اي من الخصائص التالية لمادة ما تتم المحافظة عليها خلال التمدد الحراري
اي من الخصائص التالية لمادة ما تتم المحافظة عليها خلال التمدد الحراري
الكتلة هي الخاصية التي تمتلكها المادة، وتبقى ثابتة أثناء عملية التمدد الحراري. يحدث التمدد الحراري عندما يتم تسخين المواد، حيث يزداد حجم المادة نتيجة زيادة المسافات بين جزيئاتها. ومع ذلك، فإن الكتلة الخاصة بالمادة تبقى ثابتة بمعدلها المستقر. على سبيل المثال، لن تتغير كتلة قطعة الحديد إذا كانت صلبة أو سائلة أو غازية. ومع ذلك، ستكون هناك اختلافات في حجم الحديد في كل حالة.
تعريف التمدد الحراري
تعد الانتباهة الحرارية خاصية من خصائص المواد، حيث تميل المواد فيها إلى زيادة الحجم نتيجة لزيادة درجة الحرارة التي تتعرض لها المادة. وعندما يتم تسخين مادة معينة، تزداد الطاقة الحركية للجزيئات المكونة للمادة، مما يؤدي إلى زيادة حركتها وزيادة المسافات بينها. وهذا يؤدي بدوره إلى زيادة حجم المادة بشكل عام.
- لذلك، يمكن ملاحظة زيادة حجم معظم المواد عند تعرضها للحرارة، وتكون المواد التي تتقلص عند التعرض للحرارة محدودة ونادرة بشكل عام، ومن بينها الماء، وعلى الرغم من ذلك، فإن لهذه الخصائص نطاقا حراريا ضيقا ومحددا.
- تعتبر خاصية التمدد الحراري من المواصفات المميزة لكل مادة، بل ولكل عنصر كيميائي عن العنصر الآخر، ويمكن قياسها عن طريق قسمة درجة التمدد الحراري على معدل التغير في درجة الحرارة.
ما هي العوامل التي تؤثر على التمدد الحراري
عند تعرض المواد الصلبة لعملية التمدد الحراري، فإنها تحافظ على شكلها، بالاختلاف عن الغازات والسوائل، حيث يقل التمدد الحراري بشكل عام عند زيادة الطاقة الرابطة الجزيئية، والتي تجذب الجزيئات ببعضها داخل المادة، وهذا يؤثر سلبا على درجة انصهار المواد الصلبة، لذا العلاقة بين الطاقة الرابطة الجزيئية ودرجة انصهار المواد الصلبة هي علاقة عكسية.
- يتسبب في ارتفاع درجة انصهار المواد الصلبة أن يكون معدل التمدد الحراري الخاص بها أقل بشكل عام.
- ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بالسوائل، فإنها تمتد بشكل أكبر نسبيا من المواد الصلبة، حيث يكون التمدد الحراري للزجاج أعلى من نسبة التمدد الحراري للمواد البلورية أو الكريستالية.
- قد يتغير امتصاص الماء أو امتصاص أي من المذيبات الأخرى، مما يؤدي إلى تغيير في المادة وتوسعها، وتأثير ذلك يكون أكبر من التمدد الحراري.
بذلك نجد أن العوامل المؤثرة في عملية تمدد المادة هي تلك كما يلي.
- معدل التمدد الحراري الخاص بها.
- درجة الحرارة التي تتعرض لها المادة.
- الخصائص الفيزيائية للمادة، سواء كانت صلبة أو بلورية أو سائلة.
- قدرة المادة على امتصاص مذيبات مختلفة مثل الماء.
من تطبيقات التمدد الحراري
يتعتمد الكثير من الأجهزة والقواعد المعمارية المختلفة على مفهوم التمدد الحراري، ومن أشهر تلك التطبيقات أجهزة الثيرموستات أو منظم الحرارة، وكذلك ميزان الحرارة، ويتم أيضا احتساب مقدار التمدد الحراري في تصميم المنشآت المعمارية التي تتعرض للحرارة المباشرة من الشمس، وبشكل أكبر من المعتاد. وهناك قواعد خاصة عند صب الأعمدة في المباني، حيث يتم حساب مدى التمدد الذي سيتعرض له الحديد الصلب داخل الأعمدة بسبب الحرارة الشمسية النهارية، ويتم اتخاذ إجراءات معمارية خاصة في هذا الصدد.
الفواصل الموجودة على الجسور
- يتجلى هذا التأثير المعماري بشكل كبير على الكباري، حيث يمكن للمشاهد أن يلاحظ وجود تصميم الكباري بين كل مسافة معينة أو حفرة صغيرة، أو مسافة بين الأجزاء الكبرى، وهذه المسافة ليست كبيرة أو تشكل خطرا على المركبات التي تعبر فوقها، بل هي المسافة المناسبة التي تسمح للمواد الموجودة داخل تلك الهياكل بالتمدد دون أن تؤثر على حركة المركبات العابرة.
الثرموستات
فيما يتعلق بالثرموستات، فهي الأجهزة المخصصة لتنظيم درجة الحرارة. وظيفتها الرئيسية هي التحكم في تشغيل أنظمة التدفئة والتبريد والتهوية وفقا لاحتياجات المستخدم. تعمل هذه الأجهزة بناء على مبدأ التمدد الحراري، حيث تحتوي على حساسات تقيس درجة الحرارة المحيطة باستخدام مواد تمدد عالية القيمة، مما يؤثر عليها تأثيرا بسيطا في حالة تغير درجة الحرارة
- عندما تتمدد المعادن داخل الثرموستات بسبب ارتفاع درجة الحرارة، يعمل الجهاز على تشغيل المكيفات وأجهزة التبريد، وعندما ينكمش حجم المعدن داخلها بسبب انخفاض درجة الحرارة، يعمل الجهاز على تشغيل أجهزة التدفئة المختلفة.
ميزان الحرارة
فكرة عمل ميزان الحرارة تعتمد تقريبا على نفس فكرة الثرموستات. لكي يتمكن هذا الجهاز من قياس درجة الحرارة، يحتوي على نوع من المعادن التي تتأثر بدرجة الحرارة بشدة، ويحتوي أيضا على مقياس يقيس شدة درجة الحرارة بالمقارنة مع تمدد المعدن في داخل الجهاز. ومن أشهر المعادن المستخدمة في مثل هذه الأجهزة هو الزئبق، ولكن اليوم بدأت أنواع أخرى من ميزان الحرارة التي تعتبر أكثر أمانا، ولا تستخدم الزئبق، بل تعتمد على مجموعة من الدوائر الكهربائية والرقمية.