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 \({-4^{\circ}C\le t \le 20^{\circ}C}\)

تمعّنوا في رسومات البيانية التالية وأجيبوا عن الأسئلة التالية:

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)

أ1. 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.
أ2. فسّروا بالنسبة لكلّ رسم بياني لم يتم اختياره في البند 1أ، لماذا هو غير ملائم لوصف التغيّر في حجم الماء كمتعلق بدرجة الحرارة.
يكبُر بشكل عام، حجم المادة عندما نُسخّنها، ويصّغر حجمها عندما نبرّدها.
الشاذ من هذه الناحية هو الماء.
فسّروا لماذا الماء هو شاذ.
نرى في الصورة 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؟