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

الحرارة: التمدد والانكماش الحراري

عند تسخين مادة ما، تزداد الطاقة الحركية لجزيئاتها فتزداد المسافات بينها، مما يؤدي إلى تمدد المادة. وعند التبريد، تنكمش المادة.

التمدد الحراري

التمدد الحراري هو زيادة في حجم المادة نتيجة ارتفاع درجة حرارتها.

أنواع التمدد:

• التمدد الطولي: تمدد المواد الصلبة في اتجاه واحد. ΔL = α × L₀ × ΔT
• التمدد السطحي: تمدد سطح المادة الصلبة. ΔS = β × S₀ × ΔT (β ≈ 2α)
• التمدد الحجمي: تمدد حجم المادة (صلبة، سائلة، غازية). ΔV = γ × V₀ × ΔT (γ ≈ 3α)

حيث α معامل التمدد الطولي (°C⁻¹).

أمثلة على التمدد الحراري في الحياة اليومية

• ترك فراغات في قضبان السكك الحديدية لتجنب انحنائها في الصيف.
• ميزان الحرارة (الثرمومتر) يعمل على تمدد الزئبق أو الكحول.
• فتح غطاء زجاجة محكمة بتسخين الغطاء المعدني.
• ترك مسافات بين بلاط السيراميك لتمددها في الحر.

تطبيق المقاومة للحرارة في الهندسة

مثال: قضيب فولاذي طوله 10 m عند 20°C. معامل تمدده α = 1.2×10⁻⁵ /°C. احسب طوله عند 80°C.
ΔL = 1.2×10⁻⁵ × 10 × (80-20) = 1.2×10⁻⁵ × 10 × 60 = 0.0072 m = 7.2 mm
الطول الجديد = 10 + 0.0072 = 10.0072 m

تمارين

1. سلك نحاسي طوله 5 m عند 25°C، سُخن إلى 75°C. احسب طوله الجديد (α = 1.7×10⁻⁵ /°C).
2. لماذا يترك فراغ بين بلاط الأرضيات؟
3. كيف يعمل ميزان الحرارة الزئبقي؟

للمزيد حول الظواهر الفيزيائية، اطلعوا على تطبيقات فيثاغورس و نظرية طالس في الهندسة.