- التمدد الحراري وكثافة الأجسام
- تمدد غير منتظم للماء
- أهمية التوسع المائي غير المنتظم
- في الحياة المائية
- في الحياة خارج الماء
- المراجع
يعد التمدد غير المنتظم للمياه خاصية فيزيائية تتسبب في تمدد الماء أثناء تجمده. تعتبر خاصية غير منتظمة ، لأن معظم العناصر تتمدد في الحرارة وتتقلص في البرودة. ومع ذلك ، تحدث عملية التمدد في الماء عند أي من تغير درجة الحرارة.
يعتبر الماء عادةً أكثر السوائل شيوعًا بسبب وفرته على الأرض. لكن في الواقع هو عكس ذلك: خصائصه الشاذة تجعله السائل الأكثر غرابة.
مصدر الصورة: Wikimedia.org.
ومع ذلك ، فإن خصائصه غير المنتظمة هي التي سمحت بتطور الحياة على الأرض.
التمدد الحراري وكثافة الأجسام
التمدد الحراري أو التمدد هو ظاهرة تحدث عندما يزداد حجم الجسم بسبب تغير درجة حرارته.
عندما تزداد درجة حرارة الجسم ، يؤدي هذا إلى تحرك جزيئاته بشكل أسرع. تخلق هذه الحركة مساحة أكبر بين هذه الجزيئات وهذا الفضاء الجديد يؤدي إلى زيادة حجم الجسم.
من المهم أن نلاحظ أنه ليست كل الهيئات تتوسع بنفس الطريقة. على سبيل المثال ، تعتبر المعادن مثل الألومنيوم والصلب من العناصر التي تحقق تمددًا أكبر من الزجاج عند تسخينها.
عندما يخضع الجسم للتمدد الحراري ، لا يتغير حجمه فحسب ، بل يتغير أيضًا كثافته.
الكثافة هي مقدار المادة الموجودة في وحدة الحجم. هذا ، بعبارة أخرى ، هو العدد الإجمالي للجزيئات التي يمتلكها عنصر ما في مساحة معينة.
على سبيل المثال ، الفولاذ له كثافة أعلى من الريش. هذا هو السبب في أن كيلو الفولاذ يشغل مساحة أقل من كيلو الريش.
عندما يتمدد الجسم ، فإنه يحتفظ بنفس الكتلة ولكنه يزيد من المساحة التي يشغلها. لذلك ، عندما تزداد درجة الحرارة ، يزداد الحجم أيضًا ولكن الكثافة تقل.
تمدد غير منتظم للماء
يتميز التمدد الحراري في الماء بخصائص خاصة ضرورية للحفاظ على الحياة.
من ناحية أخرى ، عندما يتم تسخين الماء فإنه يخضع لنفس عملية التمدد مثل معظم الأجسام. تنفصل جزيئاتها وتتوسع وتتحول إلى بخار ماء.
ومع ذلك ، عندما يبرد ، تحدث عملية فريدة: عندما تنخفض درجة حرارته ، يبدأ هذا السائل في الانضغاط.
ولكن عندما تصل إلى 4 درجات مئوية ، فإنها تتوسع. أخيرًا ، عندما تصل درجة الحرارة إلى 0 درجة مئوية ، فإن درجة الحرارة اللازمة لتجميدها ، يزداد حجمها حتى 9٪.
وذلك لأن جزيئات الماء المجمد تتجمع معًا في هياكل مختلفة عن المواد الأخرى ، مما يترك مسافات كبيرة بينها. لذلك يشغلون حجمًا أكبر من الماء في الحالة السائلة.
من الأمثلة اليومية التي يمكن ملاحظة هذه الظاهرة فيها تحضير الثلج في دلاء الثلج. عندما تمتلئ دلاء الثلج بالماء في حالة سائلة ، من المستحيل ملؤها فوق الحافة لأنه من الواضح أنها ستنسكب.
ومع ذلك ، عند إزالة الجليد ، من الممكن ملاحظة كيفية بروزه من دلاء الثلج. مما يدل على أن حجمه قد زاد أثناء عملية التجميد.
من الواضح أنه عندما تتحول جزيئات الماء إلى جليد تتوسع ، تقل كثافتها أيضًا. لذلك الماء المجمد أقل كثافة من الماء السائل ، مما يعطي الجليد خاصية الطفو.
يمكن ملاحظة ذلك في أمثلة بسيطة جدًا مثل عندما يطفو الجليد الذي تمت إضافته إلى مشروب في الزجاج.
ولكن يمكن ملاحظتها أيضًا في الظواهر الطبيعية الكبيرة مثل الغطاء الجليدي الذي يتكون على الماء في الشتاء وحتى في وجود الجبال الجليدية.
أهمية التوسع المائي غير المنتظم
إن التوسع غير المنتظم للمياه ليس مجرد فضول علمي. إنها أيضًا ظاهرة لعبت دورًا أساسيًا في تطور الحياة على الأرض ، داخل وخارج المياه.
في الحياة المائية
في المسطحات المائية مثل البحيرات ، من الممكن ملاحظة أنه عندما يأتي الشتاء تتجمد الطبقة العليا من الماء. ومع ذلك ، تظل المياه الموجودة بالأسفل في حالة سائلة.
إذا كان الجليد أكثر كثافة من الماء ، فإن هذه الطبقة المجمدة ستغرق. هذا من شأنه أن يعرض طبقة سائلة جديدة لبرودة الغلاف الجوي ويتجمد ليغرق. وبهذه الطريقة ، ستتجمد كل المياه الموجودة في البحيرات ، مما يعرض الحياة تحت الماء للخطر.
ومع ذلك ، بسبب الخصائص غير المنتظمة للماء ، تحدث ظاهرة مختلفة. عندما تتجمد الطبقة السطحية ، يتم الاحتفاظ بالماء الموجود تحتها عند درجة حرارة 4 درجات مئوية.
يحدث هذا بفضل حقيقة أن الماء يصل إلى أعلى كثافة له عند 4 درجات مئوية ، أي أن المياه السفلية ستكون دائمًا في أقصى درجاتها عند درجة الحرارة هذه.
إذا زادت في النهاية ، فستدفعها الكثافة إلى السطح حيث تتجمد الطبقة الجليدية مرة أخرى.
بفضل هذه الظاهرة ، تظل درجة حرارة المسطحات المائية مستقرة ومحمية من برد الغلاف الجوي. هذا يضمن بقاء الأنواع الحيوانية والنباتية التي تعيش في الماء.
هذه الدرجات الأربع هي التي تحدث فرقًا لجميع الكائنات التي تعيش في مياه القطبين مثل فقمات الأوركا وأختام السلطعون.
في الحياة خارج الماء
تستفيد حياة الإنسان وبشكل عام جميع أشكال الحياة الموجودة على الأرض من الصفات الشاذة للمياه.
من ناحية أخرى ، من الضروري اعتبار أن معظم الأكسجين يأتي من الأنواع المختلفة التي تتكون منها العوالق النباتية. لن يستمر هذا الشكل من الحياة إذا أمكن تجميد المحيطات وهذا من شأنه أن يعيق تطور حياة الإنسان والحيوان.
من ناحية أخرى ، فإن التمدد غير المنتظم للمياه يؤثر أيضًا على التيارات المحيطية. لذلك ، لها أيضًا تأثيرات على الظروف المناخية للكوكب.
المراجع
- شابلن ، م. (SF). شرح شذوذ كثافة الماء. تم الاسترجاع من: lsbu.ac.uk
- هيلمنستين ، أ. (2017). لماذا يطفو الجليد؟ تم الاسترجاع من: thinkco.com
- الاطفال والعلوم. (سادس). شذوذ الماء. تم الاسترجاع من: vias.org
- ماير ، م. (2016). جليد. تم الاسترجاع من: britannica.com
- Study.com. (سادس). التمدد الحراري: التعريف والمعادلة والأمثلة. تم الاسترجاع من: study.com.