تمدد الأسلاك والقضبان بارتفاع درجة حرارتها يعد مثالاً على
مرحبا بكم في موقع سواح هوست. نقدم هنا العديد من الإجابات على جميع أسئلتك بهدف توفير محتوى مفيد للقارئ العربي.
في هذه المقالة سوف نناقش تمدد الأسلاك والقضبان ذات درجة الحرارة العالية كمثال ونأمل أن نكون قد أجابنا عليه بالطريقة الصحيحة التي تحتاجها.
هل تحب تغليف الهدايا؟ لذلك ربما لوحت بشريط الهدايا بالمقص (أو شاهدت الآخرين يفعلون ذلك). هل تساءلت يومًا عن سبب تموجات شريط القطع عند تمرير حافة شفرة المقص إلى جانب واحد؟ الإجابة هي أنه عند الضغط على الشريط باستخدام شفرة المقص ، تتمدد الطبقة الخارجية للشريط ، مما يجعلها أطول من الطبقة الداخلية التي تضغط عليها شفرة المقص. نتيجة لذلك ، يقوم الشريط بتوجيه الموجات لتعويض الاختلاف في الطول بين طبقتين. في النشاط التالي ، ستقوم أيضًا بتلويح المواد ، لكنك لست بحاجة إلى مقص للعمل مع هذه المواد ، سنستخدم الحرارة بدلاً من ذلك!
معلومات عامة
ربما تعلم أن شكل أو حجم المواد يتغير عند تسخينها أو تبريدها ، وربما تكون قد رأيت هذا من قبل. تنطبق هذه الحقيقة على المواد في جميع حالاتها ، الصلبة والسائلة والغازية ، لأنها تتكون جميعها من ذرات وجزيئات. عندما تتعرض هذه الجزيئات للحرارة ، فإنها تبدأ في الاهتزاز والتحرك بسرعة. يؤدي هذا إلى تباعد الجزيئات واحتلالها لمساحة أكبر ، بحيث تتمدد المواد بالحرارة. من ناحية أخرى ، عندما تكون المادة باردة ، تكون جزيئاتها أقل قدرة على الحركة ، مما يجعلها تشغل مساحة أقل ، وبالتالي تتقلص مع البرودة. على الرغم من أن جميع المواد تتمدد عند تسخينها ، لا تتمدد جميعها بنفس الدرجة. ما يحدد مقدار تمدد المادة يعرف بمعامل التمدد الحراري. على سبيل المثال ، يتمدد الألمنيوم بين 21 و 24 ميكرومتر لكل متر إذا ارتفعت درجة حرارته بمقدار درجة واحدة مئوية.
ولكن ماذا يحدث عندما يتكون الجسم من عدة مواد؟ في هذه الحالة تختلف درجة تمدد كل مادة عند تعرضها للحرارة! في الواقع ، هناك مواد خاصة تسمى ثنائية المعدن تستخدم للاستفادة من الخصائص المتغيرة للتمدد الحراري. الجسم ثنائي المعدن عبارة عن جسم مكون من طبقتين منفصلتين من معدنين مختلفين متماسكين معًا ، وعند تسخينه ، يتمدد أحدهما أكثر من الآخر ، مما يتسبب في ثني المعدن ثنائي المعدن (أو تموجه) في اتجاه واحد ، تمامًا مثل هدية الشريط. لف. بسبب هذا التأثير ، غالبًا ما تُستخدم هذه المعادن للإشارة إلى التغيرات في درجة الحرارة ، مثل موازين الحرارة ذات الإبرة الدائرية (مثل تلك المستخدمة في الأفران والثلاجات). داخل موازين الحرارة هذه ، يوجد ملف معدني مزدوج متصل بمؤشر ، وعندما تتغير درجة الحرارة ، يتحرك المؤشر وفقًا لدرجة تغير شكل الملف المعدني.
في هذا النشاط ، سترى بنفسك كيف يمكن لخصائص التمدد الحراري المختلفة أن تتسبب في تموج الجسم. هل أنت مستعد لهذه التجربة المثيرة؟
أدوات التجربة
- ورق ألومنيوم
- أوراق طابعة
- هدف
- صمغ
- شمعة قاعدة صلبة
- أخف وزنا أو أعواد الثقاب
- شخص بالغ لمساعدتك
- وعاء ماء كبير أو طفاية حريق
- صفائح من مواد أخرى مثل البلاستيك والنحاس وغيرها. (اختياري)
التحضير للتجريب
- اقطع أربع شرائح من ورق الألومنيوم ، بعرض 14 سم وطول 9 سم تقريبًا.
- قم بقص أربعة شرائط من ورق النسخ ، بعرض 1.27 سم وطول 9 بوصات (حوالي 22.86 سم).
- باستخدام الغراء ، قم بغراء شريطين من الألومنيوم معًا ، بحيث تكون طبقتان من الألومنيوم فوق بعضهما البعض.
- باستخدام الغراء ، قم بلصق شريطين من ورق النسخ معًا ، بحيث تكون طبقتان من الورق فوق بعضهما البعض.
- باستخدام الغراء ، قم بلصق شريط من ورق الطباعة على شريط من رقائق الألومنيوم.
- كرر الخطوة السابقة مع شريطي رقائق الألومنيوم المتبقيين وورق الطباعة.
- تأكد من لصق الشرائط تمامًا معًا قبل بدء التجربة.
مراحل التجربة
- بمساعدة شخص بالغ ، أشعل الشمعة وتأكد من وجود إبريق كبير من الماء أو مطفأة حريق في مكان قريب ، فقط في حالة وجود أي مشاكل.
- ابدأ بشريط الألمنيوم ذي الطبقتين ، وبمساعدة شخص بالغ ، أمسك نهاية الشريط بحذر بحيث يكون الشريط على ارتفاع 4 إلى 5 سم فوق لهب الشمعة ، وثبته لمدة ثلاث ثوانٍ تقريبًا. ماذا يحدث لشريط الألمنيوم؟
- قم بإزالة الشريط المعدني فوق الشمعة والمس بعناية جانب الشريط الذي كان فوق اللهب. ما هو شعورك حيال هذا مقارنة ببقية العصابة؟
- التقط الشريط المكون من طبقتين من ورق الطباعة ، وامسك طرف الشريط بعناية بحيث يكون الشريط على ارتفاع 4 إلى 5 سنتيمترات فوق لهب الشمعة واتركه لمدة ثلاث ثوانٍ تقريبًا ، مع الحرص على عدم حرقه عن طريق الخطأ. ماذا تلاحظ هذه المرة؟
- قم بإزالة شريط الورق فوق الشمعة والمس بعناية جانب الشريط فوق اللهب. كيف تجد قوامه؟
- الآن التقط الشريط الذي يتكون من طبقة من الألومنيوم وورق طباعة. ثبت نهاية الشريط فوق لهب الشمعة كما فعلت في المرتين السابقتين ، بحيث تكون طبقة الألمنيوم في مواجهة الشمعة وتواجه طبقة الورق سقف الغرفة ، وأمسك الشريط في هذا الوضع لمدة ثلاث ثوانٍ تقريبًا. ماذا تلاحظ ؟ هل النتائج مختلفة عن السابق؟
- بعد إزالة الشريط فوق الشمعة بعناية ، المس بعناية نهاية الشريط الموجود فوق اللهب على كلا الجانبين. هل كلا الجانبين لهما نفس الملمس؟
- التقط آخر شريط من ورق القصدير وطبقة واحدة من ورق النقش ، ولكن هذه المرة ضع طبقة واحدة من ورق الحروف في مواجهة الشمعة والطبقة الأخرى من الرقائق المواجهة لسقف الغرفة. ما الذي يحدث هذه المرة؟ هل لديك مبرر لهذه النتيجة؟
- ارفع الشريط بعيدًا عن الشمعة والمس بعناية الجوانب فوق الحافة التي كانت أعلى الشمعة. ماذا تلاحظ ؟
- تجربة إضافية: ماذا يحدث عند لصق شريط الألمنيوم بمواد أخرى مثل البلاستيك أو النحاس؟ هل تغيرت نتائجك؟
الملاحظات والنتائج
هل رأيت أحد شرائطك يلوح بالنيران؟ يجب أن تكون قد رأيت ذلك! لا ينبغي أن يتحرك الشريط ذو الطبقتين أو الشريط المكون من طبقتين بكامل الأعمدة عندما تمسكه فوق اللهب لأن كلا طبقتين من الشريط من نفس المادة. إذا ارتفعت درجة حرارة الشريط ، وهو ما تلاحظه عند لمسه ، تتمدد الطبقتان بنفس المقدار. ومع ذلك ، إذا كان الشريط مصنوعًا من مادتين مختلفتين ، مثل الشريط الذي صنعته من طباعة الورق والرقائق معًا ، فسيحدث شيء مختلف.
عندما تمسك ورق الطباعة وشريط القصدير فوق اللهب ، فمن المحتمل أن تلاحظ أنه يبدأ فورًا في الانحناء أو التموج في اتجاه واحد. تتجعد عندما تواجه طبقة الألمنيوم اللهب وتتجعد عندما تواجه طبقة الألمنيوم سقف الغرفة. هذا بسبب تسخين الألمنيوم وورق الطباعة على اللهب ، لكن الألمنيوم يتمدد أكثر من الورق لأنه يحتوي على معامل تمدد حراري أعلى. نظرًا لأن الورق والرقائق يلتصقان ببعضهما البعض ، فإن الرقاقة تلتف بعيدًا عن الشريط الورقي لتعويض الفرق في الطول بين الطبقتين ، تمامًا مثل شريط الهدايا المزخرف! سترى نتائج مماثلة مع نطاقات أخرى مصنوعة من مادتين مختلفتين لهما معامل تمدد حراري مختلف.
بنهاية المقال نتمنى أن نكون قد أجابنا على سؤال شد الأسلاك والقضبان ومن الأمثلة على ذلك ارتفاع درجة حرارتها.