محتويات
يسمى التغير الذي يحدث في حجم الجسم عندما يكتسب الحراره
التمدد الحراري .
التغير الذي يحدث في حجم الجسم عندما يكتسب الحراره نجد أنه التمدد الحراري وهو يختلف عن الانكماش الحراري، لأن يؤثر في حجم الكتلة الخاص بالمادة، فكلما زادت حرارة الجسم تغير حجم المادة، ويحدث هذا في الأجسام الصلبة أيضاً عندما يحدث ما يسمى التمدد الخطي للجسم الصلب، ويوجد هذا من خلال التوازن الديناميكي بين الذرات والجزيئات، مما يحدث تأثير في درجة حرارة الجسم ويؤثر في المسافة بين الذرات.[1]
التغير في حجم الجسم
- قوى الترابط بين الذرات.
- التمدد الطولي لحجم الجسم.
- معامل التمدد الطولي.
يحدث التمدد الحراري للأجسام نتيجة التغيرات التي تحدث في المسافات الفاصلة للجزيئات أو ذرات المادة ودلت على ذلك التجارب التي تخص المادة، لأنها تتمدد بارتفاع درجة الحرارة، كما أن الطاقة الحرارية التي تكتسبها بعض الجزيئات تحدث في الذرات وتؤثر على سعة الاهتزاز، وينتج عن ذلك التباعد الجزيئي فيزيد متوسط المسافة بين كل جزئ والجزئ المجاور له.
قوى الترابط بين الذرات: عند درجات الحرارة المستقرة يحدث تذبذب ذري يؤثر على البلورات ودرجة الحرارة، وهذا يحدث أيضاً في التغير في حجم الجسم الصلب، فينتج عنه تغير في الأبعاد من ناحية الطول والسطح والحجم، أما عن الغازات والسوائل، فلها خواص أخرى لها علاقة بحجم الإناء المستخدم الذي يحتويها، وكل ذلك يحدث لسبب تعليلي هام، وهو ضعف الترابط بين الجزيئات عند المقارنة مع جزيئات الجسم الصلب ونشير إلى هذه النقاط المدروسة فيما يخص التمدد للحجم فقط.
التمدد الطولي لحجم الجسم: هناك ما يسمى التمدد لكافة أبعاد الجسم سواء الطول أو العرض أو السمك ويتم قياس نسبة الزيادة حسب البعد الهندسي للمواد مع مقدار الزيادة الذي يحدث له تناسب طردي مع الطول، فتكون الزيادة في الطول أكثر من العرض أو السمك، ولنعطي مثال على ذلك عند افتراض أن الطول الأصلي للمادة في قضيبها كمادة صلبة له زيادة محددة بمقدار إذا يحدث تغير في النتائج وهي التغير في الطول المتناسب طردياً مع التغير في درجات الحرارة.
معامل التمدد الطولي: يتم ذكر تعريف هام لمعامل التمدد الطولي وهو التغير النسبي للطول مع تغير درجة الحرارة بمقدار محدد وهو درجة مئوية واحدة، ويعتبر هذا التغير النسبي من المقادير التي تميز المادة رغم أن القيمة ثابتة، ومن هنا يتضح أن الأجسام تتمدد في كافة الأبعاد عند التسخين حتى ولو كان التمدد يحدث لحلقة مفرغة فإن تسخينها يؤثر على القطر الداخلي والخارجي للحلقات الخارجية عند التمدد.
حجم الجسم الصلب
- التمدد السطحي لجسم صلب.
- التمدد الحجمي لجسم صلب.
التمدد الحراري يحتاج إلى ما يسمى طاقة حرارية تعتمد على الجسيمات وكمية الطاقة في الجزيئات، لأن التمدد الحراري خاصية كمية تختلف باختلاف العينة في المادة فيمكن أن تبقى حرارة المادة ثابتةوذلك بسبب حجم المادة الذي يتأثر بعدة عوامي منها الضغط الذي له علاقة عكسية مع الحجم، خاصة أن حجم المادة من القياسات الفيزيائية التي يحدث لها العديد من الغيرات السطحية كما يحدث في الأجسام الصلبة.
التمدد السطحي لجسم صلب: هناك ما يسمى التمدد السطحي لجسم صلب وهو عبارة عن تمدد بالتسخين في المادة يؤثر في الطول والعرض فيحدث لها ازدياد خاصة إن كان الطول والعرض قابل للتسخين بدرجات الحرارة، مما يؤثر على الأبعاد الخاصة بالجسم المتغير، وهنا ينتج ما يسمى معامل التمدد السطحي وهو التغير النسبي لمساحة الصفيحة عندما تتغير درجات الحرارة بمقدار محدد، إذا نستنتج من هذا أن التمدد يحدث كنتاج في المساحة الصلبة فيحدث تغير في السطح الخاص به، مع تمدد طولي مما يؤكد التغير في درجة الحرارة،.
التمدد الحجمي لجسم صلب: أكدت الدراسات أن التمدد الحجمي يحدث تغير في حجم الأجسام سواء كان الجسم مستطيل أو مربع فيتمدد متوازي المستطيلات مثلاً في شكل من الكرة الجوفاء، بسبب زيادة الحجم الخاص به.
حجم الأجسام السائلة
تمدد السوائل يسبب زيادة حجمها نتيجة التغير في درجة الحرارة مما يؤثر على معامل التمدد الخاص بها بنسبة مضاعفة خاصة أن الماء يشذ عن السوائل العادية لأن كثافة الماء تزداد بزيادة درجة الحرارة فينكمش الماء عند درجة 4C، أما عن زيادة درجة الحرارة أكثر من 4C، فإن الماء يتمدد مع تناقص الكثافة، وعلى سبيل المثال نجد أن كثافة الماء في حالة البحيرات بالمناطق الباردة بفصل الشتاء تسبب تشكل السطح الجليدي خاصة في درجة حرارة صفر سيليلوز، بينما يكون الحياة المائية تحت السطح أربعة سيليلوز، ويتم تطبيق التغير الذي يحدث في حجم الأجسام بالترمومتر الزئبقي والكحولي وهنا يتم حساب معامل تمدد السوائل ويتم تحديده بزيادة الحجم في السوائل بارتفاع درجة الحرارة حوالي واحد درجة مئوية.[2]
قياس التغير في حجم الجسم
- قياس حجم الجسم الصلب.
- قياس حجم الجسم السائل.
- قياس تغير حجم الغاز.
قياس حجم الجسم الصلبة: يتم قياس حجم الجسم وتغيره من خلال الأبعاد الثلاث للجسم ولنعطي مثال على ذلك يمكن قياس حجم المكعب من خلال قياس الطول والعرض والارتفاع ثم قياس حجمه، لأن حجم المكعب يتم احتسابه عن طريق ناتج الطول في العرض في الارتفاع، أما عن حجم الجسم الصلب في حالة عدم انتظام شكله يتم استخدام انبوب الاختبار بملئه بشكل منتظم لقياس منسوب الماء مع وضع الجسم الصلب في الأنبوب من أجل الوصول لقراءة التغير في الحجم عن طريق حساب الفرق في تغير مستوى الماء.[3]
قياس حجم الجسم السائل: رغم أن الجسم السائل يتخذ شكل الإناء إلا أنه يحتفظ بالحجم الثابت وهنا يتم استخدام أدوات القياس الخاصة بالحجم وتغيره إن كان سائلاً عن طريق الزجاج أو البلاستيك أو المعدن أحياناً، وهذا ما يقوم به العلماء والكيميائيون عند استخدام مجموعة متنوعة من الأواني الزجاجية لقياس الأحجام بتحديد عاملين هم الحجم المطلوب والدقة المطلوبة للقياس، من خلال استخدام السحاحة أو الدورق الحجمي، أو الأسطوانة المدرجة للقياس.[4]
قياس تغير حجم الغاز: من المعلوم عن الغاز أنه من حالات المادة الثلاث ويتكون من جسيمات لا يوجد لها شكل أو حجم فهو يتكون من ذرات لعنصر واحد كالهيدروجين أو الأرجون أو مركبات لثاني أكسيد الكربون، وعند احتساب حجم الغاز يتم بإزاحة الماء أولاً عن طريق خطوات هامة منها، واستخدام بالون ووضع كمية من الغاز ثم ربط نهايته مع استخدام وعائين بسعتين مختلفتين لوضع الوعاء الأصغر داخل الوعاء الأكبر مع ملؤه بالماء للنهاية والتأكد من جفاف الوعاء الأكبر، ويتم وضع البالون على قمة الوعاء المملوء بالماء ودفعه لأسفل الوعاء حتى يغمره الماء ويتم قياس الحجم المتغير للغاز بالعديد من الخطوات كالمبينة سابقاً.[5]
