درس التمدد الحراري في المواد – العلوم الفيزيائية – السنة الرابعة إبتدائي – المنهاج الجزائري

التمدد الحراري في المواد

التمدد الحراري ظاهرة فيزيائية مهمة نراها في حياتنا اليومية. عندما تكتسب المادة حرارة، فإن جزيئاتها تهتز بقوة وتتباعد عن بعضها، مما يؤدي إلى زيادة حجم المادة. في هذا الدرس سنتعرف على التمدد الحراري في المواد الصلبة والسائلة والغازية.

التمدد الحراري في المواد الصلبة

عند تسخين المعادن فإنها تتمدد. هذا المبدأ يستخدم في تطبيقات مهمة: في سكك الحديد يترك المهندسون فراغات صغيرة بين قطع السكك لتسمح بتمدد المعدن في الصيف الحار، وإلا لاعوجت السكك. قضبان الجسور المعدنية أيضاً توضع على دعامات متحركة تسمح بالتمدد والانكماش. الترمومتر (ميزان الحرارة) الزجاجي يعتمد على تمدد سائل الزئبق أو الكحول عند التسخين. المواد المختلفة تتمدد بنسب متفاوتة، فهناك معامل تمدد حراري خاص بكل مادة.

التمدد الحراري في السوائل

السوائل تتمدد أكثر من المواد الصلبة عند تسخينها. لهذا لا نملأ أبداً إناء السائل بالكامل عند تسخينه لأن السائل سيتمدد وقد يفيض. الترمومتر يعمل بهذا المبدأ: السائل داخل الأنبوب الزجاجي يتمدد عند التسخين فيرتفع مستواه، وينكمش عند التبريد فينخفض. الماء يتصرف بشكل غير عادي: فهو يتمدد عندما يبرد من 4 درجات مئوية إلى 0 درجة مئوية (وهذا why يطفو الجليد على الماء).

التمدد الحراري في الغازات

الغازات تتمدد بشكل كبير جداً عند تسخينها. هذا المبدأ يستخدم في: منطاد الهواء الساخن (نسخن الهواء داخل البالون فيتمدد ويصبح أقل كثافة من الهواء المحيط فيرتفع المنطاد)، محرك الاحتراق الداخلي في السيارة (يتمدد الغاز المحترق فيدفع المكبس)، وفي أجهزة التكييف والتبريد. البالون الذي ننفخه في جو دافئ يتقلص حجمه عندما نضعه في الثلاجة.

تطبيقات التمدد الحراري في الحياة

للتمدد الحراري تطبيقات عملية كثيرة: في تركيب إطارات النوافذ والأبواب نترك فراغاً بسيطاً للتمدد، في طب الأسنان تستخدم مواد حشو تتمدد بنفس معدل تمدد الأسنان الطبيعية، في الجسور المعدنية تستخدم وصلات التمدد، في صناعة الزجاج يستخدم زجاج البوروسيليكات (بيركس) الذي يتمدد قليلاً جداً فلا ينكسر عند التسخين، وفي الثرمومترات لقياس درجة الحرارة.

للمزيد من المعلومات، راجع درس القوى في الفيزياء ودرس النظام الشمسي.