وضع خالد ميزان حرارة في كوب مملوء بالماء الساخن لماذا يرتفع السائل داخل ميزان الحرارة
وضع خالد ميزان حرارة في كوب مملوء بالماء الساخن لماذا يرتفع السائل داخل ميزان الحرارة
- عند وضع ميزان حرارة في كوب من الماء الساخن، يحدث سحب السائل داخل الميزان نحو الأعلى، وذلك بسبب الضغط الجوي
- تحدث العديد من التفاعلات داخل مقياس الحرارة، مما يؤدي إلى اتساع المؤشر نحو الأعلى.
- عند الاستمرار في زيادة درجة الحرارة، يظل المؤشر يتمدد لأعلى، ومع انخفاض درجة الحرارة، يبدأ المؤشر في التناقص.
تعريف ضغط الهواء
الضغط الجوي، المعروف أيضا بالضغط الجوي، يعبر عن وزن الهواء في كل وحدة من الوحدات المساحية المتعارف عليها، ويتم قياس الضغط بواسطة البارومترات الحديثة، وهو يعتبر وزن الهواء العمودي، وقيمة الضغط عند مستوى سطح البحر تقدر بـ 1.0132 بار .
- يتم قياس ضغط الهواء بواسطة مقياس يسمى “مقياس الزئبق”، وأحيانا يتم استخدام وحدات قياس أخرى.
- اكتشف العلماء استخدام مقياس للضغط يسمى اللا سائلي، والذي يتضمن قرصا مسؤولا عن قياس ضغط الهواء.
- أوضح العلماء أيضا وجود نوعين من ضغط الهواء وهما الضغط الجوي المرتفع والضغط الجوي المنخفض
ماهي وحدة قياس الضغط الجوي
يتم قياس الضغط الجوي بوحدة البارومترات، أو بوحدة أخرى تسمى البار أو بالميلليمتر الزئبقي.
- وحدة القياس بالبار تعبر عن وحدة الضغط في النظام المتري.
- كما يقوم العديد من العلماء بتسجيل قياسات الضغط بالمليبار.
- عندما يكون الضغط الجوي على سطح الأرض 1,013 مليبار، فإنه يعادل تقريبا 760 ملم زئبقي.
حساب قيمة الضغط الجوي
يمكننا حساب قيمة الضغط الجوي كما تم اكتشافه في تجربة تورشيللي.
أقام العلماء قانون “P=pgh” لحساب الضغط الجوي، ثم نقوم بتفسير الرموز المتعلقة بهذا القانون بالشكل التالي:
- P: عن ضغط الهواء عند نقطة.
- p: تعبر عن كثافة الزئبق.
- h: تعبر عن ارتفاع عمود الزئبق في المؤشر.
- g: عجلة الجاذبية الأرضية.
يمكن وضع مثال لذلك وهو:
إذا قمنا بحساب ارتفاع المبنى باستخدام البارومتر واعتبرنا “ΔP” فرق الضغط بين الأرض وأعلى قمة المبنى، حيث “P1” هو الضغط على سطح الأرض و “P2” هو الضغط على أعلى قمة المبنى، فإن “ΔP = P1-P2”. عند استبدال “P” بقيمته الأصلية “ρgh” واعتبار “ρgh” للهواء كـ “(ρgh1 – ρgh2)”، حيث “ρ” هي الكثافة للزئبق و “h1” هو ارتفاع عمود الزئبق للباروميتر عند سطح الأرض و “h2” هو ارتفاع عمود الزئبق عند أعلى قمة المبنى، يصبح القانون كالتالي: “ρgh = ρgh1 – ρgh2”. وعموما، يكون القانون كالتالي: “ρh = ρ(H1-H2)”
أهمية الضغط الجوي
- الضغط الجوي من أهم عناصر الطقس على سطح الكرة الأرضية.
- عند زيادة ضغط الهواء يمكن معرفة اتجاه وسرعة الرياح.
- تؤدي التغيرات المفاجئة في حالة الطقس إلى ظهور العديد من الظواهر مثل المطر والبرد والرعد
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
هناك العديد من المؤثرات الخارجية التي يمكن أن تؤثر على الضغط الجوي ومنها:
- الرطوبة: ترتبط بشكل عكسي مع الضغط الجوي، أي كلما زادت نسبة البخار، انخفض الضغط الجوي، والعكس صحيح.
- الارتفاع عن منسوب سطح البحر: يتأثر الضغط الجوي بالارتفاع أو الانخفاض عن سطح الأرض، حيث يؤدي الارتفاع عن مستوى سطح البحر إلى انخفاض في درجات الحرارة.
- درجة الحرارة: تكون علاقة عكسية مع الضغط، أي كلما ارتفعت درجة الحرارة يتمدد الهواء وبالتالي ينقص كثافته وضغطه.
- توزيع اليابس والماء: يختلف الضغط الجوي على سطح اليابس والماء نتيجة اختلاف درجات الحرارة، وبالتالي تحدث ظاهرة نسيم البحر والبر.
أمثلة علي ارتفاع الماء الساخن في ميزان الحرارة
هناك أمثلة كثيرة توضح ظاهرة التمدد التي تحدث عند ارتفاع درجة الحرارة، مثل:
- يحدث التمدد أيضا في إطارات السيارات عند ارتفاع درجة الحرارة، لذلك يتم صنعها من المطاط لتكون مرنة أثناء التمدد.
- هناك بعض المعادن التي تتمدد عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، مثل الفضة والذهب.
- بعض الأسلاك المعدنية يمكن أن تنكمش عندما تنخفض درجة الحرارة وتتمدد عندما ترتفع درجة الحرارة.
- تتأثر المواد المعدنية بشكل كبير بارتفاع درجات الحرارة أو انخفاضها.
- في الصيف يحدث تمدد للطرق والجسور ، وهذا يؤدي إلى حدوث بعض الكسور والشقوق في المظهر العام.