ماذا يحدث لمعظم المواد عندما يتم تسخينها

ماذا يحدث لمعظم المواد عندما يتم تسخينها

تتمدد .. عند تسخين المواد تتمددد .

تعرض المادة ل الحرارة

تختلف خصائص المواد بتعرضها للحرارة، وهي واحدة من أهم أشكال الطاقة التي تتدفق من الجسم عند تعرضه لدرجات حرارة مختلفة. يتم قياس درجة حرارة المادة لتحديد حرارتها أو برودتها، ويتم نقل الحرارة عن طريق الإشعاع أو الحمل أو الإنتاج

تأثيرات الطاقة الحرارية على المواد

يمكن استخدام النظرية الحركية لفهم حالات المادة وخصائصها، ويمكن من خلالها شرح كيفية تبادل المواد الصلبة والسائلة والغازية نتيجة لزيادة أو نقصان الطاقة الحرارية. وعندما يتم تسخين أحد الأجسام، فإن حركة جزيئاته تزداد، وعند تبريدها تقل حركتها لأنها تفقد طاقتها. وينتج عن الطاقة الحرارية الكثير من التأثيرات على المواد والكائنات الحية، وتتنوع آثار الطاقة الحرارية

عند تزويد جسم ما بالحرارة، يرتفع مستوى درجة حرارته، ويزداد هذا التأثير عندما يتم إعطاء جسم مادي صلب أو سائل أو غاز طاقة حرارية، في حين ينخفض مستوى درجة حرارة الجسم الساخن عند إعطائه طاقة حرارية.

تسبب الطاقة الحرارية بعض التغييرات الكيميائية في بعض المواد عند تسخينها، حيث تقوم بتكسير الروابط الأصلية بين العناصر وتشكيل روابط جديدة لتكوين منتجات جديدة، ومن الأمثلة على ذلك، تحول الرخام (كربونات الكالسيوم) إلى ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكالسيوم عند تسخينه.

من الممكن أن تشتعل النيران في جسم إذا تم تسخينه بدرجة كافية وكان هذا الجسم قابلا للاشتعال. يعرف الاحتراق بأنه حرق المواد بالهواء أو الأكسجين أثناء التسخين، مما يترتب عليه إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الضوئية أو الحرارية. ويطلق على المواد التي تحترق بسهولة في الهواء اسم “المواد القابلة للاشتعال” أو “المواد القابلة للاحتراق” مثل البنزين والفحم والخشب وغيرها. بالمقابل، تعرف المواد التي لا تحترق بسهولة في الهواء بأنها “المواد غير القابلة للاحتراق” مثل المعادن والحجر والزجاج وغيرها.

حينما يتم التسخين قد يحدث تغيير بالحالة، حيث إنها قد تتحول من مادة صلبة إلى سائلة، كما وقد يتحول السائل إلى غاز، وذلك مثلما يحدث إذا ما تم تسخين الثلج (صلب)، فإنه يغير من الحالة الصلبة إلى ماء (سائل)، وإذا تم تسخين ذلك الماء يتحول إلى بخار ماء (غاز)، وعلى خلاف ذلك حينما يفقد الغاز الطاقة الحرارية فإنه يتحول إلى سائل وحين منحه المزيد من التبريد يتجمد إلى مادة صلبة.

عند تزويد الجسم بالحرارة، يتمدد الجسم بمعنى أن أبعاده تتغير، مثلما تتوسع أجساد المواد عند التسخين وتتقلص عند التبريد، ويشار إلى هذه العملية التي تتسبب في تمدد المواد نتيجة لامتصاص الطاقة الحرارية باسم التمدد الحراري.

ماذا يحدث لجزيئات المادة الصلبة عند تسخينها

من المعروف أنه يتم طرح العديد من الأسئلة حول المواد وجزيئاتها، ومن بينها ماذا يحدث عندما تتساوى عدد الجزيئات في مادة ما في مكانين، وكذلك يتم دراسة ما يحدث لجزيئات المواد الصلبة عند تعرضها للحرارة وفي عملية الذوبان التي تحدث في المواد الصلبة، حيث تتجمع عوامل الجذب القوية بين الجزيئات بشكل قوي ومحكم، وعلى الرغم من حدوث الاهتزاز، إلا أنه لا يكفي لتعطيل الهيكل

عند تسخين مادة صلبة، تكتسب الجسيمات طاقة، وتبدأ في الاهتزاز بسرعة أعلى. في المرحلة الأولى، يضعف الهيكل تدريجيا، مما يؤدي إلى تمددها. وبالتالي، يتم توفير المزيد من الحرارة والطاقة حتى تبدأ الجزيئات في التحرر من الترابط الهيكلي. وعلى الرغم من أن الجسيمات تبقى مترابطة بشكل فضفاض، إلا أنها قادرة على الحركة. في هذه المرحلة، تنصهر المادة الصلبة لتتكون السائل.

تحتوي الجسيمات الموجودة في السائل على نفس المكونات الموجودة في المادة الصلبة، ولكنها تمتلك طاقة أكبر. ولتتم إذابة المادة الصلبة، والتغلب على عوامل الجذب بين الجزيئات والسماح لها بالانفصال عن بعضها، يتم توفير الطاقة عند تسخين المادة الصلبة. وتعرف درجة حرارة الانصهار عند درجة حرارة الغرفة، وهي درجة الحرارة التي يتم فيها ذوبان المادة الصلبة، وتتحول إلى سائل أو غاز حسب درجة حرارة الانصهار الخاصة بها.

من المحتمل أن يكون أي شيء في درجة حرارة انصهار أعلى من عشرين درجة مئوية تقريباً صلبًا في ظل الظروف العادية، أما المواد ذات درجات حرارة الانصهار تختلف على نطاق واسع مثل الزئبق الأقل من تسعة وثلاثون درجة مئوية، والثلج عند صفر درجة مئوية، والملح عند ألف واحد وثمانون درجة مئوية ، والألمنيوم عند ستمائة وستون درجة مئوية ، والصلب عند ألف خمسمائة خمسة وثلاثون درجة مئوية، إذ أن المواد اليومية الاستخدام مثل الشمع، والزبدة، والثلج والزبدة لها درجات حرارة انصهار مختلفة، والجدير بالذكر أن الجليد يذوب في درجة حرارة الغرفة لأن الهواء المحيط به يكون أكثر دفئًا من الجليد ودرجة حرارة أعلى من درجة حرارة الانصهار.

ماذا يحدث لجزيئات المادة السائلة عند تسخينها

تحتوي بعض الجسيمات داخل السائل على طاقة أكبر من البعض الآخر، وقد تكون هذه الجسيمات قادرة على الهروب من سطح السائل والتحوُّل إلى غاز أو بخار، ويُسمى هذا العملية بالتبخر، وعادة ما يتم ملاحظة نتائج التبخر عند تجفيف البرك أو الملابس.

يحدث التبخر عند درجة حرارة الغرفة التي تكون عادة أقل بكثير من درجة غليان السائل، وكلما ارتفعت درجة الحرارة يزداد معدل التبخر، ويساعد التبخر في الظروف الصعبة على إزالة جزيئات البخارمن السائل وبالتالي يتمكن المزيد من الجزيئات من الهرب.

ليس من السهل أن يتم رؤية جزيئات الماء بالهواء، وكذلك يحدث التبخر بعدد من المواقف المختلفة مثل التبخر من بركة أو وعاء من الماء إذ تتغير كمية السائل بطريقة واضحة، إلى المواقف التي يكون بها السائل أقل وضوحًا، مثل تجفيف الملابس أو التي لا يكون السائل فيها واضحًا على الإطلاق، مثل تجفيف الخبز.

من بين المضاعفات الأخرى للتبخر، يمكن أن يحدث تبخر لمذيب مثل تبخر الماء المالح، مما يترك الملح. هذه التجارب متنوعة، لكنها جميعها تعبر عن عملية التبخر. قد يشمل التبخر أيضا سوائل أخرى غير الماء، مثل معطرات الهواء والبنزين والعطور. يمكن استخدام نموذج الجسيمات لشرح كيفية اكتشاف الروائح عن بعد من مصدرها.