اي من الخصائص التالية لمادة ما تتم المحافظة عليها خلال التمدد الحراري، تتعدد خصائص المواد من ناحية قابلتها للتمدد بالحرارة أو عدم قابلتها للتمدد، و ذلك بعد تأثير عامل خارجي عليها، مثل الثلج الذي يكون عبارة عن قرص صلب، فإذا تعرض للحرارة فإنه يتمدد فيتحول إلى ماء بفعل درجات الحرارة التي أثرت عليه، كما أن نوع المادة له علاقة بحدوث عملية التمدد، فهناك المواد التي تتمدد بسهولة.
أي من خصائص المادة التالية يتم الحفاظ عليها أثناء التمدد الحراري
الكتلة هي الخاصية التي تمتلكها المادة، والتي يتم الحفاظ عليها أثناء عملية التمدد الحراري، وتحدث العملية عندما يتم تسخين المادة، ويبدأ حجم المادة في الزيادة، نتيجة لزيادة المسافات بين الجزيئات من المادة وبعضها البعض، ولكن في هذا تظل كتلة المادة متحفظة عند معدلها الثابت، فإن كتلة الحديد – على سبيل المثال – لن تتغير إذا كانت قطعة الحديد هذه صلبة، أو تعرضت للانصهار بالحرارة أو حتى لو وصلت إلى غاز، ستبقى كتلة الحديد كما هي في الحالات الثلاث للمادة المعروفة، لكن مع اختلاف في حجم الحديد في كل حالة من هذه الحالات.
شاهد أيضًا: التمدد الذي يتراوح عامل مقياسه بين ١,٠ يؤدي إلى تكبير.
ما هو تعريف التمدد الحراري
التمدد الحراري هو خاصية للمواد، حيث تميل المواد إلى إحداث زيادة في الحجم، وهذا يحدث نتيجة لزيادة درجة الحرارة المكتسبة بواسطة المادة. يتسبب في زيادة معدل حركة هذه الجسيمات، وهذا يزيد من المسافات بين الجزيئات وبعضها الآخر، مما يزيد من حجم المادة بشكل عام.
- لذلك تجد أن الغالبية العظمى من المواد تزداد حجماً وتتوسع عندما تتعرض لمصدر حراري، والمواد التي تنكمش عند تعرضها للحرارة تكون بشكل عام مواد محدودة ونادرة، ولكن أشهرها الماء، و حتى تلك الخصائص لها مجال حراري صغير ومحدد.
- معامل التمدد الحراري هو خاصية لكل مادة، وحتى كل عنصر كيميائي عن الآخر، ويمكن قياسه بقياس ناتج قسمة درجة التمدد الحراري على معدل التغير في درجة الحرارة.
شاهد أيضًا: من تطبيقات التمدد الحراري
ما هي العوامل التي تؤثر على التمدد الحراري
تميل المواد الصلبة إلى الحفاظ على شكلها عند تعرضها لعملية تمدد حراري، على عكس الغازات والسوائل، بحيث يتناقص التمدد الحراري بشكل عام عندما تزداد طاقة الرابطة الجزيئية، وهي الطاقة التي تجذب الجزيئات لبعضها البعض داخل المادة، مما يؤثر سلبًا على نقطة انصهار المواد الصلبة. العلاقة بين طاقة الرابطة الجزيئية ونقطة انصهار المواد الصلبة معكوسة.
- هذا يجعل المواد الصلبة ذات نقطة الانصهار الأعلى لديها معدل تمدد حراري أقل بشكل عام.
- لكن على مستوى السوائل، فإنها تتوسع نسبيًا أكثر من المواد الصلبة. يكون التمدد الحراري للزجاج أعلى عند مقارنته بمعدل التمدد الحراري للمواد البلورية أو البلورية.
- كما قد يغير امتصاص الماء أو امتصاص أي مذيب آخر، في تغيير المادة والتسبب في نوع من التمدد، وأن تأثيره أكبر من التمدد الحراري.
وهكذا نجد أن العوامل التي تؤثر على عملية التمدد للمادة هي كما يلي.
- معدل التمدد الحراري.
- درجة الحرارة التي تتعرض لها المادة.
- الطبيعة الفيزيائية للمادة سواء كانت صلبة أو بلورية أو سائلة.
- قدرة المادة على امتصاص المذيبات المختلفة مثل الماء.
تطبيقات التمدد الحراري
يعتمد مفهوم التمدد الحراري على العديد من الأجهزة والقواعد المعمارية المختلفة، ولعل أشهر هذه التطبيقات هو الترموستات أو الثرموستات بالإضافة إلى الترموستات. كالمعتاد، هناك بعض القواعد عند صب الأعمدة للمباني، يتم خلالها حساب مدى التمدد الذي سيتعرض له الصلب داخل الأعمدة بسبب الحرارة المعرضة للشمس في النهار، ويتم اتخاذ بعض الإجراءات المعمارية الخاصة .
المفاصل على الجسور
- يظهر هذا التأثير المعماري بشكل كبير على الجسور، لذلك تجد أن تصميم الجسور به فاصل أو فجوة صغيرة بين كل مسافة معينة، أو مسافة بين الأجزاء الرئيسية. المنشآت الموجودة داخل تلك المنشآت من التوسع دون التأثير على حركة المركبات فوقها.
منظم الحراره
أما بالنسبة للثرموستات فهي أجهزة التنظيم الحراري، وتتمثل وظيفتها الأساسية في التحكم في تشغيل أنظمة التدفئة والتبريد والتهوية حسب حاجة المستخدم، وتعمل هذه الأجهزة بالتزامن مع عملية التمدد الحراري، وذلك باحتوائها على المستشعرات التي قياس درجة الحرارة المحيطة على المواد ذات قيمة التمدد العالية، بحيث تتأثر بأدنى تغيرات في درجة الحرارة،
- وهكذا عندما تتوسع المعادن داخل الترموستات – تأثير الحرارة – إلى درجة أعلى من المحدد، يبدأ الجهاز في تشغيل مكيفات الهواء وأجهزة التبريد، وفي حالة انخفاض حجم المعدن بداخله إلى أقل من درجة محددة، يبدأ الجهاز في تشغيل أجهزة التسخين المختلفة.
ميزان الحرارة
تعتمد فكرة عمل مقياس الحرارة على نفس فكرة الترموستات تقريبًا، بحيث يمكن لهذا الجهاز قياس درجة الحرارة، فهو يحتوي على نوع من المعدن شديد الحساسية لدرجة الحرارة ومقياس معين من خلاله يقيس شدة درجة الحرارة، مقارنة بمعدل التمدد الذي وصل إليه المعدن بالداخل، ومن أشهر المعادن المستخدمة في مثل هذه الأجهزة الزئبق، ولكن اليوم تظهر أنواع أخرى من موازين الحرارة الأكثر أمانًا، والتي لا تستخدم الزئبق، بل مجموعة من الدوائر الكهربائية والرقمية.
وفي الختام تعرفنا على مفهوم التمدد الحراري، وما العوامل التي تؤثر عليه، وأي الخصائص التي تعمل على المحافظة على بقاء هذا التمدد بشكل مستمر على المواد.