زيادة حجم المادة نتيجة تغير درجة حرارتها
تتغير درجة الحرارة للأشياء حولنا باستمرار، مما يؤدي إلى تغييرات في حجمها. وهي ظاهرة شائعة تُعرف بالتمدد الحراري، وتحدث عندما تتسبب زيادة درجة الحرارة في زيادة حجم المادة.
{
|}
أنواع التمدد الحراري
* التمدد الخطي: يحدث عندما يزداد طول المادة في اتجاه واحد.
* التمدد المساحي: يحدث عندما تزداد مساحة السطح للمادة.
* التمدد الحجمي: يحدث عندما تزداد الحجم الكلي للمادة.
التمدد الخطي
* تتمدد المواد الصلبة بصورة طولية عندما ترتفع درجة حرارتها.
{
|}
* يزداد طول المادة بمعدل ثابت مع زيادة درجة الحرارة.
* تُقاس معامل التمدد الخطي للمادة بوحدة ميكرومتر لكل متر لكل درجة مئوية.
التمدد المساحي
* تتمدد الأغشية والصفائح المعدنية بصورة مساحية عند ارتفاع درجة حرارتها.
* تزداد مساحة السطح للمادة بمعدل ثابت مع زيادة درجة الحرارة.
* تُقاس معامل التمدد المساحي للمادة بوحدة ميكرومتر لكل متر مربع لكل درجة مئوية.
التمدد الحجمي
* تتمدد المواد السائلة والغازية بصورة حجمية عندما ترتفع درجة حرارتها.
* يزداد الحجم الكلي للمادة بمعدل ثابت مع زيادة درجة الحرارة.
* تُقاس معامل التمدد الحجمي للمادة بوحدة جزء من المليون لكل درجة مئوية.
تطبيقات التمدد الحراري
* تستخدم الأشرطة ثنائية المعدن في منظمات الحرارة والمفاتيح الكهربائية.
* تستخدم موازين الحرارة الزئبقية والشاهدة للتعبير عن درجات الحرارة.
* تعتمد عمل محركات الاحتراق الداخلي على التمدد الحراري للغازات.
{
|}
العوامل المؤثرة على التمدد الحراري
* نوع المادة: تختلف معاملات التمدد للمواد المختلفة.
{
|}
* درجة الحرارة: يزداد التمدد الحراري مع زيادة درجة الحرارة.
{
|}
* الضغط: يؤدي الضغط الخارجي إلى تقليل التمدد الحراري.
الاستخدامات الهندسية للتمدد الحراري
* يجب مراعاة التمدد الحراري في تصميم الجسور والمباني لتجنب الإجهاد والتشقق.
* تستخدم المواد منخفضة التمدد، مثل الزجاج البايركس، في التطبيقات التي تتطلب ثبات الأبعاد.
* يتم استخدام مواد عالية التمدد في المشغلات الحرارية والمحركات.
الخلاصة
يؤدي التمدد الحراري إلى زيادة حجم المادة عندما ترتفع درجة حرارتها. ويمكن أن يكون هذا التغيير بالحجم خطيًا أو مساحيًا أو حجميًا، ويعتمد على نوع المادة ودرجة الحرارة والضغط. ولهذا التمدد تطبيقات عديدة في الحياة اليومية والهندسة.