سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
گرما حجم مواد را تغییر می دهد. این پدیده را قانون انبساط و انقباض چنین بیان می كند....
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

اثر گرما بر حجم مواد

گرما حجم مواد را تغییر می دهد. این پدیده را قانون انبساط و انقباض چنین بیان می كند.

تقریبا همه مواد دراثر گرما بزرگتر ودر اثرسرما كوچكتر می شوند به این واقیعت اصل یا قانون انقباض و انبساط می گویند.

وقتی جسمی در اثر گرما جای بیشتری اشتغال می كند و بزرگتر می شود، گوییم منبسط شده است و هنگامی كه جسم در اثر سرما فضای كمتری اشغال می كند و كوچكتر می شود می گوییم منقبض شده است.

اگر بادكنكی را به دهانه یك بطری شیشه ای خالی ببنیدم و بطری را درون ظرف آب داغ بگذاریم بادكنك باد می شود علت این پدیده انبساط هوای درون بادكنك بر اثر گرماست اگر بطری را درون مخلوط آب و یخ بگذاریم بادكنك دوباره چروكیده می شود.

 

ظرف پر از آب را هم اگر حرارت دهیم سرریز می شود.

 

البته میزان تغییر حجم مواد(انبساط و انقباض ) یكسان نیست بلكه به نوع ماده بستگی دارد.

به طور كلی

انبساط گازها > انبساط مایعات > انبساط جامدات

یعنی

حالت های ماده

 

میزان انبساط

جامد

كم

مایع

متوسط

گاز

زیاد

 

ناگفته نماند كه در بین مواد جامد میزان انبساط فلزات از نافلزات بیشتر و میزان انبساط فلزات هم یكسان نیست.

اثر گرما بر حجم مواد

 

 

داستان انبساطی:

 
هفته آخر شهریور ماه بود مهدی و خانواده اش عازم سفر زیارتی مشهد مقدس شدند بعد از اذان صبح و اقامه نماز به راه افتادند چند كیلومتری كه از شهر بیرون رفتند جهت صرف صبحانه توقف كردند چای و لوازم صبحانه را آماده كردند هوای صبحگاهی اندكی سرد بود همین كه مادر چای را درون لیوانی های شیشه ای ریخت یكی از لیوان ها ترك برداشت مهدی با تعجب علت را پرسید پدرش كه دبیر علوم بود پاسخ داد چای داغ سبب انبساط ناگهانی دیواره درونی لیوان شده و چون دیواره بیرونی مانع از این انبساط می شود ممكن است لیوان ترك بردارد.

 

پس از صرف صبحانه به راه افتادند شور و شوق فراوانی وجود بچه ها را فراگرفته بود.

هنگام ظهر جهت اقامه نماز، صرف نهار و استراحت در منطقه خوش آب و هوایی در جاده هراز توقف كردند. پس از نماز و نهار بچه ها مشغول بازی شدند توپ آن ها رفته رفته كم بادتر می شد. مهدی تصور می كرد توپشان پنچر شده اما پدر گفت چون هوای این جا سرد است هوای درون توپ منقبض می شود لذا كم بادتر به نظر می رسد.

هنگام گشت و گذار ناگهان فاصله بین قطعات رآه آهنی كه از آن منطقه می گذشت توجه مهدی را به خود جلب كرد مهدی می پنداشت كه ریل ها شكسته اند اما پدرش گفت این فاصله ها برای جلوگیری از شكستن یا كج شدن ریل ها هنگام انبساط آنهاست.

هنگامی كه به مشهد رسیدند بعد از زیارت حرم مطهر حضرت رضا(ع) جهت خرید به بازار رفتند مهدی كه قرار است به كلاس اول راهنمایی برود برای درس علوم یك دماسنج خرید در زمانهای مختلف حركت مایع رنگین دماسنج را زیر نظر گرفت اما نمی دانست چگونه مایع رنگین در دماسنج بالا و پایین می رود.

پدرش توضیع داد: درون لوله شیشه ای و نازك دماسنج اندكی مایع رنگین(جیوه یا الكل) وجود دارد هنگامی كه دماسنج در جای گرم قرار می گیرد مایع رنگین منبسط می شود و ناچار در لوله بالا میرود و هنگامی كه در جای سرد قرار گیرد مایع رنگین منقبض شده پایین می آید. چون هنگام بازشدن مدارس نزدیك بود خانواده مهدی پس از سه روز اقامت در مشهد به شهر خود مراجعت كردند.

پدیده هایی كه مهدی با آن ها روبرو شد و پدیده های بی شمار دیگری وجود دارند كه با اصل انبساط و انقباض قابل توضیح هستند از جمله: 

- از خودنویس پر از جوهر در روزهای گرم جوهر تراوش می كند.

- سیم های برق را بین تیرها كمی شل می بندند.

- گاهی در هوای گرم لاستیك اتومبیل ها می تركند.

سعی كنید با استفاده از قانون انبساط و انقباض برای هر یك از موارد بالا توضیحی بیابید.

 

مقایسه دماسنج پزشكی با دماسنج معمولی

 

پزشكی

 

معمولی

محدوده دما بین 35 تا 42

محدوده دما از زیر صفر تا 100

پایین دماسنج دارای خمیدگی

صاف

مثلثی شكل با لوله شیشه ای بسیار نازك(دقت اندازه گیری زیاد)

معمولاً گرد (دقت اندازه گیری كمتر)

 

سؤال : چرا در دماسنج از الكل و جیوه استفاده می شود؟

در دماسنج ها سه نوع مقیاس وجود دارد.

اثر گرما بر حجم مواد

تبدیل مقیاس ها به یكدیگر:

 

- تبدیل سلسیوس به فارنهایت:

 سلسیوس را در 8/1 ضرب كرده با 32 جمع می كنیم.

F= 32 + (1.8* C)

- تبدیل فارنهایت به سلسیوس:

 فارنهایت را به 8/1 تقسیم و 32 را از آن كم می كنیم.

C= (F - 32 ) / 1.8

 

- تبدیل سلسیوس به كلوین:

 سلسیوس را با 273 جمع می كنیم.

K = 273 + C

 

- تبدیل كلوین به سلسیوس:

 از كلوین 273 كم می كنیم.

C= K - 273

 

- تبدیل فارنهایت به كلوین:

 می توان ابتدا فارنهایت را به سلسیوس تبدیل كرد سپس آن را با 273 جمع كرد و یا

K = ( F - 32 ) /1.8 + 273

 

توضیح انبساط و انقباض با نظریه مولكولی:

هنگامی كه ماده ای گرم می شود جنبش و حركت مولكول های آن افزایش می یابد در نتیجه برخورد مولكول ها به یكدیگر بیشتر و فاصله بین مولكول ها زیادتر می شود. زیاد شدن فاصله مولكول ها از یكدیگر به اقزایش حجم ماده (انبساط) منجر می شود.

عكس این مطلب هم درست است یعنی وقتی ماده ای سرد می شود جنبش مولكول ها كاهش و برخورد آن ها كم می شود در نتیجه مولكول ها به هم نزدیكتر و جسم كوچكتر (منقبض) می شود.

 

 

 

انبساط غیر عادی آب:

برخی مواد به خصوص آب از قانون انبساط و انقباض تبعیت نمی كنند به همین علت گفته می شود آب انبساط غیر عادی دارد و به خاطر همین انبساط غیر عادی آب است كه دیواره حوض و یا لوله های آب در زمستان می تركند اگر آب را سرد كنیم مانند همه مواد منقبض می شود تا دمای آن به 4 درجه برسد یعنی آب 4 درجه كمترین حجم و بیشترین چگالی را دارد. اگر آب 4 درجه را سردتر كنیم منبسط می شود تا یخ بزند. علت این انبساط غیر عادی پیوند بین مولكول ها ی آب است این نوع پیوند را كه در سال های آینده با آن آشنا خواهید شد پیوند هیدروژنی می گویند.

بدنیست بدانید گرچه این انبساط غیر عادی گاهی سبب خسارت می شود اما بسیار سودمند است و حیات آبزیان را تضمین می كند. شما در این مورد تحقیق كنید كه چگونه چنین چیزی ممكن است؟

انجام دهید

یك بطری شیشه ای را از آب پر كنید و در آن را نبندید سپس بطری را درون حوله یا پارچه ای پیچیده داخل جایخی یخچال بگذارید تا آب درون آن یخ بزند اكنون بطری را از درون جایخی خارج كرده با احتیاط آن را مشاهده كنید آنچه اتفاق افتاده است را تفسیر كنید.

دما پا:

این وسیله كه وظیفه تنظیم دما در وسایل برقی را به عهده دارد بر اساس قانون انبساط و انقباض كار می كند. اساس كار دماپا تفاوت در میزان انبساط دو فلز است. دماپا (ترموستات) معمولاً از دو تیغه هم اندازه از دو فلز غیرهمجنس (غالباً آهن و مس) ساخته می شود كه محكم به هم پرچ شده اند. 

از آنجا كه میزان انبساط فلز مس بر اثر گرما از آهن بیشتر است ، هنگامی كه دمای وسیله برقی از حد معمول بیشتر شود ورقه مسی بیشتر منبسط شده به طرف آهن خم می شود و جریان برق را قطع می كند.

از دماپا در سماور، اتو، جارو، آبگرمكن، منقل و ... برقی استفاده می شود از این وسیله در زنگ اعلام حریق هم استفاده می شود بدین طریق كه گرمای ناشی از آتش سوزی سبب انبساط بیشتر و خمیده شدن ورقه مسی و در نتیجه وصل جریان برق و به صدا در آمدن زنگ خطر می شود.

 


 

پایگاه المپیاد علمی

مرکز یادگیری سایت تبیان - گردآورنده و تنظیم : نوربخش

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین