ظاهرة شذوذ الماء – الحجم
وصف الوضعيّة
كتلة المادة عندما نُسخّنها لا تتغيّر، لكن حجمها بشكل عام يكبر. وعندما نُبرّد المادة بشكل عام يصغر حجمها.
مثال:
حجم الهواء عندما نُسخّنه في البالون الطائر ، يكّبر حجمه وينفخ البالون.
تسّخين الهواء في البالون
يوجد زئبق في جهاز قياس درجة الحرارة (ميزان الحرارة)،
وعندما ترتفع درجة حرارة الجسم يسخن الزئبق، يزيد حجمه وبذلك نرى أن الزئبق قد ارتفع في ميزان الحرارة.
لكن تصرف الماء في هذه الناحية هو شاذ.
نفحص في المهمة الحاليّة العلاقة بين حجم الماء ودرجة حرارته.
مسألة
كثافة المادة هي كتلة المادة في وحدة حجم المادة.
وحدات قياس الكثافة هي غم/ سم\(^3\) أو كغم/ م\(^3\) وهكذا.
يصف الرسم البياني التالي التغيّر في كثافة 1 كغم ماء في أوضاع مختلفة (سائل، جليد) كمتعلق بدرجة الحرارة
في المجال \(-4^{\circ}C\le t \le 20^{\circ}C\)
- 1أ. تمعّنوا في الرسم البياني لكثافة الماء وأجيبوا: هل كثافة الماء هي أكبر في درجة الحرارة \(8^{\circ}C\) أو في درجة الحرارة \(12^{\circ}C\)؟ علّلوا.
1ب. تمعّنوا في قاعدة حساب الكثافة وأجيبوا: هل حجم الماء أكبر في درجة حرارة \(8^{\circ}C\) أو في \(12^{\circ}C\)؟ علّلوا.
ملاحظة: انتبهوا للإشارة \(\approx\) التي تشير إلى “قفزة” في قيم الكثافة – بين
917.4 إلى 998.4, وهذا يعني أن مقياس الرسم غير موحدًا.
(يمكن الضغط على أي صورة ورسم وتكبيرها)
- تمعّنوا في رسومات البيانية التالية وأجيبوا عن الأسئلة التالية:
2أ. في أي رسم بياني من بين الرسومات المعطاة يصف بالتقريب التغيّر في حجم 1 كغم ماء كمتعلّق في درجة الحرارة، في المجال بين \(0^{\circ}C\) و \(14^{\circ}C\)؟ فسّروا جوابكم.
2ب. فسّروا بالنسبة لكلّ رسم بياني لم يتم اختياره في البند 2أ، لماذا هو غير ملائم لوصف التغيّر في حجم الماء كمتعلق بدرجة الحرارة.
1
2
3
4
ملاحظة: الإشارة \(\textcolor{red}{\approx}\) تعبّر عن قفزة في قيم الحجم على محور \(y\),
هذا يعني أن وحدات القياس غير موّحدة.
- يكبُر
بشكل عام، حجم المادة عندما نُسخّنها، ويصّغر حجمها عندما نبرّدها.
الشاذ من هذه الناحية هو الماء.
فسّروا لماذا الماء هو شاذ (تطرقوا إلى التغيّر في حجم الماء عند تبريده حتى الدرجة\(0^{\circ}C\)؟ والتغيّر في حجم الماء عندما يتجمّد ويصبح جليدًا) - نرى في الصورة على الأيسر, مياه متجمدة في داخل حُقنة.
يمكن أن نميّز في الصورة نقطة جليد خارجة من الحُقنة.
فسّروا هذه الظاهرة. - أي ظواهر أخرى تعرفون متعلقة بظاهرة شذوذ الماء وحجمه؟
