نمودار تغییرات حجم جسم جامد بر حسب گرما چگونه است؟
وقتی یک جسم جامد را گرم میکنیم، ذرههای آن سریعتر نوسان میکنند و فاصله متوسط میان ذرهها کمی بیشتر میشود. در نتیجه جسم دچار انبساط گرمایی میشود و حجم آن افزایش مییابد.
چرا حجم جسم جامد با گرما افزایش مییابد؟
در جسم جامد، ذرهها در جای خود ثابت نیستند؛ آنها در اطراف جایگاه خود نوسان میکنند. با گرم شدن جسم، انرژی جنبشی ذرهها بیشتر میشود و نوسان آنها شدیدتر میگردد. این افزایش نوسان باعث میشود فاصله متوسط ذرهها بیشتر شود و جسم کمی بزرگتر شود.
کدام نمودار درست است؟
اگر محور افقی مقدار گرما و محور عمودی تغییر حجم باشد، نمودار درست خطی است که از مبدأ شروع میشود و به سمت بالا میرود. اگر محور عمودی خود حجم جسم باشد، نمودار باز هم صعودی است، اما از مقدار اولیه حجم شروع میشود، نه از صفر.
خط راست صعودی که معمولاً از مبدأ شروع میشود.
خط راست صعودی که از حجم اولیه جسم آغاز میشود.
رابطه علمی ساده
در محدودهای که جسم ذوب نشود و ضریب انبساط آن تقریباً ثابت بماند، افزایش حجم با افزایش دما تقریباً رابطه خطی دارد:
از طرف دیگر، اگر جسم در همان حالت جامد بماند، گرمای دادهشده باعث افزایش دما میشود:
پس وقتی Q بیشتر میشود، ΔT هم بیشتر میشود و در نتیجه ΔV نیز بیشتر میشود. بنابراین نمودار تغییر حجم نسبت به گرما خطی و صعودی است.
مراحل فکر کردن به سؤال
- جسم جامد را گرم میکنیم، پس انرژی ذرهها زیاد میشود.
- با زیاد شدن انرژی، ذرهها شدیدتر نوسان میکنند.
- فاصله متوسط ذرهها کمی بیشتر میشود.
- حجم جسم افزایش مییابد.
- پس نمودار باید با افزایش گرما به سمت بالا برود.
چه زمانی نمودار خطی نیست؟
اگر گرما دادن آنقدر ادامه پیدا کند که جسم به نقطه ذوب برسد، دیگر همه گرما فقط صرف افزایش دما و انبساط نمیشود. در هنگام تغییر حالت، رفتار نمودار میتواند متفاوت شود. همچنین در دماهای خیلی بالا یا مواد خاص، رابطه ممکن است کاملاً خطی نباشد.
اشتباهات رایج
- انتخاب نمودار نزولی؛ در حالی که با گرم شدن جسم جامد، حجم معمولاً افزایش مییابد.
- فکر کردن به اینکه ذرهها به هم نزدیکتر میشوند؛ در انبساط گرمایی فاصله متوسط بیشتر میشود.
- اشتباه گرفتن حجم با تغییر حجم؛ نمودار حجم از حجم اولیه شروع میشود، اما تغییر حجم میتواند از صفر شروع شود.
- نادیده گرفتن تغییر حالت؛ اگر جسم ذوب شود، نمودار ساده خطی دیگر کافی نیست.
پرسشهای رایج
نمودار تغییر حجم بر حسب گرما چه شکلی است؟
برای یک جامد معمولی، خط راست صعودی است.
چرا نمودار صعودی است؟
چون با افزایش گرما، دمای جسم بیشتر میشود و جسم منبسط میگردد.
آیا نمودار همیشه از مبدأ شروع میشود؟
اگر محور عمودی تغییر حجم باشد، بله معمولاً از صفر شروع میشود. اگر محور عمودی حجم باشد، از حجم اولیه جسم شروع میشود.
آیا همه جامدها یکسان منبسط میشوند؟
نه. مقدار انبساط به جنس ماده و ضریب انبساط گرمایی آن بستگی دارد.
جمعبندی
وقتی جسم جامد را گرم میکنیم، ذرههای آن پرانرژیتر میشوند و فاصله متوسطشان کمی افزایش مییابد. بنابراین حجم جسم بیشتر میشود و نمودار تغییر حجم بر حسب گرما، در حالت ساده، یک خط راست صعودی خواهد بود.
نظرات