تطبيقات التمدد الحراري
يحدث التمدد الحراري (بالإنجليزية:Thermal Expansion) بسبب تسخين المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات، مما يجعل الجزيئات تتحرك بشكل أسرع، أو تهتز أكثر في المواد الصلبة، ينتج ذلك زيادة في حجم المواد أو تمددها، ومن أهم الأمثلة اليومية على التمدد الحراري، هو عند وضع وعاء زجاجي ذي غطاء معدني محكم الإغلاق تحت الماء الساخن لبعض الوقت لفتحه، حيث سيتمدد الغطاء المعدني بسبب حرارة الماء، مما يسهل فتحه.
فيما يلي عدة تطبيقات عملية لظاهرة التمدد الحراري:
موازين الحرارة
تعد ظاهرة التمدد الحراري المبدأ الأساسي الذي يعمل به ميزان الحرارة، حيث يُغمر الزئبق الموجود في الخزان الموجود أسفل الترمومتر في جسم ساخن أو بارد، ليقوم الزئبق بالتقلص أو التمدد، وتغيير مستواه ليشير إلى درجة حرارة المادة المغمور بها.[١]
يجب دائمًا معايرة موازين الحرارة، وتتم المعايرة بجعل مستوى الزئبق بالداخل مستقرًا ولا يتغير، وعند تغيير مستواه نعلم أن هذا المستوى الجديد بميزان الحرارة المُعاير هو درجة حرارة الجسم الذي نقيسه، ينطبق نفس مبدأ التمدد الحراري على الغازات أيضًا، فمقياس حرارة الغاز ذو الحجم الثابت (constant volume gas thermometer) هو مثال على تطبيق التمدد الحراري في الغازات.[١]
شرائط ثنائية المعدن
يتكون الشريط ثنائي المعدن (بالإنجليزية: Bimetallic strip) من شريطين رفيعين من معادن مختلفة مثل النحاس والحديد يتصلان ببعضهما البعض، فعند تسخين الشريط، يتمدد النحاس أكثر من الحديد، يتسبب هذا التمدد غير المتكافئ في ثني الشريط، وتستخدم شرائط ثنائية المعدن لأغراض مختلفة، مثل موازين الحرارة ثنائية المعدن لقياس درجة الحرارة، خاصة في الأفران، وأيضًا في منظمات الحرارة، كما يتم استخدام ترموستات ثنائي المعدن للتحكم في درجة حرارة ملف التسخين في المكواة الكهربائية.[٢]
ربط الصفائح الفولاذية
يتم تسخين المسامير المستخدمة في ربط الصفائح الفولاذية بإحكام قبل دفعها من خلال الفتحات الموجودة في الألواح، ثم يتم طرق نهاية المسامير، وعندما تبرد، تجلب المسامير الصفائح الفولاذية بإحكام.[٢]
تصميم الطائرات
أثناء الطيران تتمدد الطائرة بمقدار 15-25 سم بسبب حرارة الاحتكاك في الهواء، حيث تستخدم البكرات لفصل المقصورة ومنطقة الركاب بحيث لا يتسبب التمدد الحراري في تمزق هيكل الطائرة أثناء تحليقها في الهواء.[٢]
خزانات التبريد الفائض في السيارات
يعمل المحرك الحراري الداخلي في السيارات على مبدأ طرد الحرارة من البيئة المحيطة، وبالتالي، فإن وجود محرك عالي الكفاءة يعني وجود نظام تبريد الفعال، ولكن تخضع المبردات التي تستخدم لهذا الغرض للتمدد الحراري، ولتجنب هذا التمدد يتم استخدام خزان التبريد الفائض (Overflow Coolant Tanks)، لتجنب الحوادث الخطيرة الناتجة عن انفجار خطوط المبرد.[٢]
بناء الجسور
تتكون الجسر من عناصر تتمدد وتتقلص مع تقلبات درجات الحرارة، فعندما ترتفع درجة الحرارة، تتمدد المواد، وعندما تنخفض درجة الحرارة، تنكمش المادة، فإذا استمرت هذه المواد بالتمدد والتقلص، ستنشأ الشقوق وسينهار الجسر، لذلك يتم تصميم الجسور بتضمين أسنان أو وصلات بين الهياكل، وتكون هذه الوصلات عبارة عن فجوات أو هياكل أسنان موجودة بين الهياكل، فعندما ترتفع درجة الحرارة، تتلامس الأسنان مع بعضها وتقل الفجوة، وعند انخفاض درجة الحرارة، تتباعد الأسنان وتزداد الفجوة.[٣]
المراجع
- ^ أ ب "Thermal Expansion Of Solids", byjus, Retrieved 11/8/2022. Edited.
- ^ أ ب ت ث "Thermal Expansion: Types, Coefficients & Applications", collegedunia, Retrieved 11/8/2022. Edited.
- ↑ "Thermal Expansion Equation & Examples", study, Retrieved 11/8/2022. Edited.
