ما هو الفرق بين الانكماش الحراري والتمدد الحراري؟
الانكماش والتمدد مصطلحان متناقضان في الواقع ولكل منهما طريقة تأثير مختلفة ومستقلة على المادة فالفوارق بينهم بالنسبة للتعريف وكيفية حدوثهم ما يلي:
من حيث التعريف
التمدد الحراري يحدث بشكل عام بسبب ارتفاع درجة الحرارة المحيطة بالمادة مما يؤدي إلى حدوث استطالة أو تغير في حجم المادة، فقيمة التغير في طول المادة أو حجمها ينسب إلى التغير الذي يحدث لكل وحدة تغير في درجة الحرارة. أما بالنسبة للانكماش فهو عكس تمامًا ما يحدث في التمدد الحراري فهو نقصان في حجم وطول المادة المعرضة إلى انخفاض في درجة الحرارة المحيطة بها مما يؤدي إلى حدوث تغير جزئي في حجم أو طول المادة لكل وحدة تغير في درجة الحرارة.
من حيث كيفية الحدوث
ترتبط جزيئات المواد السائلة والصلبة بعلاقة ديناميكية تعكس قوة الترابط والتماسك للجزيئات وذرات المادة مع درجة الحرارة، لذا فإن انخفاضها يؤدي إلى تقليل المسافة بين الجزيئات وتقليل طاقتها الحركية مما يخفض من عدد التصادمات بين جزيئات المادة لينتج نقصان في حجمها أو طولها وهذا ما يفسر ظاهرة الانكماش الحراري.
أما بالنسبة لظاهرة التمدد الحراري للمواد فإن زيادة حجمها أو طولها يعود إلى زيادة المسافة بين ذرات وجزيئات المادة وزيادة عدد التصادمات بسبب زيادة الطاقة الحركية للجزيئات بفعل ضعف الرابطة بينهم مما يؤدي إلى ظهور التمدد الحجمي أو الطولي للمادة.ؤؤ
وبسبب وجود تفاوت في مدى قوة ترابط الجزيئات باختلاف نوع المادة وطبيعة حالتها الفيزيائية أكانت سائلة أو صلبة أو غازية يؤدي ذلك إلى اختلاف مقياس التغير في حجم أو طول المادة بالنسبة للحرارة وهذا ما يسمى بمعامل التمدد فلذلك يوجد معامل تمدد حراري خاص لكل مادة حيث التمدد الحراري للمواد الصلبة يكون مختلف عن التمدد الحراري للسوائل فعادة تكون المواد الصلبة لها معامل تمدد خطي أو سطحي أي تغير في الطول ومساحة المسطح أما بالنسبة للسوائل أو الموائع بشكل عام فيكون معامل التمدد حجمي لان التغير يكون بالحجم.
أمثلة على الانكماش الحراري
من الأمثلة التي نشاهدها في حياتنا ولا يمكن تبلور وظيفتها دون ظاهرة الانكماش ما يلي:
- تجعد القمصان القطنية في فصل الشتاء بسبب الانكماش.
- معالجة وتصنيع الزجاج فعند تشكيله بفعل الحرارة العالية نحتاج بعد ذلك إلى تبريده ليتقلص ويصبح بالأبعاد المرادة.
- تركيب بلاط السيراميك حيث يتم وضع مادة مرنة بين البلاطات لأنه في حال عدم وجودها عند حدوث ظاهرة الانكماش سوف يترك فراغًا وهذا غير مرغوب به.
- حدوث الانكماش في مادة الزئبق الموجودة في موازين الحرارة مما يساعد في إثبات التغيرات الحرارية.
أمثلة على التمدد الحراري
هنالك الكثير من الأمثلة التي نصادفها بحياتنا ويكون تفسير حدوثها هو ظاهرة التمدد الحراري ومنها:
- انفجار إطارات السيارات في فصل الصيف بسبب ارتفاع درجات الحرارة مما يؤدي إلى تمدد الغاز داخل الإطارات.
- زيادة طول أسلاك الكهرباء في فصل الصيف مما يؤدي إلى تدليها.
- وضع فواصل لسماح حدوث التمدد عند مفصل الخطين في السكك الحديدية.
- ظهور التشققات على الطريق من أسباب ظاهرة التمدد.
- وضع فواصل مطاطية للنوافذ المعدنية.
- زيادة طول الأشرطة المعدنية عند تسخينها.
خلاصة
إن مفهوم الانكماش والتمدد الحراري هما ظاهرتان طبيعتان يرتبط حدوثهم بشكل واضح بتغير درجة الحرارة المحيطة في المادة أكان في ارتفاعها أو انخفاضها ويعتمد عمل مقياس الحرارة على تمدد وتقلص المادة باستخدام معيار يُحدد بناء على طبيعة المادة وحالتها الفيزيائية الموجودة في الطبيعة وهو معامل التمدد الحراري.
حيث يبين بشكل مباشر أن العلاقة بين الحرارة والتغير في حجم أو طول المادة هي علاقة طردية حيث بزيادة درجة الحرارة يزيد طول أو حجم المادة ونقصانها يؤدي إلى العكس إلا أن هنالك شذوذ في الطبيعة لبعض المواد مثل الماء ففي هذه الحالة تنخفض قيمة معامل التمدد الحراري للماء مع انخفاض درجات الحرارة فهي من المواد ذات المعامل التمدد المنخفض.
