الحرارة النوعية

[الطيف الكهرومغناطيسي]

من المعروف أن الحرارة النوعية هي كمية الحرارة التي يكتسبها كغم من المادة . فكل مادة لها حرارة نوعية تختلف عن المادة الأخرى والماء اكبر مادة لها حرارة نوعية فهل هذا يعتمد على حجم الجزيئات والمسافة بينها أم أن هناك سبب آخر يجعل الحرارة النوعية تختلف من مادة إلى أخرى ؟

[الطيف الكهرومغناطيسي]

قد يكون السؤال تافه بالنسبة للبعض ولكن بالنسبة لي جدا مهم فهل من مجيب ؟ بالإضافة إلى السؤال السابق سؤال آخر . من المعروف أن حجم الغاز عند درجة حرارة صفر كالفن تكون مساوية للصفر فهل معنى ذلك أن جميع الغازات تتحول إلى سوائل ؟ أم تتوقف حركة جزيئات المادة ؟ وإذا كانت تتوقف . أليس هذا يتعارض مع فروض النظرية الحركية للمادة التي من فروضها أن الجزيئات تكون في حالة حركة دائمة ومستمرة ؟ ألم يتوصل العلماء إلى درجة حرارة أقل من الصفر الكالفن ؟
رجائي الخاص الاهتمام بالسؤالين مع خالص الشكر .

[فيزيائي]

السلام عليكم
بالنسبة لسؤالك الأول:
دعني أقول أولاً أن الحرارة النوعية للمادة هي النسبة بين السعة الحرارية لتلك المادة و السعة الحرارية لمادة قياسية أخرى ( عادة ما تكون الماء).   والسعة الحرارية هو الحرارة اللأزمة لرفع درجة حرارة و حدة قياسية من المادة (كيلو جرام واحد) درجة واحدة.
في عتقادي سبب اختلاف الحرارة النوعية من مادة الى أخرى يعود الى مدى تراص وترابط ذرات المادة ومن ثم قدرتها على توصيل الحرارة. فلى سبيل المثال: ذرات الحديد تكون متراصة بشكل جيد بحيث عند تسخنه تنتقل الحرارة بين أجزائه بسرعة ومن ثم ترتفع درجة حرارته بسرعة أيضاً، أما في حالة الماء فان جزيئات الماء ليست مترابطة بنفس الشدة ولا هي متراصة  بل تتحرك بحرية كبيرة لذلك يكون توصيل الحراة فيما بينها أضعف و تحتاج الى قدر أكبر من الحرارة.

السؤال الثاني:
- الحجم عند صفر كلفن لا يساوي صفر !!!
- تتحول الغازات عند صفر كلفن الى جوامد (صلبة)، مع و جود بعض الأستثنات مثل غاز الهيليوم الذي يكون في الحالة السائلة.
- لا تتوقف حركة جزيئات المادة عند صفر كلفن بل تضل متحركة.
- حسب علمي أنه لم يستطع أحد الوصول عملياً الى درجة صفر كلفن فضلاً عن تجاوزها لدرجات أقل.


و الله أعلم '>  '>

[الطيف الكهرومغناطيسي]

شكرا على تفاعلك معي في الموضوع ولكن أنا قلت حجم الغاز ولم أقل حجم المادة أي أن الغاز بأكمله يتحول إلى مادة أخرى أي أن حجمه كمادة غازية صفر انتهى كمادة غازية وبدأ كمادة أخرى وإلا لن يتحقق شرط العلاقة الطردية بين درجة الحرارة بالكالفن وحجم الغاز والمهم أن حركة جزيئات المادة لا تتوقف فلقد قرأت هذا في كتاب لاأذكر اسمه ولكن لم اقتنع بالكلام وكنت أريد أن أتأكد من وجهة نظري فشكرا مرة أخرى .
- أما ماقلته عن الحرارة النوعية فلماذا الحرارة النوعية للماء أكبر من أي مادة أخرى مع العلم أنه يوجد سوائل أخرى غير الماء  جزيئاتها  ليست مترابطة بنفس الشدة ولا هي متراصة  بل تتحرك بحرية كبيرة لذلك يكون توصيل الحراة فيما بينها أضعف و تحتاج الى قدر أكبر من الحرارة

[نيوتن]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته..
الأخوين الكريمين الطيف و فيزيائي إسمحا لي بمخالفتكما الرأي بخصوص درجةالصفر المطلق فلقد حاول العلماء الحصول عليها وذلك بتسليط أشعة في مستويات مختلفة بإتجاه جزيئات مادة في محاولة للسيطرة على حركتها مماأدى لسكونها أي توقفها وانخفضت درجة حرارتها  للصفر المطلق،، هذا والله أعلم

[الطيف الكهرومغناطيسي]

عذرا : ولكن لم يجبني أحد على سؤالي وهو لماذا الحرارة النوعية للماء أكبر من أي مادة أخرى مع العلم أنه يوجد سوائل أخرى غير الماء  جزيئاتها  ليست مترابطة بنفس الشدة ولا هي متراصة  بل تتحرك بحرية كبيرة ومع ذلك تكون الحرارة النوعية لها أقل بالإضافة إلى أن الغازات قوة الترابط بين جزيئاتها ضعيفة جدا أي حسب كلامك أخي فيزيائي فالمفروض أن تكون الحرارة النوعية لها عالية جدا ومع ذلك فالحرارة النوعية للماء هي أكبر . لمــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــاذا ؟؟؟؟؟؟؟؟؟ '>

[فيزيائي]

اخي الطيف الكهرومغناطيسي.. بصراحة سؤالك حيرني '>
لكن على العموم هنا مستطعت الحصول عليه:
1- هناك بعض الغازات حرارتها النوعية أعلى من الماء، فمثلاً عند درجة 25 درجة مئوية تكون الرارة النوعرية للماء 0.998 بينما تكون 3.42 و 1.24 للهيدروجين و الهيليوم على الترتيب.
2- يكمن السبب وراء كون الحرارة النوعية للماء هي الأعلى على مستوى   السوائل لكون جزئ الماء يتمتع بدرجات حرية عالية في الذبذبات لا تتوفر في السوائل الأخرى.

لست متأكداً من دقة الكلام في النقطة الثانية.
للأسف لا أعرف أحد متخصص في الفيزياء الكيميائية حتى أسئله.

و الله تعالى أعلم

[الطيف الكهرومغناطيسي]

عفوا أخي ولكن الحرارة النوعية للماء أعلى من الحرارة النوعية لكل من السوائل والجوامد أيضا ولا أعرف بالنسبة للغازات إذا كانت الحرارة النوعية لها أكبر من الحرارة النوعية للماء إلا من خلال ما قرأته الآن من خلال القيم التي كتبتها أنت .
وأشكرك جدا على اهتمامك بهذا الموضوع لأني ما زلت في حاجة إلى المعرفة .
فإلى الأمام في البحث ووفقك الله  '>  
حقيقي عجزت أنا عن إيجاد الإجابة المقنعة وما زلت في حاجة إلى معرفتها فرجائي الخاص ممن عنده فكرة عن الموضوع الإجابة عنه . '>

[ابو فيصل]

إن الحرارة النوعية تعتمد على التركيب الجزيئي للمادة لأن رفع درجة حرارة الجسم يتطلب زيادة الطاقة الحركية لجزيئاته
ولو نظرنا الى مفهوم الحرارة النوعية نجد انه  كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة وحدة الكتل من المادة درجة مئوية واحدة  نجد انه يتطابق مع ما ذكرنا سابقا
وبناء على ذلك نتوقع ان الحرارة النوعية للغازات ذات الجزيئات المعقدة اكبر مماهي في الغازات البسيطة احادية الذرة

[الطيف الكهرومغناطيسي]

يا أخوان أريد إجابة واضحة على سؤالي .
حتى الآن لم يجبني أحد على سؤالي   مع أنه واضح جدا  '>

لمـــــــــــــــاذا الماء بالذات من بين المواد الجامدة والسائلة الحرارة النوعية له عالية أعلى الجميع ؟ما هو السر في الماء يا أهل الكيمياء ويا أهل الفيزياء أفيدونا ؟

[ابو سلمان]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
أخي العزيز الطيف
لدي اجابة عامة لسؤالك وهي تفسر الاختلاف في الحرارة النوعية للمواد والتي من بينها الماء .
أولاً علينا أن نعلم أن درجة حرارة الجسم هي مقياس للطاقة الحركية للجزيئات وليس مقياساً صحيحاً للطاقة الداخلية لها ( internal energy ). بمعنى أنه إذا كان لدينا جسمان لهما نفس درجة الحرارة ( مثلاً 25 درجة ) فإنه باستطاعتنا بأن نقول بأن جزيئاتهما لهما نفس الطاقة الحركية ... لكن لا نستطيع أن نقول بأن لهما نفس الطاقة الداخلية .
والطاقة الداخلية يا أخي العزيز تشمل ( الطاقة الحركية kinetic energy  وكذلك طاقة الوضع potential energy بالاضافة للطاقة الاهتزازية للجزيئ vibrational وكذلك الطاقة الدورانية rotational )  والطاقة الحركية معروف أنها عبارة عن الطاقة الانتقالية للجزيئات والتي تتحرك بها في جميع الاتجاهات .. وأما طاقة الوضع فهي عبارة عن طاقة الترابط للجزيئات والتي من بينها الرابطة الايونية ورابطة فاندر فالز والقطبية وغيرها ..فكلها تدخل ضمن طاقة الوضع للمادة .
فإذا تساوى جسمان في درجة الحراره فهما متساويان في الطاقة الحركية لكنهما قد يكونان مختلفان في طاقة الوضع .. وهنا يأتي الاختلاف في الحرارة النوعية ... كيف ؟؟
افرض لدينا جسمان لهما نفس الكتلة ولهما نفس درجة الحرارة ...
تخيل اننا اعطينا كلا الجسمين كمية من الحرارة وبمقدار متساوي ... ماذا سيحصل ؟؟ طبعاً سوف تتوزع الطاقة المعطاه على طاقات الجزيئات لكل مادة ..  بمعنى أن جزء من الطاقة ستذهب إلى زيادة الطاقة الحركية والجزء الاخر سيذهب في مقاومة طاقة الوضع (تفكيك طاقة الترابط ) وكلما كانت طاقة الوضع للمادة كبيرة كلما كانت الطاقة المخصصه لها كبيرة
وهذا يعني أن المادة التي لها طاقة وضع كبيرة فإن جزء صغير من الطاقة المعطاه ستذهب في زيادة الطاقة الحركية ولذلك فإن ارتفاع درجة حرارة الجسم ستكون بمقدار صغير كذلك  ... والعكس صحيح .
فالماء له حرارة نوعية كبيرة لأن له طاقة وضع كبيرة (potential energy) وتحتاج إلى كمية كبيرة من الطاقة لتفكيكها (الروابط) ... وحرارة الرمال المجاورة لها كبيرة لأن له طاقة وضع صغيرة فلذلك تذهب معظم الطاقة على شكل طاقة حركية مما يجعل درجة حرارتها كبيرة .
أرجو أن يكون في ذلك ما يفيدك ويزيل عنك الغموض ... وسابحث لك إن شاء الله عن مرجع يحدد مقدار طاقة الوضع لكل مادة حتى نستطيع أن تكلم بلغة الارقام فتتضح الصورة بشكل أفضل والله تعالى أعلم .
معلومات اضافية :
1- الحرارة النوعية للمواد ليست ثابتة بل هي متغيرة وتتأثر بدرجة حرارة الجسم إذ أنها تقل مع ازدياد الحرارة .. لذا تلاحظ أن الاخ فيزيائي جزاه الله خير قال في مثالة (فمثلاً عند درجة 25 درجة مئوية تكون الحرارة النوعية للماء 0.998 بينما تكون 3.42 و 1.24 للهيدروجين و الهيليوم على الترتيب. ) وهذه أمثلة للحرارة النوعية عند 25 درجة .
2 - الحرارة النوعية للماء ليست هي الاكبر ولكنها مرتفعة نسبياً .

هذا ما استطعت أن افيدك به وأسأل الله أن ينفعنا به جميعاً
أخوك / ابو سلمان

[فيزيائي]

السلام عليكم و رحمة الله،
أخي ابو سليمان القوى الرابطة في الجوامد أكبر منها في السوائل، وهي أحد الأسباب التي تجعل الحرارة النوعية في السوائل أكبر منها في الجوامد (طبعاً عند نفس درجة الحرارة).
بشكل عام فان هناك علاقة بين الحرارة النوعية و درجة الحرية التي يتمتع بها العنصر أو المركب. ففي الحديد مثلاً تكون قوة الربط بين الذرات قوية بحيث تحد من حركتها بينما في الماء تجد أن اللمركب الحرية في التذبذب و الدوران.. فأنت عندما تبداء بتسخين قطعة حديد تعطي طاقة للذرات و لكن لأن الذرات مرتبطة مع بعضها البعض و محدودة الحركة فانها "تتشبع" بسرعة ومن ثم كل ذرة تنقل "تنقل" الطاقة الى الذرة التي تليها. بينما في حالة الما فان الروابط بين جزيئاته تكون ضعيفة بحيت تكون له الحرية في الدوران و التذبذب فيضيع جزء أكبر من الطاقة في جعل الجزئ يتذبي و يدور بسرعة أكبر قبل تشبعه، كذلك بسبب ضعف قوة الترابط بين جزيئات الماء فان قدرتها على نقل الطاقة من جزئ الى أخر تكون أضعف.
اذا هناك تناسب عكسي بين قوة الربط و الحرارة النوعية وليس تناسب طردي...

والله أعلم

تقبل تحياتي'>

[ابو سلمان]

السلام عليكم
أخي العزيز الفيزيائي
الحديث عن درجات الحرية يكون مجدياً لو كان حديثنا عن الغازات .. فكلما زادت درجات الحرية زادت معها الحرارة النوعية للغاز .. فالجزيئات متعددة الذرات polyatomic  لها 6 درجات حرية والجزيئات ثنائية الذرات diatomic لها 5 درجات حرية وأما احادية الذرة monoatomic فلها 3 درجات حرية وهي عبارة المحاور الثلاث المعروفة .... وبناءاً عليه فالحرارة النوعية للجزيئ المتعدد أكبر من الثنائي وأكبر من الاحادي  
لكن يا أخي هذا لا يعني بأن نفسر اختلاف الحرارة النوعية لجميع المواد (الغاز والسائل والجامد ) من خلال درجات الحرية وتأثير الروابط عليها (علماً أن الروابط لا تؤثر على عدد الحريات) فمثلاً جزي الهيدروجين يعتبر ثنائي الذرات بمعنى أن له حد اقصى 5 درجات حرية ... وجزيئ الماء  جزيء ثلاثي الذرات  وله 6 درجات حرية  .... ومع هذا فإن الحرارة النوعية للهيدروجين أكبر وبكثير من الماء  علماً بان الهيدروجين له درجات حرية أقل !!!!؟؟؟  فكيف تريدنا أن نفسر ذلك ؟؟ ...لذا فأنا أقول أن الحديث عن درجات الحرية يصلح فقط عندما نتحدث عن جزيئات الغازات  والتي طاقتها الداخلية هي طاقتها الحركية (لعدم وجود طاقة وضع) .
وأما التفسير الذي اعتقد أنه هو الاصح أن ننسب السبب إلى اختلاف طاقة الوضع potential energy  بين المواد المختلفة  وهي عبارة عن الطاقة التي تربط جزيئات المادة بين بعضها البعض ..فكلما كانت طاقة الوضع (الترابط) كبيرة فإن المادة تحتاج إلى صرف قدر كبير من الطاقة لتضعيف أو تكسير هذه الروابط وهذا هو قولنا بأن الحرارة النوعية لهذه المادة كبير .
الخلاصه ( كما اعتقد )
اذا هناك تناسب طردي بين قوة الربط و الحرارة النوعية وليس تناسب عكسي كما تفضلت يا أخ فيزيائي '>
والله تعالى أحكم وأعلم
أخوك / ابو سلمان

[جنة الأرض]

ارجو تفسير كيفية تكون قوي فاندرفالز في الجزيئات