تمدد السوائل
1ـ معامل التمدد الحقيقي لسائل ومعامل تمدده الظاهري
لما كانت السوائل لا تحافظ على أشكالها بل تأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه، فإن السائل يتمدد عندما ترتفع درجة حرارته (التمدد الحقيقي) كما يتمدد الوعاء في الوقت نفسه؛ فقياس تمدد السائل في هذه الحالة يعطي ما يسمى التمدد الظاهري للسائل، فيجب في هذه الحالة إجراء التصحيح وأخذ تمدد الوعاء في الحسبان، كما في حالة محرار زئبقي كبير مكوَّن من مستودع للزئبق يعلوه أنبوب، تجويفه اسطواني منتظم المقطع مدرَّج بتدريجات متساوية،(الشكل ـ2)، فيكون بالتقريب: قه = هه + عه، وفيها قه معامل التمدد الحقيقي للسائل، وهه معامل التمدد الظاهري، وعه معامل التمدد الحجمي للوعاء.
2ـ قياس معامل التمدد الحقيقي لسائل
يمكن قياس معامل التمدد الحقيقي قياساً مباشراً بطريقة دولنْغ وبيتي Dulong et Petit، اعتماداً على مبدأ توازن السوائل الذي ينص على أن ضغط السائل الساكن متساوٍ في الأواني المستطرقة. ويتألف الجهاز كما هو مبين في (الشكل-3) من أنبوبين مفتوحين شاقوليين أ و ب متصلين في أسفلهما بأنبوب شعري أفقي. يُملأ الأنبوبان بالسائل المراد تعيين معامل تمدده الحقيقي ويحاط أحدهما (أ) بالجليد (0ْس)، والآخر (ب) ببخار ماء يغلي درجة حرارته دْ س، وتقاس درجة حرارة كلٍ من الأنبوبين بالمحرار المعلّق بجانبه. فإذا كان ارتفاع السائل في الأنبوب (أ) يساوي ع0 عندما يتوازن عمود السائل، وكان ارتفاع السائل في الأنبوب ب حينئذ يساوي عد، فسيعطى معامل التمدد الحقيقي بالعلاقة:
وهناك طرائق خاصة لقياس معامل التمدد الحقيقي لكلٍ من [size=13]الماءوالزئبق.[/size]
3ـ نتائج القياسات
إن معامل تمدد السوائل أكبر بوجه عام من معامل تمدد الجوامد، كما يتبين ذلك من الجدول. ويتوقف معامل تمدد السوائل الحقيقي على درجة الحرارة، ويزداد سريعاً بازديادها، ويشذ عن ذلك [size=13]الماء إذ إنه ينكمش ما بين الدرجة 0ْس والدرجة 4ْس. ويتمدد فيما بعد ذلك، أي إن كتلته الحجمية تكون عظمى عند الدرجة 4ْس. ومن أثر شذوذ الماء هذا، يتجمد السطح العلوي لكثير من البحيرات العذبة والأنهار في فصل الشتاء وتكون درجة حرارة الطبقات السفلى منها +4ْس، وتبقى كذلك مدة أشهر في بعض الأحيان، ولو لم يكن هذا لهلكت الأسماك والحيوانات التي تعيش في هذه المياه.[/size]
ويمكن تفسير شذوذ [size=13]الماء على النحو الآتي: إن المسافة الوسطية بين جزيئات الجليد أكبر منها في الماء السائل، لذلك يطفو الجليد على الماء. وعندما يذوب الجليد في الدرجة 0ْس تتفكك بعض جزيئاته ويستمر تفكك جزيئاته التي على شكل سائل بارتفاع درجة الحرارة فوق 0ْس فتتناقص المسافة الوسطية بين هذه الجزيئات ويصغر الحجم الذي تشغله. ويتعادل تناقص الحجم هذا مع ازدياد الحجم الناجم عن التمدد العائد إلى ازدياد هيجان الجزيئات الحراري عند الدرجة 4ْس. فظاهرة التفكك هي التي تسيطر ما بين 0ْس و4ْس في حين يسيطر التمدد الحراري ما بعد 4ْس.[/size]
[size=18]معامل التمدد الطولي لبعض الجوامد (طه×10 5)
في [size=13]درجة الحرارة العادية[/size][/size] | [size=18]معامل التمدد الحقيقي لبعض السوائل (قه×10 5)[/size] |
| [size=18][size=13]الألمنيوم 38.2[/size][/size] | [size=18][size=13]الذهب 14.3[/size][/size] | [size=18][size=13]الزئبق 18.2[/size][/size] |
| [size=18][size=13]الفضة 1.88[/size][/size] | [size=18][size=13]البلاتين 9.00[/size][/size] | [size=18][size=13]الكحول الإتيلي 112[/size][/size] |
| [size=18][size=13]النحاس 1.68[/size][/size] | [size=18][size=13]الرصاص 29.4[/size][/size] | [size=18]الإيتر 166[/size] |
| [size=18]الحديد 1.21[/size] | [size=18][size=13]التوتياء 26.3[/size][/size] | [size=18]البنزن 124[/size] |
| [size=18][size=13]النيكل 1.29[/size][/size] | [size=18]الزجاج 8-9[/size] | [size=18][size=13]الغليسرول 50.5[/size][/size] |
| [size=18]السبيكة invar إنفار (36٪ نيكل، 64٪ حديد ) 0.09[/size] | [size=18]البنتان 161[/size] |
4ـ تطبيقات تمدد السوائل
يستفاد من التمدد الظاهري للسوائل في صنع المحارير التي يستعمل فيها [size=13]الزئبق أو الكحول عادة، وفي صنع المحارير المسجّلة، كما يستفاد من تغير كثافة الماء بتغير درجة الحرارة في تدفئة البيوت بوساطة تيارات الحمل convection، وفي تبريد أسطوانة محرك الآلة الحرارية بإحاطتها بماء يجري في مشع يُجعل أمام مروحة الآلة.[/size]
وينبغي لكي يكون قياس الضغط الجوي بوساطة مقياس الضغط ذي [size=13]الزئبق دقيقاً، إجراء تصحيح على ارتفاع عمودالزئبق ليؤخذ في الحسبان تمدد الزئبق وتغير كثافته، وكذلك تمدد معدن المسطرة التي تحمل التدريجات المشيرة إلى قيمة الضغط. 
[/size]
الأربعاء مارس 26, 2014 8:33 pm