مشروع علمي: تأثيرات درجة الحرارة على السوائل

يُعرَّف السائل بأنه مادة سائلة ليس لها شكل ثابت ولكن حجمها ثابت ؛ إنها إحدى حالات المادة الثلاث. السائل لديه القدرة على التدفق وكذلك اتخاذ شكل الحاوية. في الوقت نفسه ، يقاوم الضغط ويحافظ على كثافة ثابتة إلى حد ما. بالنظر إلى أن درجة الحرارة تؤثر بشكل مباشر على الطاقة الحركية للجزيئات في السائل ، يمكن وصف تأثيرات درجة الحرارة على السوائل من حيث النظرية الحركية الجزيئية.

تؤدي زيادة درجة حرارة السائل إلى زيادة متوسط ​​سرعة جزيئاته. كلما زادت درجة حرارة السائل ، تتحرك الجزيئات بشكل أسرع مما يزيد من الطاقة الحركية للسائل. علاوة على ذلك ، كلما ارتفعت درجة حرارة السائل ، انخفضت اللزوجة لأن الزيادة في الطاقة الحركية تقلل من قوى الجذب بين الجزيئات. اللزوجة هي الكمية التي تصف مقاومة السائل للتدفق. نظرًا لأن الطاقة الحركية تتناسب طرديًا مع درجة الحرارة ، فإن السائل الذي يتم تسخينه بشكل كافٍ يشكل غازًا. يمكن إظهار هذه الخاصية في التجارب عن طريق تسخين السوائل. موقد بنسن هو أحد أكثر الطرق شيوعًا لتسخين السوائل في مختبرات العلوم.

مع انخفاض درجة حرارة السائل ، تتباطأ سرعة جزيئاته. نظرًا لأن السرعة الجزيئية تتباطأ ، تقل الطاقة الحركية أيضًا ، مما يزيد من الجذب بين الجزيئات للسائل. وهذا التجاذب بدوره يجعل السائل أكثر لزوجة لأن اللزوجة تتناسب عكسياً مع درجة حرارة السائل. لذلك ، إذا تم تبريد السائل بشكل كافٍ ، فمن المحتمل أن يتبلور ، ويتحول إلى شكله الصلب. يمكن إظهار هذه الخاصية في تجربة بسيطة تتضمن ثلاجة وأنواع مختلفة من السوائل.

تتأثر كثافة السائل بالتغير في درجة الحرارة. تؤدي زيادة درجة الحرارة بشكل عام إلى تقليل كثافتها والعكس صحيح. أثناء التجارب ، فيما يتعلق بالحجم ، تتمدد السوائل عمومًا عند تسخينها وتنكمش عند تبريدها. بعبارات أبسط ، تزداد السوائل في الحجم مع زيادة كبيرة في درجة الحرارة وانخفاض في الحجم مع انخفاض كبير في درجة الحرارة. ومع ذلك ، فإن الاستثناء الملحوظ هو الماء الذي تتراوح درجة حرارته بين 0 درجة مئوية و 4 درجات مئوية.

أثناء التجارب ، عندما تتغير درجة حرارة السائل ، يخضع السائل لبعض التحولات التي تؤثر على حالة وجوده. على سبيل المثال ، عندما يتم تسخين السائل ، فإنه سوف يتبخر ويتحول إلى حالة غازية. تُعرف النقطة التي يتحول فيها السائل إلى غاز باسم نقطة الغليان. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى مستوى يتبلور فيه السائل ويصبح صلبًا ، تُعرف النقطة التي يغير فيها حالته باسم نقطة التجمد.