy في الطاقة الداخلية
و في الغالب تتم الثلاث حركات في وقت واحد ولكن هناك ظروف تكون فيها حركة من هذه
الحركات غالبة , والمشاركة الاساسية تأتي من الحركة الانتقالية

_______________

درجات الحرية degree of fredom :
اولا بالنسبة للجزيئ احادي الذرة :
توجد ثلاث احتمالات للحركة في الجزيئ احادي الذرة و هي حركة في اتجاه x و حركة في اتجاه y و حركة في اتجاه z
و الجزئ احادي الذرة تحت الظروف العادية من ضغط و درجة حرارة تكون طاقته الاساسية طاقة انتقالية وذلك نتيجة حركة مركز الثقل

molecule energy = ( 3 transtimation ) × (1/2 ) kT

و لكن اذا كانت الظروف الخارجية شديدة مثل تسليط حرارة شديدة ( او ضوء شديد مثل الليزر ) في هذه الحالة يمكن ان تحدث اثارة للالكترونات فتنتقل الي مدار اعلي , فتكون الطاقة الداخلية عبارة عن طاقة انتقالية + طاقة اثارة
اما اذا كان التأثير شديد للغاية ( مثل تسليط اشعة جاما ) في هذه الحالة تثار النواة , و بذلك تكون الطاقة الداخلية عبارة عن طاقة انتقالية + طاقة اثارة + طاقة نووية
ثانيا بالنسبة للجزئ ثنائي الذرة :
الجزئ ثنائي الذرة عبراة عن جزئ مكون من ذرتين , وفي الميكانيكا نتصور الرابطة بين الذرتين علي شكل حلزوني ( مثل الزنبرك )
في الطروف العادية ستكون هناك نوعين من الحركة : حركة انتقالية و حركة دورانية
و كما قلنا ان هناك ثلاث درجات حرية للحركة الانتقالية
ايضا يوجد درجتان للحرية للحركة الدورانية , ( ويمكنك التأكد من ذلك بنفسك )
اذن

molecule energy = ( 1/2) kt × 5 = 5/2 × kT

اما الحركة الاهتزازية يكون لها درجة حرية واحدة , ولكن في حالة خاصة يكون لها درجتان وذلك في حالة الزنبرك والذي لا يكون حر الحركة فتكون هناك درجة حرية اخري ( درجة حرية لطاقة الحركة و درجة اخري للطاقة الوضع )
اذن الطاقة الجزئ بالنسبة للحركة الاهتزازية = kT = 2 × (1/2) kt
و بذلك تكون طاقة الجزئ ثنائي الذرة في الظروف العادية

moleculee energy = [ 3 ( transition ) + 2 (rotion ) + 2 ( vibration ) ] × (1/2).kT
ــــــــــــــــــــــــــــ

و اكتفي بهذا القدر و اترك المناقشة للاخوة للاعضاء

[دناي بن موسى]

السلام عليكم

سبحان الله هذا ما كنت أبحت عليه استاد رشوان فشكرا لك ولكن عندي بعض الأسئلة

و كما قلنا ان هناك ثلاث درجات حرية للحركة الانتقالية
ايضا يوجد درجتان للحرية للحركة الانتقالية

هنا خطأ مطبعي أطن كنت تقصد الدورانية

و لكن اذا كانت الظروف الخارجية شديدة مثل تسليط حرارة شديدة ( او ضوء شديد مثل الليزر ) في هذه الحالة يمكن ان تحدث اثارة للالكترونات فتنتقل الي مدار اعلي , فتكون الطاقة الداخلية عبارة عن طاقة انتقالية + طاقة اثارة

هل في هذه الحالة يمكن ان يصبح الإلكترون حرا

وشكرا مسبقا

[رشوان محمود]

اهلا دناي

بالفعل كما قولت هناك خطأ و صححته الان لتكون العبارة كالتالي :
(( و كما قلنا ان هناك ثلاث درجات حرية للحركة الانتقالية
ايضا يوجد درجتان للحرية للحركة الدورانية))

و بالنسبة للاستفسار الثاني : اثارة الالكترونات تجعلها حرة

[s.alghamdi]

السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

شكرا لك أستاذ رشوان موضوع جدا رائع و قد أضافت لجعبة معلوماتي الشي الكثير ... لكني ارجو من سعادتك بعض التوضيح حتى تتضح لي الصوره كامله
و لك مني جزيل الشكر و من الله-بإذنه- وافر الأجر .

على بركة الله ابدأ ..

قد تفضلت مشكورا بطرح تعريف الطاقه الداخليه و هي كما فهمتها ... الطاقه الداخليه للذره ككل ... و ليست حصرا على طاقة النواه .

ثم بعد ذلك تفضلت بشرح العوامل المساهمه في الطاقة الداخليه ...

لكن سؤالي الآن ...

هل الحركه الإهتزازيه و الدورانيه لا تحدث من دون الحركة الإنتقاليه ؟؟
لأنك كما تفضلت و ذكرت

والمشاركة الاساسية تأتي من الحركة الانتقالية

و بالنسبه لما ذكرته - مشكورا- بـ

درجات الحرية degree of fredom :

هل المقصود بهذا المصطلح درجات الحريه لحركة الذرات عموما ... مثلا .. حركة ذرات الخشب في قطعة الخشب ؟؟

molecule energy = ( 3 transtimation ) × (1/2 ) kT

اسـتاذي هل لي من سعادتكم بعض التوضيح بحدود المعادله ؟
ذكرت في موضوعك العوامل الخارجيه التي قد تؤثر على الذره مثل الحراره العاليه و الضوء الشديد .. ثم ذكرت أنه...

يمكن ان تحدث اثارة للالكترونات فتنتقل الي مدار اعلى

هل المدار العالي هو المدار ذو الطاقه العاليه ...
و هل كلما ابتعد الإلكترون عن النواه اي في مدار بعيد نسبيا كانت طاقة ربطه بمداره أقل- اي بمعنى- ما علاقة طاقة ربط الإلكترون بموقع المدار ؟؟

و في المحور الثاني من " درجات الحريه "
وردت المعادله التاليه

molecule energy = ( 1/2) kt × 5 = 5/2 × kT

في المعادله السابقه كان العدد 3 بدلا من 5 هل سبب الزياده لأنه يوجد درجتان حريه للحركه الإنتقاليه .
و الحركه الإهتزازيه درجة حريه واحده و لكن في حاله خاصه درجتين حريه " حالة الزنبرك"

ما سبب الفرق بين جزيء الذره الواحده و جزيء الذرتين هل السبب فقط " الرابطه الحلزونيه " ؟

و عذرا استاذي الفاضل ...
هل لي منك بعض التوضيح بحدود المعادله

moleculee energy = [ 3 ( transition ) + 2 (rotion ) + 2 ( vibration ) ] × (1/2).kT

و هل تختلف عن المعادله

molecule energy = ( 1/2) kt × 5 = 5/2 × kT

أعجبني الموضوع كثيرا


و عذرا إن أثقلت عليك بإستيضاحاتي

[رشوان محمود]

وعليكم السلام يا سعاد
بخصوص الاسئلة
هل الحركه الإهتزازيه و الدورانيه لا تحدث من دون الحركة الإنتقاليه ؟؟
و ما المانع في حدوث حركة اهتزازية بدون حركة انتقالية مثل حركة جزيئات الحديد في قطعة الحديد

توضيح المعادلة molecule energy = ( 3 transtimation ) × (1/2 ) kT الطاقة الناتجة من حركة الجزئ حركة انتقالية نكتبها دائما بالشكل . KT.3/2
لكن لماذا وضعنا الرقم 3 ؟
لانه توجد ثلاث احتمالات للحركة و هي حركة في محور x وحركة في اتجاه محور y وحركة في اتجاه محور z
we have three probability of motion , then we have three degree of freedom

ما سبب الفرق بين جزيء الذره الواحده و جزيء الذرتين هل السبب فقط " الرابطه الحلزونيه " ؟
الجزئ احادي الذرة يتكون من ذرة واحد ولاحظ ان العناصر الصلبة جزيئاتها احادية مثل الحديد و الكبريت مثلا
اما الجزئ ثنائي الذرة فيتكون من ذرتين , و وجهة النظر الميكانيكية للرابطة بينهما تختلف عن وجهة النظر الكيمائية , فمن الناحية الميكانيكية نتصور للرابطة علي شكل حلزوني مثل الزنبرك

وضح المعادلة
moleculee energy = [ 3 ( transition ) + 2 (rotion ) + 2 ( vibration ) ] × (1/2).kT
توضح هذه المعادلة مساهمة من الحركة الانتقالية و لها 3 درجات حرية , و مساهمة من الحركة الدورانية ولها درجتان حرية , ومساهمة من الحركة الاهتزازية ولها درجتان حرية
و خل تختلف عن المعادلة molecule energy = ( 1/2) kt × 5 = 5/2 × kT ؟
نعم وهذا واضح جدا من شكل المعادلة
المعادلة الاولي انت لجزئ احادي الذرة اذن فلا توجد حركة دروانية للجزئ
المعادلة الثانية كانت لجزئ ثنائي الذرة و قد اضافت الحركة الدورانية للطاقة الداخلية بدرجتان حرية

و في انتظار الدكتور حازم و د.معاذ و باقي الاعضاء للمناقشة و ايضا لتفعيل الموضوع و الرد علي الاستفسارات

[s.alghamdi]

شكرا لك الف شكر استاذي

و بإنتظار مشاركة باقي الأعضاء ... حتى يزداد الموضوع جمالا

[HazemSakeek]

اشكرك عزيزي رشوان على هذا الموضوع الهام حول الطاقة الداخلية واحب ان اضيف هنا ان الطاقة الداخلية للذرات تختلف عنه في الجزئيات لان كما ذكرت الطاقة الداخلية هي مجموع طاقة الحركة وطاقة الوضع والامر بالنسبة للذرة اكثر وضوحا ولكن في حالة الجزئيات حيث تكون اكثر من ذرة متبطة مع بعضها البعض مثل CO2 فهناك اكثر من نوع من الحركة وهي الحركة الدوارنية والحركة الاهتزازية كما ورد اعلاه

وقد تم الاستدال على هذه الحركات من دراسة الطيف المنبعث من اثارة الجزئيات حيث وجد بالتحليل الدقيق ان الطيف مكون من ثلاثة انواع من الاطياف تشكل حزمة طيفية لها اتساع معين وان هذا الطيف يعود الى تكميم مستويات الطاقة وتكميم مستويات الطاقة للحركة الاهتزازية وتكميم مستويات الطاقة للحركة الاهتزازية

وفي حالة الذرة لا يوجد الا حركة الالكترون حول النواة وهنا لا نقول جزء من ذرة واحدة فالجزئ هو ذرتين مرتبطتين فاكثر


في مشاركة سعاد

هل المدار العالي هو المدار ذو الطاقه العاليه ...
و هل كلما ابتعد الإلكترون عن النواه اي في مدار بعيد نسبيا كانت طاقة ربطه بمداره أقل- اي بمعنى- ما علاقة طاقة ربط الإلكترون بموقع المدار ؟؟

المقصود بالمدار العالي هو المدار الاخير الذي تشغله الالكترونات في الذرة فنحن نعرف ان الالكترونات تتوزع على المدارات حسب سعتها والمدار الاخير هو الذي يحدد خواص الذرة والطيف الناتج عن الذرة يعود لهذه الالكترونات في الذرة الاخيرة وتسمى هذه بالخواص البصرية للذرة لانه من السهل اثارة هذا الالكترون وطاقة الالكترون في هذا المدار هي طاقة الربط بالفعل واذا انتقل الالكترون الى اي مدار اخر يكون الكترون مثار وتكون طاقة ارتباطه في النواة اقل. اما اذا اصبحت الاثارة لالكترونات المدارات الداخلبة للذرة K-****l نكون في مدى طيف اشعة اكس واذا كانت الاثارة اكبر بكثير ندخل في اثارة النواة نفسها وينتج طيف اشعة جاما.


تحياتي