آلية حدوث ظاهرة “التَمَدُّد الحراري” للمواد

1995 موسوعة الكويت العلمية للأطفال الجزء السادس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة التمدد الحراري الفيزياء

تتمدد المواد بالحرارة وتنكمش بالبرودة. ويختلف مدى التمدّد باختلاف حالة المادة. فالغازات تتمدد أكثر كثيراً من السوائل، كما أن السوائل تتمدد أكثر من الأجسام الصلبة.

وبصفة عامة فإن التمدّد الحراريَّ هو نتيجة مباشرة للتغير في المسافة بين الذرات والجزيئات داخل المادة.

فعند درجات الحرارة العادية تتحرك جزيئات المادة الصلبة حركة تذبذبية حول مواضعها المستَقِرَّة، خلال مسافات صغيرة جداً.

وبارتفاع درجةَ حرارة المادة تتذبذب الجزيئات في مسافات أكبر من المسافات السابقة. وبذلك تزيد المسافة بين الجزيئات ويحدث التمدد في المادة.

 

ومن الأمثلة الواضحة لتمدّد الأجسام بالحرارة ما نراه في تغطية أرضية بعض الممَّرات أو الطرق بطبقة أسمنتية مقسَّمة بدورها إلى أجزاء، وتوجد بينها فواصل تعرف باسم «فواصل التمدد».

وتسمح هذه الفواصل لأجزاء الطبقة الاسمنتية بالتمدد عند ارتفاع درجة الحرارة صيفاً، دون أن تفقد استواءَها ثم تتكسر.

كما أن الجسور المعدنية التي تصل بين ضَفَّتَيْ نهر تُصنع أحياناً بحيث يكون أحد طَرَفَيْها مثبتاً في حين يكون الطرف الآخر حراً.

 

يرتكز على عجلات بطريقة تسمح له بالتمدّد أو الانكماش، وإلا تعرَّض الجسر للتصدع والانهيار عند ارتفاع درجة الحرارة صيفاً.

وأحياناً نلاحظ أنه إذا صَبَبْنَا سائلاً ساخناً جداً في كأس زجاجية فإنها تتعرض للانكسار.

ويرجع هذا إلى أن الجانب الداخلي للكأس يتمدد أسرعَ من الجانب الخارجي، نظراً لأن الزجاج موصل رديء للحرارة.

وتؤدِّي القوى التي تنشأ عن تمدد الجانب الداخلي بدرجة أكبر إلى تصدُّع الكأس وانكسارها.

 

ومع ما للتمدد من مشكلات وأخطار إلا أنه يكون مفيداً في بعض الأحيان.

فالصفائح المزدوجة التي يتكون كلٌّ منها من شريحتين ملتصقتيْن من معدنيْن مختلفين كالنحاس الأصفر والصلب.

عند تسخينها يتمدَّد النحاسُ الأصفر بمقدار أكبرَ من الصلب، فتنحني الصفيحة المزدوجة إلى الجهة التي توجد بها شريحةُ الصلب الأقلُّ تمدداً.

 

وعند تبريدها ينكمش النحاس الأصفر بمقدار أكبر من الصلب فتنحني الصفيحة المزدوجة إلى الجهة التي توجد بها شريحة النحاس الأصفر الأكثر انكماشاً.

والصفائح المزدوجة تستخدم كثرموستات.

كما إن الترمومتر الزئبقي مثال جيد لاستخدامات ظاهرة تمدد السوائل وانكماشها لقياس درجات الحرارة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]