פרויקט מדע: השפעות הטמפרטורה על נוזלים

נוזל מוגדר כחומר נוזלי שאין לו צורה קבועה אלא נפח קבוע; זהו אחד משלושת מצבי החומר. לנוזל יש יכולת לזרום כמו גם לקבל צורה של מיכל. יחד עם זאת, הוא מתנגד לדחיסה ושומר על צפיפות קבועה למדי. בהתחשב בכך שהטמפרטורה משפיעה ישירות על האנרגיה הקינטית של מולקולות בנוזל, ניתן לתאר את השפעות הטמפרטורה על נוזלים במונחים של התיאוריה הקינטית-מולקולרית.

עלייה בטמפרטורת הנוזל גורמת לעלייה במהירות הממוצעת של מולקולותיו. ככל שטמפרטורת הנוזל עולה, המולקולות נעות מהר יותר ובכך מגדילות את האנרגיה הקינטית של הנוזל. יתר על כן, ככל שטמפרטורת הנוזל גבוהה יותר, כך הצמיגות נמוכה יותר שכן עלייה באנרגיה קינטית מפחיתה את כוחות המשיכה הבין-מולקולרית. צמיגות היא הכמות המתארת ​​את עמידות הנוזל לזרימה. מכיוון שאנרגיה קינטית פרופורציונלית ישירות לטמפרטורה, נוזל שמחומם מספיק יוצר גז. ניתן להציג מאפיין זה בניסויים על ידי חימום נוזלים. מבער בונסן הוא אחת השיטות הנפוצות ביותר לחימום נוזלים במעבדות מדע.

ככל שטמפרטורת הנוזל יורדת, מהירות המולקולות שלו מאטה. מכיוון שהמהירות המולקולרית מאטה, גם האנרגיה הקינטית פוחתת, ובכך מגבירה את המשיכה הבין מולקולרית של הנוזל. משיכה זו בתורו הופכת את הנוזל לצמיג יותר מכיוון שצמיגות פרופורציונאלית הפוכה לטמפרטורת הנוזל. לכן, אם נוזל מקורר מספיק, סביר להניח שהוא יתגבש, וישתנה לצורתו המוצקה. ניתן להציג מאפיין זה בניסוי פשוט הכולל מקפיא וסוגים שונים של נוזלים.

צפיפות הנוזל מושפעת משינוי הטמפרטורה. הגדלת הטמפרטורה בדרך כלל מקטינה את צפיפותה ולהיפך. במהלך הניסוי, ביחס לנפח, נוזלים בדרך כלל מתרחבים כאשר הם מחוממים ומתכווצים כשקוררים אותם. במילים פשוטות יותר, נוזלים גדלים בנפח עם עלייה ניכרת בטמפרטורה וירידה בנפח עם ירידה משמעותית בטמפרטורה. יוצא מן הכלל הבולט, עם זאת, הם מים שטמפרטורה בין 0 ° C ל -4 ° C.

במהלך הניסויים, כאשר טמפרטורת הנוזל משתנה, הנוזל עובר טרנספורמציות מסוימות המשפיעות על מצב קיומו. למשל, כאשר מחממים נוזל, הוא יתאדה וישתנה למצב גזי. הנקודה בה נוזל משתנה לגז ידועה כנקודת הרתיחה שלו. כאשר הטמפרטורה יורדת לרמה בה הנוזל מתגבש והופך למוצק, הנקודה בה הוא משנה את מצבה ידועה כנקודת הקפאה שלה.