5-5 المحارير وانواعها وإستعمالاتها
توجد المحارير بأنواع عدة ولاستعمالات مختلفة في [ المنازل , المختبر , الطب , الصناعة ] .
- محارير وقمية وهي حديثة يعتمد عملها تحويل الطاقة الحرارية مباشرة الى اشارة كهربائية.
- بعضها محارير زئبقية أو كحولية يعتمدعملها على تمدد السائل بالتسخين.
- وهناك محارير يعتمد عملها على تمدد قطعة ثنائية المعدن عند تسخينها ( يستعمل هذا النوع من المحارير في قياس درجات الحرارة العالية جدا في الصناعة والمختبرات ) .
المحرار الطبي ( في بعض منها يستعمل الزئبق ) ومدى تدريجاته (35C - 42C) وبعضها الاخر المحرار الرقمي ( وهو نوع حديث ). يعتمد عمل المحارير الحديثة وهي المحارير الرقمية Digitals على تحويل الطاقة الحرارية مباشرة الى طاقة كهربائية . وهو نوع من محولات الطاقة Transducers .
1 - التدريج السليزي Celsius scale
تقسم المسافة بين النقطتين الثابتتين العليا وهي غليان الماء النقي 100Cوالسفلى وهي نقطة انجماد الماء النقي 0C الى مئة تدريجة وتسمى التدريجة الواحدة بالدرجة السيليزية .
2 - التدريج المطلق ( الكلفن ) Kelvin scale
هناك علاقة رياضية تربط بين التدريج السيليزي وتدريج كلفن وهي كالاتي :
K = 273 + C
وعلى هذا الاساس فإن 0C نقطة انجماد الماء النقي من التدريج المطلق 273K اما نقطة غلينان الماء النقي وفق التدريج السيليزي يقابله في التدريج ما يساوي 373K , كما ان هناك درجة حرارية اخرى تسمى الصفرالمطلق (Absolute Zero Degree (0 K وهي تعادل -273C .
4-5 تأثير الحرارة في المواد
عند تسخين المادة تزداد الطاقة الحركية للجزيئات ونتيجة لذلك تتباعد جزيئات ( أو ذرات ) المادة بعضها عن بعض فيحصل تمدد ( إزدياد الحجم ) للأجسام الصلبة والسائلة والغازية .
a- تمدد الأجسام الصلبة :
معظم المواد تتمدد بارتفاع درجة حرارتها نتيجة لإزدياد الطاقة الحركية لجزيئاتها وتتقلص بالتبريد نتيجة لنقصان طاقتها الحركية . لذا تتمدد المواد الصلبة بارتفاع درجة حرارتها تمددا بالطول وتتمدد بالمساحة وكذلك تتمدد بالحجم .
نشاط ١ - تمدد المواد الصلبة بالحرارة
أدوات النشاط : حلقة معدنية وكرة معدنية مثبت كل منهما بماسك ذو مقبض من مادة عازلة للحرارة ( علما بأن قطر الكرة بقدر القطر الداخلي للحلقة ) ومصدر حراري كحولي .
الخطوات :
- ندخل الكرة المعدنية في تجويف الحلقة المعدنية نجدها تدخل بسهولة .
- نسخن الكرة بوساطة المصباح الكحولي مدة زمنية معينة ونترك الحلقة باردة .
- نحاول إدخال الكرة الساخنة مرة أخرى داخل الحلقة الباردة .
- نجد أم الكرة بعد تسخينها لا تدخل في تجويف الحلقة الباردة .
نستنتج من التجربة :
ان الكرة المعدنية قد تمددت بالحرارة فأصبح حجمعا بعد التسخين اكبر مما هو عليه وهي باردة.
b- تمدد السوائل :
تتمدد السوائل حجميا (يزداد حجم السائل بارتفاع درجة حرارته ) نتيجة لإزدياد الطاقة الحركية لجزيئات السائل بالتسخين .
نشاط ٢ تمدد الماء بالحرارة
أدوات النشاط : حوض فيه ماء , دورق , أنبوبة زجاجية , مصدر حراري ( مثل مصباح بنزن ) .
الخطوات :
- إملا الدورق بالماء حتى فوهته , ثم اغمر الأنبوبة داخل الدورق واجعل جزءا من الانبوبة يبرز فوق فوهة الدورق . لاحظ الشكل (5-7).
- صب في الحوض ماء , ثم ضع الحوض فوق مسند .
- ضع الدورق داخل الحوض الزجاجي .
- سخن الماء الذي في الحوض بوساطة المصدر الحراري .
- لاحظ انخفاض مستوى الماء داخل الدورق في بداية التسخين ( وهذا ناتج عن تمدد الغلاف الزجاجي للدورق عند اكتسابه حرارة ) . لاحظ الشكل (5-8)
- استمر بعملية تسخين الماء , تلاحظ صعود الماء داخل الأنبوبة في فوهة الدورق .
- حدد اتفاع مستوى الماء في الأنبوبة بعد الانتهاء من التسخين . لاحظ الشكل (5-9)
- قارن بين حجم الماء في الدورق بعد تسخينه وحجمه قبل التسخين . ماذا تجد ؟
نستنتج من التجربة أن الماء قد ازداد حجمه بالتسخين وهذا يعني أنه تمدد بالحرارة . وكذلك زجاج الدورق فهو تمدد عند وصول الحرارة إليه قبل تمدد الماء .
c- تمدد الغازات :
يزداد حجم الغاز كثيرا عند تسخينه نتيجة لإزدياد الطاقة الحركية لجزيئاته .
3-5 تعيين درجة الحرارة
لقياس درجة حرارة مادة ما , تستعمل المحارير التى تعتمد على تغير بعض الخواص الفيزيائية للمادة المستعملة في المحرار بتغير درجة الحرارة .
2-5 درجة الحرارة
إذا كانت جزيئات المادة A تمتلك معدل طاقة جركية اكبر من معدل الطاقة الحركية التي تمتلكها جزيات المادة B فتكون المادة A عند درجة حرارة أعلى مما هي عليه في المادة B .
عندئذ تعرف درجة الحرارة بأنها : مقياس لمعدل الطاقة الحركية للجزئ الواحد من المادة .
أن الحرارة ودرجة الحرارة هما كميتان فيزيائيتان مختلفتان فلو لاحظنا الشكل (5-2) نجد ان درجة حرارة لهب القداحة اعلى من درجة حرارة المدفأة الزيتية لذلك فإننا لا نستطيع أن نلمس لهب القداحة بايدينا في حين نستطيع ان نلمس المدفأة الزيتية وهي ساخنة وكذلك يمكن للمدفأة أن تعمل على تدفئة الغرفة بكاملها في حين لايستطيع لهب القداحة فعل ذلك ومن هنا نستطيع القول أن هناك فرق بين الحرارة ودرجة الحرارة .
نستنتج مما سبق بأن : الحرارة تختلف عن درجة الحرارة .
1-5 مفهوم الحرارة
عند وضع قطعة ساخنة من الحديد في ماء بارد نجد ان الحديد يبرد بعد مدة من الزمن بينما يسخن الماء في الوقت نفسه , وتستمر هذه العملية حتى تصل كلتا المادتين الى درجة الحرارة نفسها . الشكل (5-1) .
فيقال عندئذ أنهما في حالة اتزان حراري . والذي حصل هو ان قطعة الحديد قد فقدت حرارة والماء اكتسب هذه الحرارة . اذن الحرارة هي : " شكل من اشكال الطاقة تنساب بين جسمين متماسين مختلفين بدرجتي حرارتهما ".
الأتزان الحراري :
هو الحالة التي تتساوى فيها درجة حرارة جسمين عندما يكونان في تماس مع بعضهما .
6-4 قاعدة ارخميدس
قابلية الدفع للموائع ( السوائل والغازات ) .
نشاط - القوة الدافعة للماء
أدوات النشاط :
جسم معدني , اناء زجاجي يحتوي على ماء , قبان حلزوني .
الخطوات :
- علق الجسم المعدني بالقبان الحلزوني وهو في الهواء ولاحظ قراءة مؤشره الشكل (4-24) .
- اغمر الجسم المعلق داخل الماء ستلاحظ قراءة مؤشر القبان أقل مما كانت عليه في الحالة الأولى . لاحظ الشكل (4-25) .
كما يحصل للشخص النازل في حوض سباحة يشعر بأن جسمه اخف كلما حاول الدخول الى مناطق أعمق في الماء ويصل به الشعور حد ان قدماه لا تضغطان على قعر الحوض ألا قليلا لاحظ الشكل (4-26) .
من هذا يتبين لنا عند غمر جسم في الماء ( أو مائع اخر) فإنه يقع تحت تأثير قوتين هما قوة جذب الأرض ( وزنه ) وهي قوة تتجه شاقوليا نحو الاسفل وقوة دفع السائل له وهي قوة تتجه شاقوليا نحو الأعلى تعمل على رفعه ألى الاعلى فيقل وزنه لاحظ الشكل (4-27) .
وهذا ما وجده العالم ارخميدس بالنسبة للأجسام المغمورة في الماء .
أما بالنسبة للاجسام التي تطفو على سطح الماء كالباخرة مثلا فإن قوة دفع السائل للباخرة تساوي قوة وزن الباخرة وحمولتها وهذه
هي ضيغة قاعدة ارخميدس للاجسام الطافية .
فكل جسم يغمر كليا أو جزيئا في سائل يكون تحت تأتير قوتين هما قوة جذب الارض ( وزنه ) وهي قوة تتجه شاقوليا نحو الأسفل وقوة دفع السائل له وهي تتجه شاقوليا نحو الأعلى لاحظ الشكل (4-27) .
5-4 تطبيقات تأثير الضغط الجوي والافادة منه
في حياتنا اليومية عدد من التطبيقات التي يدخل فيها تأثير الضغط الجوي منها :
1 - السيفون : Siphon أساس عمل السيفون هو نتيجة فرق الضغط بين سطح السائل وفتحة الأنبوب الخارجي كما في شكل (4-20).
2 - المكنسة الكهربائية : vacuum Cleaner
عند تشغيل المكنسة ينخفض الضغط داخلها فيعمل الضغط الجوي الخارجي بدفع الهواء المصحوب بالغبار والنفايات خلال فوهة المكنسة ألى كيس جمع النفايات عن طريق الانبوب الواصل بينهما لاحظ شكل (4-21)
3- المحقنة الطبية : Syringeعند استعمالها يغمر طرف الابرة المدبب needle في الدواء ويسحب المكبس إلى الحلف فيتخلخل الهواء داخل اسطوانة المحقنة فيقل ضغط الهواء داخل المحقنة فيحل السائل محله (لان الضغط الجوي اكبر من ضغط الهواء داخل المحقنة) ويستمر سحب المكبس حتى يدخل الحجم المطلوب من الدواء بعد ذلك يتم طرد الهواء المتبقي وتصبح جاهزة للاستعمال من قبل الطبيب أو الممرضة . الشكل (4-22).
نشاط - بقاء الماء في الدورق دون أن ينسكب
أدوات النشاط : دورق بسداد ذو انبوبة جانبية قصيرة , بلورات من مادة البرمنكنات أو بعض قطرات الحبر.الخطوات :
- أملا الدورق بالماء مع وضع اصبعك على فتحة الانبوبة الجانبية القصيرة شكل (4-18) وضع بضعة بلورات من البرمنكنات داخله وانتظر حتى تنتشر الصبغة أو برج الدورق .
- اغلق فوهته العليا بالسداد واقلبه ( رأسا على عقب ) أو امسك الدورق بوضع مقلوب مع وضع اصبعك على الانبوبة الجانبية القصيرة ستلاحظ بقاء الماء في الدورق بعد رفع الاصبع دون أن ينسكب الشكل (4-18).
وعلى هذا الاساس لا يمكن تفريغ سائل موضوع في برميل من صنبور قرب قاعدته إذا كانت فتحته العليا مغلقة والسبب في ذلك أن الضغط الجوي هو الذي منع السائل من الخروج من الصنبور.
قم بهذا النشاط بنفسك :
خذ قنينة بلاستيكية صغيرة شكل (4-19) وضع فيها قليلا من الماء الحار جدا واغلقها ثم رج القنينة عدة مرات وافتحها قليلا لخروج الهواء المتمدد وبعض الأبخرة ثم اغلقها جيدا , ثم اتركها لتبرد أو ضع ماء باردا عليها تشاهد انكماشها بسبب نقصان الضغط داخلها فيصبح عندئذ الضغط الخارجي الجوي اكبر من الضغط الداخلي وهو الذي أدى الى انكماشها .
الاشتراك في:
الرسائل (Atom)