تمددأجوف هو الاسم الذي يطلق على الظاهرة التي يوجد فيها زيادة في مساحةالجسم بسبب ارتفاع درجة الحرارة. يحدث هذا النوع من التمدد في الأجسام ذات التماثل السطحي ، مثل الألواح وأسطح الطاولات والألواح والبلاط ، إلخ.
نظرةأيضا: قياس السعرات الحرارية
اتساع السطح يعتمد على معامل التمدد السطحي. هذا المعامل الذي وحدته هي درجة مئوية-1، هو خاصية لكل نوع من المواد ، ولكن احتفظ بعلاقة تناسبية مع معامل التمدد الخطي:
β - معامل تمدد السطح (درجة مئوية-1)
α - معامل التمدد الخطي (درجة مئوية-1)
يمكننا أن نفهم هذه العلاقة إذا رأينا أنه يوجد اثنان في تمدد السطح توسعخطي: واحد من أجل الطول وآخر ل ارتفاع من الجسم. من المهم التأكيد على أن العلاقة الموضحة أعلاه صالحة فقط للهيئات المكونة من قبل مواد نقية ومتجانسة.
معادلة
تحقق من الصيغة المستخدمة لحساب معامل تمدد السطح - التباين في المنطقة التي يعاني منها بعض الجسم عند تسخينه.
س - اتساع المساحة (م²)
س0- المساحة الأولية (م²)
β - معامل تمدد السطح (درجة مئوية-1)
Δ ت —تغير درجة الحرارة (درجة مئوية)
بالإضافة إلى هذه الطريقة ، يمكننا حساب تمدد السطح بطريقة أخرى ، حتى نتمكن من إيجاد المساحة النهائية للجسم مباشرةً ، تحقق من:
س - المساحة النهائية (م²)
التمدد الحراري
عندما يسخن ، الجزيئات تميل الأجسام إلى الاهتزاز بسرعات أعلى ، مما يجعل الأبعاد العيانية يمكن أن يكون من الجثث تغير، وإن كان ذلك بالحد الأدنى. تسمى الظاهرة التي يتغير فيها حجم الجسم عند تسخينه تمددحراري.
على الرغم من كونها بديهية ، فليس صحيحًا أن جميع المواد تتمدد عند زيادة درجة حرارتها ، فهناك مواد موجودة معاملات التوسع السالبة (مثل مطاط مقوى) ، أي عندما يتم تسخين هذه المواد ، يتم تقليل أبعادها.
ينقسم التمدد الحراري إلى ثلاثة أنواع فرعية للتمدد: خطي, أجوف و الحجمي. تحدث هذه الأنواع من التمدد معًا ، ومع ذلك ، سيكون أحدها أكثر أهمية من الأنواع الأخرى ، وفقًا لشكل الجسم.
على سبيل المثال: بسبب شكلها ، فإن الإبرة تعاني أكثر تمددخطي فيما يتعلق بأشكال التمدد الأخرى ؛ لوحة معدنية ، بدورها ، تعاني أكثر تمددسطحي بسبب شكله ؛ تميل السوائل والغازات ، التي تشغل حيز حاوياتها ، إلى التمدد في جميع الاتجاهات ، وبالتالي فهي موجودة تمددالحجمي.
نظرةأيضا:ما هو الانتروبيا؟
تمدد السوائل
يمكن أن تخضع السوائل للتمدد الحجمي عند تسخينها. ومع ذلك ، عند دراسة هذا النوع من التوسيع ، من المهم أن نفكر في التوسع الحجمي للحاويات حيث يتم تخزين السوائل.
بهذا المعنى ، يتحدث المرء عن تمدد ظاهر - الفرق بين التمدد الذي يعاني منه السائل ووعائه. الوصول إلى مقالتنا وتعلم كل شيء عنها تمدد السائل.
تجربة - قام بتجارب
هناك تجارب يمكن إجراؤها بسرعة وسهولة ، من أجل تصور ظاهرة التمدد السطحي. تحقق من بعض الحالات:
المواد اللازمة:
1 صينية ستايروفوم
1 عملة
1 شمعة
اعواد الكبريت
1 كماشة
1 قلم
1 مقص
المنهجية:
ضع العملة المعدنية على صينية الستايروفوم وحددها بالقلم. بعد ذلك ، اقطعها. أشعل الشمعة وأمسك العملة بالكماشة وضعها فوق شعلة الشمعة مباشرة (يكون بحضور شخص بالغ لإجراء هذا النوع من التجارب).
بعد بضع دقائق ، ضع العملة المعدنية على صينية الستايروفوم وستلاحظ تقلص حجمها بعد ذوبان الستايروفوم. لمقارنة أحجام العملات المعدنية الساخنة والباردة ، ضع الفتحة الناتجة عن العملة المسخنة وقطعة الستايروفوم التي تم قطعها جنبًا إلى جنب.
تجربة أخرى مثيرة للاهتمام هي الحصول على حافة وكرة معدنية بنصف قطر أكبر قليلاً من الحافة. في درجة حرارة الغرفة ، لن تتمكن الكرة من المرور عبر الحافة ، ومع ذلك ، عندما نقوم بتسخين الحافة ، تزداد مساحتها الداخلية بسبب التمدد الحراري وستكون الكرة قادرة على المرور خلالها:
الاحتمال الآخر هو محاولة فتح وعاء به غطاء متصل عن طريق تسخينه ، مما يجعل مساحته تتسع:
تمارين حلها
السؤال رقم 1) صفيحة معدنية مستطيلة بمساحة 0.05 متر مربع لها درجة حرارة 25 درجة مئوية عند تسخينها بأشعة الشمس حتى تصل درجة حرارتها إلى 75 درجة مئوية يساوي معامل التمدد السطحي للمادة التي تشكل الصفيحة 2.0.10-4 C-1 ، ما مقدار التباين في مساحة هذه اللوحة؟
أ) 0.0575 متر مربع
ب) 0.0505 متر مربع
ج) 1500 متر مربع
د) 0.750 متر مربع
هـ) 0.550 متر مربع
تعليق: خطاب ب
القرار:
لإيجاد المساحة النهائية للصفائح المعدنية ، سنستخدم صيغة تمدد السطح التالية:
سنقوم بإدراج البيانات التي تم توفيرها في التمرين في الصيغة:
وفقًا للبيانات التي قدمها التمرين ، ستكون المساحة النهائية لهذه الصفيحة المعدنية 0.505 مترًا مربعًا ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف ب.
السؤال 2) مادة معينة لها معامل تمدد خطي قدره 1.5.10-5 درجة مئوية-1، معامل التمدد السطحي لهذه المادة نفسها هو:
أ) 0.50.10-5 درجة مئوية-1
ب) 0.75.10-5 درجة مئوية-1
ج) 3.0.10-5 درجة مئوية-1
د) 4.50.10-5 درجة مئوية-1
هـ) 0.40.10-5 درجة مئوية-1
تعليق: خطاب ج
القرار:
لحل هذا التمرين ، فقط تذكر أن جسمين لهما تناظرات مختلفة ، لكنهما مصنوعان من نفس المادة النقية ، احتفظ بالعلاقة التالية بين معاملات التمدد الحراري الخاصة بهم:
لذلك ، البديل الصحيح هو الحرف ج.
السؤال 3) معامل تمدد السطح واللوح 0.4 متر مربع يساوي 2.0.10-5 درجة مئوية-1 يتم تسخينه من 20 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية. حدد النسبة المئوية للزيادة في مساحة تلك اللوحة.
أ) 0.36٪
ب) 35٪
ج) 25٪
د) 0.25٪
هـ) 5٪
تعليق: خطاب ال
القرار:
لنحسب أولاً معامل التمدد الذي تعاني منه اللوحة باستخدام صيغة تمدد السطح:
باستخدام البيانات التي يوفرها التمرين ، سيتعين علينا إجراء الحساب التالي:
في هذا القرار ، نحسب أولاً التمدد الذي تعاني منه اللويحة. بعد ذلك ، قمنا بعمل النسبة بين المساحة النهائية للوحة ، وهي مجموع المساحة الأولية مع تمدد اللوحة ، من خلال المساحة الأولية للوحة. بعد ضرب القيمة التي تم الحصول عليها في 100 ، نجد النسبة المئوية للمساحة الجديدة بالنسبة إلى سابقتها: 100.036 ، أي: زادت مساحة اللوحة بنسبة 0.36٪.
من جانبي رافائيل هيلربروك
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm
