عنقود ظاهرة شذوذ الماء - جزء ت - حجم الماء

تذكّير

تعلمنا في العنقودين السابقين، ظاهرة شذوذ الماء – جزء أ – الرسم البياني لكثافة الماء وعنقود ظاهرة شذوذ الماء – جزء ب – كثافة الماء والقطع المكافئ، أن:

الكتلة – هي كمية المادة الموجودة في جسم ما.

الوحدة لقياس الكتلة هي كيلوغرام (كغم) أو غرام، ميلغرام، طن وما إلى ذلك.

كثافة المادة – هي الكتلة في وحدة حجم للمادة، مثال الكتلة في سم33 أو الكتلة في م33.
تُقاس الكثافة بوحدات كتلة في الحجم،
أي غرام في سم33 (grcm3grcm3) أو كغم في م33 (kgm3kgm3).

فحصنا كيف تتغيّر كثافة الماء والجليد (الماء في الحالة الصلبة) حسب التغيّر في درجة الحرارة.

رأينا أنه بالرغم من أنه بشكل عام، كلما سخّنا مادة تقل الكثافة ولذلك كثافة الحالة الصلبة أكبر من كثافة الحالة السائلة لنفس المادة، لكن يوجد شذوذ بالنسبة للماء:
كثافة الجليد في 0∘C0∘C أصغر من كثافة الماء في 0∘C0∘C.

عندما نُسخّن الماء من 0∘C0∘C حتى 4∘C4∘C فإن كثافتها تزيد.
إذا استمرينا في التسخين ما بعد درجة حرارة 4∘C4∘C فإن كثافتها تقل.

وصف الوضعيّة

نعمل في هذا العنقود في العلاقة بين كثافة المادة وحجمها ونتركّز في تغيّر حجم المادة كمتعلّق في درجة الحرارة.

كتلة المادة عندما نُسخّنها لا تتغيّر، لكن يتغيّر حجمها. يكّبُر الحجم في كل المواد تقريبًا، وعندما نُبّرد المادة بشكل عام يصّغُر حجمها.

مثال:
تدخل كرة معدنية بسهولة في قرص. يؤدي تسّخين الكرة إلى عدم دخول الكرة في القرص، وذلك لأن حجمه قد كَبُر.

شاهدوا فيلم الفيديو: https://www.youtube.com/watch?v=QNoE5IoRheQ

قبل تسّخين الكرة، تمرّ الكرة بسهولة في القرص

بعد تسّخين الكرة، لا تمرّ الكرة بسهولة في القرص

مصدر الصور من فيلم الفيديو: https://www.youtube.com/watch?v=QNoE5IoRheQ

حجم الهواء عندما نُسخّنه في البالون الطائر البائرة، يكّبر حجمه وينفخ البالون.

تسخين الهواء في البالون

حجم الزئبق في ميزان حرارة زئبق، يكّبر، عندما ترتفع درجة الحرارة، ولذلك يزيد ارتفاعه كلما ارتفعت درجة الحرارة.

يتصرف الماء بشكل شاذ.

نفحص في المهمة الحالية، العلاقة بين حجم الماء ودرجة حرارته.

1. مسألة هدف 1

معطى الرسم البياني:
أمامكم خط بياني يصف العلاقة بين كثافة الماء الحلوة ودرجة حرارة الماء,
وأيضًا العلاقة بين كثافة الجليد ودرجة حرارة الجليد.

كثافة المادة – هي كتلة المادة في وحدة حجم.

عليكم في الأجوبة العددية للمسائل التالية إعطاء أجوبة نهائية مُقرّبة إلى 3 منازل بعد النقطة العشرية.

  1. أ‌) كثافة 1 كغم ماء حلو في 0∘C0∘C هي 999.87 كغم /م33. يتجمّد الماء في 0∘C0∘C ويتحوّل إلى جليد.
    1أ.    ما أكبر: حجم الماء في درجة 0∘C0∘C, أو حجم الجليد في 0∘C0∘C؟ علّلوا.
    1ب.    بكم سم33 يتغيّر حجم 1 كغم ماء, عندما يتجمّد؟ 
  2. استعينوا بالرسم المعطاة وبقاعدة الكثافة,
    2أ.   وأعطوا وصفًا بالكلمات لتغيّر حجم 1 كغم ماء حلّو عندما نُسخّنه من 0∘C0∘C إلى 14∘C14∘C.
    2ب.   فسّروا لماذا الماء هو شاذ بالنسبة لتغيّر في حجمه، كمتعّلق بدرجة الحرارة. فصّلوا علّلوا جوابكم.
  3. أعطوا وصفًا بالكلمات لتغيّر حجم 1 كغم جليد, عندما نُسخّنه من −4∘C−4∘C إلى 0∘C0∘C.
  • إذا حليّتم مسألة هدف 1، انتقلوا إلى مسألة هدف 2.
  • أو حلوا، حسب الحاجة، مسألة درجة 1.

ملاحظة: انتبهوا للإشارة ≈≈ التي تشير إلى “قفزة” في قيم الكثافة،
بين 917.4 إلى 998.4، وهذا يعني أن مقياس الرسم غير موحدًا.

(يمكن الضغط على الصورة وتكبيرها)

مبنى العنقود

  • 1. مسألة هدف 1
    • 1.1 درجة 1
    • 1.2 درجة 2
    • 1.3 درجة 3
  • 2. مسألة هدف 2
  • 3. ماذا يمكن أن نسأل أيضًا؟