العلوم الفيزيائية — الحرارة: التمدد والانكماش الحراري في المواد — الثانية متوسط — المنهاج الجزائري

الحرارة: التمدد والانكماش الحراري في المواد – الثانية متوسط – المنهاج الجزائري

عند تسخين المواد، تتمدد (تزداد في الحجم). وعند تبريدها، تنكمش (تقل في الحجم). هذه الظاهرة تسمى التمدد والانكماش الحراري. في هذا الدرس سنتعرف على هذه الظاهرة وتطبيقاتها.

ما هو التمدد الحراري؟

عند تسخين مادة ما، تكتسب جزيئاتها طاقة حركية أكبر وتهتز بقوة أكبر، مما يزيد المسافة بينها وبالتالي يزداد حجم المادة. العكس يحدث عند التبريد: تقل طاقة الجزيئات وتقل المسافة بينها فيقل الحجم.

التمدد في المواد الصلبة

جميع المواد الصلبة تتمدد بالحرارة وتنكمش بالبرودة، ولكن بمعدلات مختلفة. قضبان السكك الحديدية تترك بينها فراغات صغيرة للسماح بالتمدد في الصيف. جسور الفولاذ تركب على عجلات أو مفاصل تسمح بالحركة. في إنشاء المباني، تترك فواصل تمدد في الخرسانة.

التمدد في السوائل

السوائل تتمدد أكثر من المواد الصلبة. مقياس الحرارة (الترمومتر) يعمل بتمدد الزئبق أو الكحول بالحرارة. عندما يسخن الماء، يتمدد ويرتفع مستوى سطحه. الماء يتصرف بشكل استثنائي: بين 0-4°م، يتقلص بدلاً من أن يتمدد (هذا ما يجعل الثلج يطفو على الماء).

التمدد في الغازات

الغازات تتمدد أكثر من السوائل والمواد الصلبة. بالون الهواء الساخن يرتفع لأن الهواء يسخن ويتمدد ويصبح أقل كثافة. إطارات السيارات يجب ألا تنفخ بالكامل في الصيف لأن الهواء يتمدد بالحرارة. ضغط الغاز يزداد مع ارتفاع درجة الحرارة.

تطبيقات التمدد والانكماش

• الترمومتر الزئبقي والكحولي.
• مزدوج المعدن (Bimetallic Strip): شريطان من معدنين مختلفين يلتصقان معاً، ينحني بالحرارة ويستخدم في منظمات الحرارة (Thermostat).
• فجوات التمدد (Expansion Gaps) في السكك الحديدية والجسور.
• إطارات النظارات: الأسنان المعدنية تثبت العدسات الزجاجية مع ترك مساحة للتمدد.
• فتح الأغطية المعدنية الضيقة بالماء الساخن.
• في تركيب بلاط السيراميك: يترك فراغ بين البلاط للتمدد.

مشاكل التمدد والانكماش

إذا لم تؤخذ ظاهرة التمدد في الاعتبار، قد تحدث مشاكل: التواء قضبان السكك الحديدية في الصيف، تشقق البلاط، كسر الأنابيب في الشتاء. لذلك يأخذ المهندسون هذه الظاهرة في حساباتهم عند تصميم المباني والجسور والطرق.

📍 دروس مشابهة:

• الفيزياء — القياس: أدوات القياس ووحداتها — الأولى متوسط — المنهاج الجزائري
• العلوم الفيزيائية — المجال المغناطيسي: خصائصه وتطبيقاته — الأولى ثانوي (شعب علمية) — بكالوريا — المنهاج الجزائري
• العلوم الفيزيائية — القوى والحركة: الدفع والسحب — السنة الثالثة إبتدائي — المنهاج الجزائري