فصل 2 – اثر گرما بر حجم مواد:
انبساط و انقباض :

قانون انبساط و انقباض بيان مي كند كه : افزايش دما باعث افزايش حجم مواد و كاهش دما سبب كاهش حجم آن ها مي شود. بنابراين وقتي حجم ماده اي در اثر گرم شدن افزايش يابد مي گوئيم منبسط شده است. و وقتي حجم آن در اثر سرد شدن كاهش يابد، مي گوئيم منقبض شده است.

 

  چگونگي درجه بندي كردن دما سنج:

مخزن دما سنج را در ظرف يخ در حال ذوب شدن مي گذارند. در اين حالت سطح مايع دماسنج در هر نقطه اي كه قراربگيرد به عنوان صفر در نظر مي گيرند و سپس مخزن دماسنج را در بخار آب جوش و فشار هواي كنار دريا قرار مي دهند.
در اين حالت سطح مايع درون لوله ي دماسنج در هر نقطه اي كه قرار بگيرد آن نقطه را به عنوان 100 در نظر مي گيرند. سپس فاصله ي بين صفر تا 100 را به 100 قسمت مساوي تقسيم مي كنند و بر هر قسمت را يك درجه مي نامند. اين نوع درجه بندي را مقياس سلسيوس مي گويند.
سليسيوس نام مخترع اين نوع درجه بندي دما سنج است. نام ديگر اين نوع درجه بندي سانتي گراد است. سانتي گراد به معناي صد بخشي است.
قانون انبساط و انقباض يك قانون علمي است. بعضي از قانون هاي علمي استثنا هم دارند. به جز آب مواد ديگري هم وجود دارند كه بر خلاف قانون انبساط و انقباض رفتار مي كنند اما نقش و اهميت اين مواد در زندگي و طبيعت به اندازه آب نيست.  

 

  انبساط مواد گوناگون :

در اطراف ما مواد گوناگوني وجود دارند. اين مواد داراي ويژگي ها و حالت هاي متفاوتي هستند. حالت ها و ويژگي هاي هر ماده به ساختار مولكولي و اتمي آن ماده مربوط مي شود.


با استفاده از اين خاصيت يعني متفاوت بودن مقدار انبساط مواد مختلف ايستگاههايي براي تنظيم دما ساخته شده اند.
مثلاً در بعضي از وسايل خانگي مانند سماور و اتو برقي لازم است دما در درجه دلخواه تنظيم شود، يعني از آن درجه بيشتر يا كمتر شود. دماپا (ترموستات) وسيله اي است كه برا ي اين كار ساخته شده است. دما پا انواع گوناگوني دارد. در يك نوع دماپا، دو تيغه ي فلزي غير هم جنس مطابق شكل به يك ديگر متصل شده اند. اين دو تيغه در دماي معمولي هم طول هستند.


وقتي كه دماپا گرم شود، مس بيشتر از آهن منبسط مي شود، در نتيجه دماپا به سمت آهن خم مي شود. اين خم شدن مي تواند در خاموش و روشن كردن يك دستگاه برقي به ما كمك مي كند.  

 

  چرا گرما سبب انبساط مواد مي شود؟

دانستيد كه مواد از ذره هايي به نام اتم يا مولكول ساخته شده اند. همچنين دانستيد كه اين ذره ها پيوسته در حال جنبش اند، در بين آنها فضاي خالي وجود دارد و يك ديگر را مي ربايند. به اين نوع تغيير ساختار ماده، نظريه مولكولي گفته مي شود.
نظريه مولكولي همچنين بيان مي كند كه وقتي دماي ماده اي بالا رود جنبش مولكول هاي آن زيادتر مي شود و وقتي دما كاهش مي يابد جنبش مولكول هاي آن ها كمتر مي شود. با افزايش جنبش مولكول ها، برخورد مولكول ها با هم بيشتر و شديدتر شده و در نتيجه از هم دور مي شوند. با دور شدن مولكول ها از هم فضاهاي خالي بين آن ها نيز بيشتر مي شود، بنابراين حجم ماده افزايش مي يابد. شكل زير وضعيت مولكول هاي يك ماده را در حالت گرم و سرد نشان مي دهد.

 

 

  مشاهده كنيد صفحه 13



1 – يك دما سنج معمولي را مورد مشاهده قرا ردهيد. درباره طرز كار با آن بر اساس انبساط و انقباض با دوستان خود گفت و گو كنيد.
هنگامي كه دماسنج را در كنار جسم گرم قرار مي دهيم، مايع درون دما سنج بر اثر گرما منبسط شده و بالا مي رود و اگر دماسنج را در كنار جسم سرد قرار مي دهيم، مايع درون دما سنج بر اثر سرما منقبض شده و پائين مي آيد.

2 – چرا در مسير مايع درون دماسنج پزشكي يك خميدگي ايجاد كرده اند؟
خميدگي بالاي مخزن جيوه سبب مي شود كه هنگام اندازه گيري دماي بدن بيمار جيوه مايع به مخزن برنگردد و پزشك فرصت كافي براي خواندن دماي دقيق را داشته باشد. البته قبل از هر بار استفاده دماسنج را به شدت تكان مي دهند تا جيوه به مخزن باز گردد.  

 

  يك پله بالاتر:
1 – براي جداكردن دو ليوان كه در هم گير كرده اند چه راهي پيشنهاد مي كنيد؟

داخل ليوان دروني مقداري آب سرد مي ريزيم و ليوان بيروني را داخل يك ظرف آب گرم قرار مي دهيم ليوان دروني در اثر سرما منقبض مي شود در حاليكه ليوان بيروني در اثر گرما – منبسط مي شود ، بنابراين براحتي از يكديگر جدا مي شوند.  

 

  تفسير كنيد
1 – براي بازكردن در فلزي يك ظرف شيشه اي كه بسيار سفت شده است آن را زير آب داغ مي گيرند؟ چرا؟


زيرا در فلزي بر اثر گرما سريع تر از ظرف شيشه اي منبسط مي شود ، بنابراين در ظرف به راحتي باز مي شود.

2 – يك گلوله مسي و يك صفحه ي آهني كه روي آن سوراخي دايره اي شكل به قطر گلوله وجود دارد در اختيار داريم. در دماي معمولي گلوله مي تواند از سوراخ عبور كند . با توجه به نمودار بالا به اين دو سؤال پاسخ دهيد.
الف) اگر گلوله مسي و صفحه آهني را تا دماي نسبتاً زيادي گرم كنيم آيا گلوله باز هم از سوراخ رد مي شود؟ چرا؟
خير، زيرا گلوله ي مسي در اثر گرما بيشتر از صحفه ي آهني منبسط مي شود. در نتيجه حجم گلوله ي مسي از صفحه آهني بيشتر افزايش مي يابد و گلوله از سوراخ رد نمي شود.

ب ) اگر گلوله از آهن و صفحه از مس باشد چه وضعي پيش مي آيد؟
گلوله ي آهني از صفحه ي مسي به راحتي عبور مي كند زيرا صفحه بيشتر از گلوله منبسط مي شود.