مدونة مدينة الفيزياء للمنهاج الفلسطيني

إليكم أعزائي مجموعة من الظواهر التي تتعلق بموضوع الحرارة و تفسيراتها ..

أتمنى لكم المتعة &_&

1 – لماذا تكون قمم الجبال أبرد من السفح؟
ربما يؤدي بنا التفكير المنطقي إلى أن قمة الجبل تكون أكثر دفئاً من سفحه لقربها من الشمس، ولكن ذلك غير صحيح في الواقع، حيث إن معظم قمم الجبال مغطاة بالثلوج طوال العام، فللشمس إلى جانب الإشعاع الضوئي، طاقة أشعة تحت الحمراء (طاقة حرارية) لأن الغلاف الجوي المحيط بالكرة الأرضية يسمح للأشعة الضوئية بالنفاذ، في حين لا تنفذ الأشعة تحت الحمراء إلا بكمية قليلة جداً، حيث تمتصها الصخور وتربة الأرض، وهذه الكمية من الأشعة لا يمكنها النفاذ مرة أخرى، فيعكسها الغلاف الجوي.

أما عند القمم، حيث تقل فاعلية الغلاف الجوي، فإنه يفقد الكثير من الأشعة تحت الحمراء، فتفقد الكثير من درجة حرارتها وتبرد.

2 – لماذا تُصنع قضبان سكة الحديد من قطع صغيرة بينها فواصل؟
تُقَطَّعُ القضبان المصنوعة من الصلب إلى أطوال تناسب العربات التي تحملها، وعند تجمع هذه القضبان عند بناء السكة الحديدية، تترك بينها مسافات بسبب تمدد القضبان عندما ترتفع درجة الحرارة، وفي بعض السكك الحديدية الحديثة، تُلحم القضبان بعضها ببعض في قطعة واحدة مستمرة.
ويتغلب على تأثير الارتفاع في درجة الحرارة بنوع مرن من الصُلب يلائم هذه الظروف.

3 – لماذا تتمدد المعادن بالحرارة؟
تتكون المعادن، كباقي المواد، من جزيئات في حركة مستمرة، وعلى الرغم من أن جزيئات المواد الصلبة لا تتحرك بحرية كافية، فإنها تتذبذب كقطعة من الفلين تطفو فوق الأمواج.

وإذا ما سخن معدن تتذبذب جزيئاته بسرعة أكثر، وتتوقف السرعة على درجة الحرارة في أي وقت من الأوقات.

وكلما زادت سرعة الجزيئات، زاد تصادمها، فتشغل حيزاً أكبر، ولهذا السبب تتمدد معظم الأجسام بالحرارة، وتنكمش بالبرودة.

4 – لماذا لا ترفع قطعة من الثلج مستوى سطح الماء في كوب عند انصهارها فيه؟
إذا وضعت قطعة من الثلج في كمية من الماء داخل إناء مدرج، فإن قطعة الثلج لا ترفع مستوى الماء والسبب في ذلك يرجع إلى قاعدة (أرخميدس) التي توضح أن الجسم الطافي يزيح كمية من الماء قدر وزنه، فإذا كان وزن قطعة الثلج غراماً واحداً، فإنها ستزيح غراماً من الماء، ولما كان وزن الماء المزاح من قطعة الثلج غراماً واحداً، فإن الماء الناتج من الثلج المنصهر لا يؤثر على الحجم النهائي، وذلك لأن الثلج عند انصهاره ينكمش، وربما يفسر ذلك السر فيما سبق.
وعليه فإن الثلج عند انصهاره ينكمش لكي يحلّ محلّ الماء المزاح، فيبقى سطح الماء ثابتاً أثناء عملية الانصهار.

5 – ما السبب في أن زجاجات الترموس تحفظ حرارة السوائل؟
تتركب زجاجة الترموس أو (الزجاجة المفرغة) من وعاء زجاجي مُفَضَّض، مزدوج الجدران، مُفَرَّغ الحيّز، بين طبقتي جدرانه تفريغ جزئي من الهواء.

وبتفريغ الهواء بين جدران الإناء الداخلي، تصبح فإن هذه الطبقة المفرغة عازلاً لمنع تسرب الحرارة إلى خارج الترموس، وبذلك يمكن، بهذه الحالة، أن نحافظ على محتويات السائل داخل الترموس بدرجة حرارة ثابتة، بصرف النظر عن درجة حرارة الهواء المحيط بها.

لإثبات أن الغازات تتمدّد بالحرارة وتنكمش (تتقلص) بالبرودة، أحضر زجاجة فارغة وسدّ فوهتها ببالونة. وَضَعْها في حوض به ماء ساخن؛ ستلاحظ أن البالونة تنتفخ بواسطة الهواء الموجود في الزجاجة والذي تمدّد وازداد حجمه بمفعول الحرارة.

قم بنقل الزجاجة والبالونة إلى حوض آخر به ماء بارد، ستلاحظ أن البالونة تتقلص. لأنه عندما يبرد الهواء الذي يملأ الزجاجة ينكمش (يتقلص) ويقلّ حجمه فتنكمش (تتقلص) البالونة.