ما هو التمدد الحراري للسوائل؟

التمدد الحراري للسوائل

تُعرف الزيادة في أبعاد السائل عند تسخينه بالتمدد الحراري للسائل، ويرجع سبب ذلك إلى التفسير الذري والجزيئي للضغط ودرجة الحرارة، حيث تعني الزيادة في درجة الحرارة زيادة الطاقة الحركية لذرات أو جزيئات المادة السائلة، وتتمثل هذه الحركة في شكل اهتزازات صغيرة وسريعة، ينتج عنها دفع الذرات أو الجزيئات المجاورة بعضها البعض، الأمر الذي يزيد المسافة بينها قليلاً، ويزيد في حجم السائل كله.^[١][٢]

العلاقة بين التمدد الحقيقي والتمدد الظاهري للسوائل

إذا تم تسخين السائل مباشرة دون استخدام أي حاوية، فإن التمدد الذي تلاحظه يسمى تمددًا حقيقيًا للسائل، وإذا تمدد السائل دون أخذ تمدد الحاوية بعين الاعتبار يسمى التمدد في هذه الحالة التمدد الظاهري للسائل، أما إذا أخذنا في الاعتبار تمدد الحاوية أيضًا، ثم تم قياس التمدد الكلي في حجم السائل، فإن التمدد هنا يسمى التمدد المطلق للسائل أو التمدد الحقيقي للسائل.^[٣]

ولتفسير المفاهيم المذكورة بالأعلى، لنأخذ حاوية زجاجية ذات جذع طويل متدرج مملوءة بسائل يصل إلى العلامة A، مع مراقبة عمود السائل، يتم تسخين الحاوية ويلاحظ أن المستوى العلوي للسائل ينزل من الموضع A إلى الموضع B، بعد ذلك، يتحرك لأعلى من الخط المتدرج B متجاوزًا العلامة A ويصل إلى العلامة C، فعند تطبيق الحرارة، يزداد حجم الحاوية في البداية، وبسبب ذلك، ينخفض ​​السائل إلى B من A، وبمجرد تسخين السائل، يبدأ حجمه في الزيادة لينتقل من B إلى C، ويحدث ذلك لأن تمدد السائل يكون أكبر من تمدد المادة الصلبة، ومن السابق نستنتج أن:^[٣]

تمدد السائل الحقيقي = تمدد السائل الظاهري + تمدد الحاوية

على عكس المواد الصلبة، ليس للسوائل طول أو مساحة سطح ثابتة، حيث تأخذ دائمًا شكل الوعاء المحتوي لها، فعندما يتم تسخين سائل في وعاء، تتدفق الحرارة عبر الحاوية إلى السائل؛ مما يعني أن الحاوية تتوسع أولاً، الأمر الذي يسبب انخفاض مستوى السائل، وعندما يسخن السائل، فإنه يتمدد أكثر من تمدد الحاوية، بما يتجاوز مستواه الذي كان عليه قبل التسخين، ولأننا يمكننا فقط مراقبة المستويات الأولية والنهائية للسائل نشمي هذا التمدد الملحوظ للسائل بتمدد السائل الظاهري.^[٣]

لذلك، في حالة السوائل، فإننا نهتم فقط بتغييرات الحجم عند تسخينها، ويُعرف التمدد الحقيقي (أو المطلق) للسائل بجزء الحجم الذي يتمدد السائل لكل ارتفاع كلفن في درجة الحرارة.^[٣]

شذوذ الماء

يبدأ تمدد الماء عند انخفاض درجة حرارته إلى 4 درجات مئوية، حتى يصل إلى 0 درجة مئوية، حيث يزداد حجمه فجأة ويتحول إلى جليد عند درجة حرارة 0 مئوية، ولكن عند انخفاض درجة حرارته إلى أقل من 0 درجة مئوية، فإنه يتقلص، أي يقل ​​حجمه مثل المواد الصلبة الأخرى، وتسمى هذه الحالة غير العادية للماء بشذوذ الماء.^[٤]