قانون انبساط و انقباض بیان می کند که : افزایش دما باعث افزایش حجم مواد و کاهش دما سبب کاهش حجم آن ها می شود. بنابراین وقتی حجم ماده ای در اثر گرم شدن افزایش یابد می گوئیم منبسط شده است. و وقتی حجم آن در اثر سرد شدن کاهش یابد، می گوئیم منقبض شده است.

چگونگی درجه بندی کردن دما سنج:

مخزن دما سنج را در ظرف یخ در حال ذوب شدن می گذارند. در این حالت سطح مایع دماسنج در هر نقطه ای که قراربگیرد به عنوان صفر در نظر می گیرند و سپس مخزن دماسنج را در بخار آب جوش و فشار هوای کنار دریا قرار می دهند.
در این حالت سطح مایع درون لوله ی دماسنج در هر نقطه ای که قرار بگیرد آن نقطه را به عنوان ۱۰۰ در نظر می گیرند. سپس فاصله ی بین صفر تا ۱۰۰ را به ۱۰۰ قسمت مساوی تقسیم می کنند و بر هر قسمت را یک درجه می نامند. این نوع درجه بندی را مقیاس سلسیوس می گویند.
سلیسیوس نام مخترع این نوع درجه بندی دما سنج است. نام دیگر این نوع درجه بندی سانتی گراد است. سانتی گراد به معنای صد بخشی است.
قانون انبساط و انقباض یک قانون علمی است. بعضی از قانون های علمی استثنا هم دارند. به جز آب مواد دیگری هم وجود دارند که بر خلاف قانون انبساط و انقباض رفتار می کنند اما نقش و اهمیت این مواد در زندگی و طبیعت به اندازه آب نیست.

انبساط مواد گوناگون :

در اطراف ما مواد گوناگونی وجود دارند. این مواد دارای ویژگی ها و حالت های متفاوتی هستند. حالت ها و ویژگی های هر ماده به ساختار مولکولی و اتمی آن ماده مربوط می شود.

با استفاده از این خاصیت یعنی متفاوت بودن مقدار انبساط مواد مختلف ایستگاههایی برای تنظیم دما ساخته شده اند.
مثلاً در بعضی از وسایل خانگی مانند سماور و اتو برقی لازم است دما در درجه دلخواه تنظیم شود، یعنی از آن درجه بیشتر یا کمتر شود. دماپا (ترموستات) وسیله ای است که برا ی این کار ساخته شده است. دما پا انواع گوناگونی دارد. در یک نوع دماپا، دو تیغه ی فلزی غیر هم جنس مطابق شکل به یک دیگر متصل شده اند. این دو تیغه در دمای معمولی هم طول هستند.

وقتی که دماپا گرم شود، مس بیشتر از آهن منبسط می شود، در نتیجه دماپا به سمت آهن خم می شود. این خم شدن می تواند در خاموش و روشن کردن یک دستگاه برقی به ما کمک می کند.

چرا گرما سبب انبساط مواد می شود؟

دانستید که مواد از ذره هایی به نام اتم یا مولکول ساخته شده اند. همچنین دانستید که این ذره ها پیوسته در حال جنبش اند، در بین آنها فضای خالی وجود دارد و یک دیگر را می ربایند. به این نوع تغییر ساختار ماده، نظریه مولکولی گفته می شود.
نظریه مولکولی همچنین بیان می کند که وقتی دمای ماده ای بالا رود جنبش مولکول های آن زیادتر می شود و وقتی دما کاهش می یابد جنبش مولکول های آن ها کمتر می شود. با افزایش جنبش مولکول ها، برخورد مولکول ها با هم بیشتر و شدیدتر شده و در نتیجه از هم دور می شوند. با دور شدن مولکول ها از هم فضاهای خالی بین آن ها نیز بیشتر می شود، بنابراین حجم ماده افزایش می یابد. شکل زیر وضعیت مولکول های یک ماده را در حالت گرم و سرد نشان می دهد.

مشاهده کنید صفحه ۱۳

۱ – یک دما سنج معمولی را مورد مشاهده قرا ردهید. درباره طرز کار با آن بر اساس انبساط و انقباض با دوستان خود گفت و گو کنید.
هنگامی که دماسنج را در کنار جسم گرم قرار می دهیم، مایع درون دما سنج بر اثر گرما منبسط شده و بالا می رود و اگر دماسنج را در کنار جسم سرد قرار می دهیم، مایع درون دما سنج بر اثر سرما منقبض شده و پائین می آید.

۲ – چرا در مسیر مایع درون دماسنج پزشکی یک خمیدگی ایجاد کرده اند؟
خمیدگی بالای مخزن جیوه سبب می شود که هنگام اندازه گیری دمای بدن بیمار جیوه مایع به مخزن برنگردد و پزشک فرصت کافی برای خواندن دمای دقیق را داشته باشد. البته قبل از هر بار استفاده دماسنج را به شدت تکان می دهند تا جیوه به مخزن باز گردد.

یک پله بالاتر:
۱ – برای جداکردن دو لیوان که در هم گیر کرده اند چه راهی پیشنهاد می کنید؟

داخل لیوان درونی مقداری آب سرد می ریزیم و لیوان بیرونی را داخل یک ظرف آب گرم قرار می دهیم لیوان درونی در اثر سرما منقبض می شود در حالیکه لیوان بیرونی در اثر گرما – منبسط می شود ، بنابراین براحتی از یکدیگر جدا می شوند.

تفسیر کنید
۱ – برای بازکردن در فلزی یک ظرف شیشه ای که بسیار سفت شده است آن را زیر آب داغ می گیرند؟ چرا؟

زیرا در فلزی بر اثر گرما سریع تر از ظرف شیشه ای منبسط می شود ، بنابراین در ظرف به راحتی باز می شود.

۲ – یک گلوله مسی و یک صفحه ی آهنی که روی آن سوراخی دایره ای شکل به قطر گلوله وجود دارد در اختیار داریم. در دمای معمولی گلوله می تواند از سوراخ عبور کند . با توجه به نمودار بالا به این دو سؤال پاسخ دهید.
الف) اگر گلوله مسی و صفحه آهنی را تا دمای نسبتاً زیادی گرم کنیم آیا گلوله باز هم از سوراخ رد می شود؟ چرا؟
خیر، زیرا گلوله ی مسی در اثر گرما بیشتر از صحفه ی آهنی منبسط می شود. در نتیجه حجم گلوله ی مسی از صفحه آهنی بیشتر افزایش می یابد و گلوله از سوراخ رد نمی شود.

ب ) اگر گلوله از آهن و صفحه از مس باشد چه وضعی پیش می آید؟
گلوله ی آهنی از صفحه ی مسی به راحتی عبور می کند زیرا صفحه بیشتر از گلوله منبسط می شود.