ما الذي يحدث عند ارتفاع درجة حرارة جسم ما؟
تعلمنا أن الحرارة تنتقل من جسم إلى آخر، فعند وجود اختلاف في درجة الحرارة بين الجسم والوسط المحيط به، ستنتقل الحرارة حتى نصل إلى حالة تعرف باسم التوازن الحراري.
سوف نجيب في هذا المقال على أسئلة مهمة وهي: ماذا الذي تفعله الحرارة؟ ما الذي يحدث عند ارتفاع درجة حرارة جسم ما؟ وكيف تتغير الأجسام بتأثير الحرارة؟
ما الذي تفعله الحرارة؟
الإجابة على السؤال ما الذي تفعله الحرارة غير مربك. فكر في السؤال للحظة. هل يربكك السؤال؟ يحدث الارتباك أحيانًا بسبب المفاهيم الخاطئة حول ماهية الحرارة.
الحرارة ليست شيئًا موجودًا في الجسم. الأجسام لا تحتوي على حرارة. تحتوي الأجسام المكونة من الذرات والجزيئات والأيونات على طاقة. الحرارة هي نقل الطاقة من جسم ما إلى جسم آخر.
إذا لفهم ما الذي تفعله الحرارة، علينا أن نطرح السؤال بطريقة أخرى، ما تأثير الحرارة على الأجسام عند انتقالها؟
مثل العديد من الأسئلة في علم الفيزياء، قد تكون الإجابة بسيطة لكنها معناها عميق، دعنا نصل إلى الإجابة.
ما الذي يحدث عند ارتفاع درجة حرارة جسم ما؟
إذا انتقلت الحرارة من جسم ما إلى ما يحيط به، فسوف يبرد الجسم ويسخن المحيط به. عندما تنتقل الحرارة إلى جسمٍ ما من محيطه، عندها سوف يسخن الجسم وسوف يبرد محيطه.
بمجرد امتصاص الجسم للحرارة، تزداد الطاقة الداخلية الكلية للجسم. أحد أشكال هذه الطاقة الداخلية هي الطاقة الحركية. التي يؤدي لزيادة حركة الذرات والجزيئات المكونة للجسم، تظهر هذه الطاقة الحركية على شكل حرارة إضافية.
بمجرد خسارة الجسم للحرارة، تنخفض الطاقة الداخلية الكلية للجسم. ونظرًا لأن الطاقة الحركية هي أحد أشكال الطاقة الداخلية، فإن خسارة الحرارة من الجسم يؤدي إلى انخفاض متوسط الطاقة الحركية لذراته وجزيئاته. هذا يعني أن الذرات والجزيئات فيه ستتحرك ببطء.
غالبًا ما يرتبط امتصاص أو خسارة الطاقة على شكل حرارة بتغير درجة حرارة الجسم. تركيز موازين الحرارة على قياس هذا التغير.
كيف تغير الحرارة حالة المادة؟
يمكن أن توجد المادة في حالة صلبة أو سائلة أو غازية، ويمكن تحديد الحالة التي تكون فيها المادة بدرجة كبيرة من خلال درجة حرارتها. عندما يتم تجاوز عتبة درجة حرارة معينة لأي مادة في الكون، سينتج عن ذلك تغيير في حالة المادة.
في ظل ظروف الضغط الثابت، تكون درجة الحرارة هي المحدد الأساسي لحالة المادة. يسمح الاختلاف في درجات الحرارة وحالات المادة بتشغيل محركات الاحتراق والثلاجات.
تسمى النقطة التي تتغير فيها حالة المادة بسبب تغير درجة الحرارة في ظل ظروف الضغط المستمر بعتبة تغيير الطور. عند درجة الحرارة هذه، يتغير كل جزء من المادة المعرضة للحرارة.
يحدث التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عند نقطة الانصهار، ويحدث الانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عند نقطة الغليان. وعلى العكس من ذلك، فإن التغيير من الحالة الغازية غاز إلى الحالة السائلة يحدث عند نقطة التكاثف، ويحدث التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلب عند نقطة التجمد.
التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة وحالات المادة
قد تخضع المادة لتغير من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية أو من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة إذا تغيرت درجة الحرارة التي تتعرض لها بسرعة كبيرة. على سبيل المثال، إذا ارتفعت درجة الحرارة حول مادة صلبة بسرعة كبيرة، فيمكن أن تتحول من مادة صلبة إلى غاز دون أن تمر بالحالة السائلة. وبالعكس أيضًا، يمكن أن تتغير حالة الغاز الذي يتم تبريده بشكل كبير وبسرعة فجأةً ويترسب على شكل مادة صلبة.
كيف يحدث التغير في حالات المادة؟
إذا كان الضغط ثابتًا، فإن حالة المادة ستعتمد فقط على درجة الحرارة التي تتعرض لها. لهذا السبب، يذوب الثلج إذا تم إخراجه من الثلاجة، ويغلي الماء في الإناء إذا تُرك على النار لفترة من الزمن.
درجة الحرارة هي مجرد قياس مقدار الطاقة الحرارية الموجودة في الجسم والمناطق المحيطة به. حين يتم وضع جسم ما في وسط ذو درجة حرارة مختلفة، يحدث التبادل الحراري بين الجسم ومحيطه، حتى يتم تحقيق درجة حرارة متوازنة. لذلك، عندما نخرج مكعب ثلج من الثلاجة، تمتص جزيئات الماء الطاقة الحرارية من الوسط المحيط المحيط وتبدأ في التحرك بسرعة أكبر، مما يتسبب في ذوبان المكعب وتحوله للحالة السائل.
تأثير الضغط ودرجة الحرارة
يعتبر الضغط أيضًا عاملًا عند تقييم تأثيرات درجة الحرارة على حالات المادة المختلفة. فوفقًا لقانون بويل، ترتبط درجة الحرارة والضغط ارتباطًا مباشرًا، مما يعني أن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة مقابلة في الضغط. يحدث هذا بسبب الزيادة في الطاقة الحركية المرتبطة بسبب زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند إخضاع المادة الصلبة للضغط ودرجات الحرارة المنخفضة بدرجة كافية، قد تتجاوز المرحلة السائلة وتتحول مباشرة من إلى غاز، تعرف هذه العملية باسم التسامي.
يسعدنا أنضمامكم لنا 🤩👇
https://t.me/school_ksa
