للوصول السريع إلى الدروس والاختبارات..

حمل تطبيق دراستي من متجر جوجل

الدرس: 4-4 تاثير الحرارة على المواد

تمدد المواد بالحرارة: أن زيادة درجة حرارة المادة. يؤدي الى زيادة معدل الطاقة الحركية للجزيئات. فتتباعد فيؤدي الى التمدد. وهذا التمدد يختلف باختلاف حالة المادة فتمدد الغازات أكبر من تمدد السوائل وتمدد السوائل أكبر مما هو عليه في الصلب . اذا كانت الحرارة المكتسبة متساوية .

a. تمدد المواد الصلبة

ويوجد ثلاث انواع من التمدد:

تمدد المواد الصلبة

تمدد المواد السائلة

تمدد المواد الغازية

التمدد الطولي

التمدد الطولي: وهو تمدد في بعد واحد مثل تمدد سلك. وكلما زادت درجة الحرارة يزداد التمدد

$\begin{aligned} ΔL = α LΔT \\ α = \frac{1}{L} \times \frac{ΔL}{ΔT} \end{aligned}$

حيث:

$α$ : معامل التمدد الطولي

$Δ L$ : الطول الجديد - الطول الاصلي

معامل التمدد الطولي: مقدار الزيادة الحاصلة في وحدة الاطوال من المادة عند تسخينها درجة سيليزية واحدة ويقاس بوحدة $\frac{1}{^{\circ} C}$ وهو يختلف باختلاف المواد.

التمدد السطحي

التمدد السطحي: وهو تمدد الجسم الحاصل في سطحه ( في بعدين ) فتزداد المساحة السطحية للجسم بزيادة درجة الحرارة.

$Δ$ مس= معامل التمدد السطحي × المساحة الاصلية × التغير بدرجات الحرارة

$Δ A = γ A Δ T$

حيث:

$Δ A$ = التغير بالمساحة.

$γ$ = معامل التمدد السطحي.

$ΔT$ =التغير بدرجات الحرارة.

$γ = \frac{1}{A} \times \frac{Δ A}{Δ T}$

معامل التمدد السطحي: مقدار الزيادة الحاصلة في وحدة المساحة من الجسم عندما ترتفع درجة الحرارة درجة سيليزية واحدة وان معامل التمدد السطحي = ضعف معامل التمدد الطولي $γ$ = $2 α$ .

التمدد الحجمي

التمدد الحجمي: وهو التمدد الحاصل في حجم الجسم ( في ثلاث ابعاد ) عند زيادة درجة الحرارة.

$\begin{matrix} Δ V = β V A T \\ (V_{2} - V_{1}) بالحجم التغير = Δ V \end{matrix}$

$β$ = معامل التمدد الحجمي

$Δ T$ = التغير بدرجات الحرارة

معامل التمدد الحجمي: مقدار الزيادة الحاصلة في وحدة الحجم من المادة عند ارتفاع درجة الحرارة درجة سيليزية واحدة.

$β = \frac{1}{\vec{V}} \times \frac{Δ V}{ΔT}$

معامل التمدد الحجمي = ثلاثة اضغاف معامل التمدد الطولي $β = 3 α$ .

تطبيقات على تمدد الاجسام الصلبة

1. الضابط الاوتوماتيكي الحراري الذي يستعمل في الثلاجة والسخان والمكواة حيث يصنع من شريط ثنائي المعدن فعند الحرارة تنحني الى جهة وعند البرودة تنحني الى جهة معاكسة فمثلًا المنظم الحراري في الثلاجة يستعمل من مادة النحاس والحديد مثلاً. فان المعدن ذو معامل التمدد الأكبر عند البرودة العالية ينحني مبتعداً ليقطع الدائرة كما في الشكل. اما في السخان فيكون بالعكس فيكون النحاس، هو المواجه للمسمار فعند الحرارة العالية ينحني النحاس حول الحديد مبتعدأ ليقطع الدائرة، ليعمل كمنظم للحرارة.

2. ومن التطبيقات كذلك الاستفادة من تساوي معامل التمدد الحراري لمادتين مختلفتين. مثل السلك المستعمل في المصباح والزجاج. يتمددان بنفس المقدار لعدم كسر الزجاج عند تملك السلك الذي بداخله.

3. كذلك في وضع فواصل مناسبة بين سكك الحديد او الجسور او الطرق.

يستعمل زجاج البايركس بدلًا من الزجاج الاعتيادي.

لانه يتحمل التغيرات السريعة في درجات الحرارة. لان معامل التمدد الطولي له صغير. قياسًا لما هو في الزجاج الاعتيادي.

b. تمدد السوائل بالحرارة

( نشاط يوضح تمدد السوائل بالحرارة )

اذا ملأنا دورق بماء ملون كما في الشكل ثم بدأنا بالتسخين فان مستوى الماء سوف ينزل في الانبوبة الرفيعة والسبب هو ان الحرارة التي وصلت أولًا الى الدورق الزجاجي جعلته يتمدد ويكبر حجمه قليلاً. ثم اذا استمرينا في التسخين.

فستصل الحرارة الى الماء الذي بداخل الدورق. مما يؤدي الى تمدد السائل ولكن تمدد السائل أكبر بكثير من الصلب. مما يؤدي الى ارتفاع الماء في الانبوية الرفيعة الى اكثر مما كانت عليه في الحالة الاولى في a.

معامل التمدد الحجمي الظاهري $β_{v}$ للسائل هو نسبة الزيادة الظاهرية في الحجم لكل درجة سائل سيليزية واحدة.

معامل التمدد الحجمي الحقيقي $β_{r}$ للسائل هو نسبة الزيادة الحقيقية في الحجم لكل درجة سيليزية واحدة.

وحسب الاشكال اعلاه فان التمدد الحقيقي للسائل $β_{r}$ هو اكبر من التمدد الظاهري $β_{v}$ حيث يكون التمدد الحقيقي للسائل هو التمدد الظاهري مضاف اليه التمدد الحجمي للاناء. بينما التمدد الظاهري هو تمدد السائل فقط.

$β_{r} = β_{v} + 3 α$

$β_{r}$ معامل التمدد الحقيقي للسائل.

$β_{v}$ معامل التمدد الظاهري للسائل.

$β = 3 α$ معامل التمدد الحجمي للاناء ويساوي ثلاث اضعاف معامل التمدد الطولي.

/فسر/ عند وضع محرار زنبقي في سائل ساخن فانه ينخفض قليلا في البداية ثم يرتفع؟

عندما يوضع في السائل الساخن أول ما يسخن الزجاج فيتمدد ويكبر حجمه فينزلق الزئبق. ثم تصل الحرارة الى الزئبق فيتمدد اكثر من الزجاج فيرتفع.

مُليءَ خزان بنزين السيارة حجمه 60litter بالبنزين تمامًا حينما كانت درجة الحرارة 25ºC ثم تركت السيارة تحت اشعة الشمس ساعات عدة الى ان اصبحت درجة حرارة الخزان 45ºC احسب حجم البنزين المتوقع ان ينسكب من الخزان (اهمل تمدد الخزان)؟

من الجدول (3) نجد ان معامل التمدد الحجمي للبنزين هو:

$β = 9.6 \times 10^{- 4} \frac{1}{^{\circ} C}$

$\begin{matrix} Δ T = T_{2} - T_{1} \\ Δ T = 45 - 25 = 20^{\circ} C \end{matrix}$

معامل التمدد الحجمي للبنزين:

$β = \frac{1}{V} \frac{Δ V}{Δ T}$

$\begin{matrix} ∵ Δ V = V β Δ T \\ Δ V = 60 \times 9.6 \times 10^{- 4} \times 20 \end{matrix}$

حجم البنزين المنسكب = $Δ V = 1.152 Litter$

C. تمدد الغازات

يتمدد الغاز اكثر من السائل وأكثر من الصلب بسبب ضعف القوى بين جزيئاته وتتساوي الغازات في معامل تمددها الحجمي. علمًا أن التمدد الحجمي للإناء الحاوي للغاز قليل جدًا له نسبة الى الغاز الذي يحويه لذا نهمل تمدد

الاناء فيكون تمدده الظاهري يساوي التمدد الحقيقي للغازات.

علل التمدد الظاهري في الغازات يساوي تمدده الحقيقي؟

ان التمدد الحجمي للإناء الحاوي للغاز قليل جدًا له نسبة الى الغاز الذي يحويه لذا نهمل تمدد الاناء فيكون تمدده الظاهري يساوي التمدد الحقيقي للغازات.

للوصول السريع إلى الدروس والاختبارات..

حمل تطبيق دراستي من متجر جوجل

فايسبوك

واتساب

تيليجرام

طباعة

للوصول السريع إلى الدروس والاختبارات..

الدرس: 4-4 تاثير الحرارة على المواد

a. تمدد المواد الصلبة

التمدد الطولي

التمدد السطحي

التمدد الحجمي

تطبيقات على تمدد الاجسام الصلبة

b. تمدد السوائل بالحرارة

/فسر/ عند وضع محرار زنبقي في سائل ساخن فانه ينخفض قليلا في البداية ثم يرتفع؟

C. تمدد الغازات

علل التمدد الظاهري في الغازات يساوي تمدده الحقيقي؟

للوصول السريع إلى الدروس والاختبارات..

مشاركة

النقاشات