بماذا تتغير كثافة المادة

تتغير كثافة المادة بتغير كل من

الضغط و


درجة الحرارة


.

الكثافة هي كتلة واحدة الحجم، وهي تعبر عن مدى كثافة المادة في مساحة معينة، وهي ناتج لقسمة كتلة جسم ما على حجمه، وتم اكتشاف الكثافة للمرة الاولى على يد العالم اليوناني ارخميدس، [1]

الضغط :

العلاقة التي تجمع بين الكثافة وبين الضغط هي علاقة طردية، فنجد ان الكثافة تزداد بزيادة الضغط، وتنقص بنقصانه، وبالمثل ينقص الضغط بنقصان الكثافة، ويزداد بزيادتها.

من اجل فهم تاثير الضغط على الكثافة، سوف استعرض مثال بسيط: وهو مكبس يمكن ان يضغط الشخص فيه الهواء، وعندما يزيد الشخص الضغط ينقص حجم الغاز، وبالتالي تنقص المسافة بين جزيئات الغاز، وعند زيادة الضغط تنقص المسافة بين جزيئات الغاز، وبالتالي ينقص الضغط بزيادة الحجم، ويزيد الضغط بنقصان الحجم، واذا زاد الضغط تزيد الكثافة للمادة.

درجة الحرارة :

العلاقة التي تجمع بين الكثافة وبين الضغط هي علاقة عكسية، فتزداد الكثافة اذا نقصت درجة الحرارة، وتنقص الكثافة اذا زادت درجة الحرارة [2] [3]

تتغير كثافة المادة بتغير كل من الحرارة والضغط

تتأثر الكثافة بشكل كبير بالظروف المحيطة، ومن الظروف التي يمكن ان تسبب تغيير في كثافة المادة هي حرارة المادة بالاضافة الى ضغط المادة فنجد ان

• الكثافة تتغير باختلاف درجات الحرارة
• الكثافة تتغير باختلاف الضغط
• الكثافة تتغير بتغير حالة المادة

الكثافة تتغير باختلاف درجات الحرارة:

بعد ان فهمنا ان العلاقة عكسية بين الكثافة وبين درجات الحرارة، من الضروري ان نفهم السبب وراء ذلك، والسبب ببساطة هو ان ارتفاع درجات الحرارة يؤدي الى توسع المادة وزيادة حجمها، واذا زاد الحجم تنقص الكثافة لأن الضغط ايضًا ينقص، ونستنتج ايضًا ان العلاقة بين الضغط والحجم هي علاقة عكسية، واذا انخفضت درجات الحرارة، تزداد الكثافة

على سبيل المثال، في الضغط الجوي العادي، يكون للهواء بدرجة حرارة 0 درجة مئوية الكثافة 1.29 كجم/م3، واذا زادت درجة الحرارة الى 10 درجة مئوية، تصبح كثافة الهواء 1.25 كجم/م3، وهذا يعني ان كثافة الهواء نقصت بشكل ملحوظ مع زيادة درجات الحرارة.

الكثافة تتغير بتأثير الضغط:

تتأثر الكثافة ايضًا بمستويات الضغط، ونجد ان العلاقة بين الضغط وبين الكثافة هي علاقة طردية، فكلما زاد احدهم يزيد الثاني

على سبيل المثال، ضغط الهواء هو 1.225 كجم/م3 او 0.001225 ج/سم3، اما عندما يتم تعبئة الهواء في بالون، فالضغط يزداد بشدة، وبالتالي تزيد كثافة الهواء بشكل اكبر من كثافة الهواء العادي

وفي درجات الحرارة والضغوط الثابتة، يكون لكل من السوائل والمواد الصلبة حجم محدد، ومن خلال زيادة الضغط على مادة ما، نلاحظ ان الضغط ينقص فيها، وبالتالي تزيد الكثافة فيها.

وهذه العملية تكون فعالة بشكل اكبر على الغازات بشكل اكبر من المواد الصلبة والسائلة لانها غير قابلة بشكل كبير للانضغاط

الكثافة تتغير بتغير حالة المادة:

عندما تتغير حالة المادة، تختلف بذلك حجم و

كثافة المادة

، وبذلك نستنتج ان الكثافة تتغير ايضًا بتغير حالة المادة بالاضافة الى الضغط ودرجات الحرارة. [4]

العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة

درجة الحرارة تعبر عن درجة الحرارة في الوسط المحيط، اما الكثافة فهي تقيس كتلة واحدة الحجوم، والعلاقة بين الكتلة على الحجم، وتوصل العلماء من خلال الدراسات العديدة التي اجروها على ان العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة هي علاقة عكسية، على عكس العلاقة بين الكثافة وبين الضغط التي تكون طردية، وتغير درجات الحرارة يؤثر على تغير الكثافة، كما ان تغير الكثافة يكون ناجم عن تغيير درجات الحرارة.

ويمكن اختصار العلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة بما يلي

• عند زيادة الكثافة، تنقص الحرارة
• عند نقص الكثافة، تزيد الحرارة
• عندما تزداد درجات الحرارة، تنقص الكثافة
• عندما تنخفض درجات الحرارة، تزيد الكثافة [3]

العلاقة بين الكثافة والضغط

العلاقة بين الكثافة وبين الضغط هي علاقة طردية، اي

• تزداد الكثافة كلما ازداد الضغط
• اذا انخفض الضغط، تنخفض الكثافة
• اذا زادت الكثافة، يزيد الضغط
• اذا نقصت الكثافة، ينقص الضغط

واذا اردنا معرفة العلاقة بين الضغط وبين الكثافة في علاقة تجمع بينهما، يجب علينا في البداية ان نتعلم ما يشير اليه كل رمز:

• يمثل الضغط P
• يمثل الحجم V
• تمثل درجة الحرارة T
• يمثل ثابت الغازات العام R
• يمثل عدد المولات n

بتطبيق قانون بويل وشارلز وجاي لوساك، يتم الحصول على العلاقة التالية

• قانون بويل: العلاقة لكتلة معينة، وبدرجة حرارة ثابتة، وهذه العلاقة تعبر على ان العلاقة بين الضغط والحجم هي علاقة عكسية PV = C1
• قانون تشارلز وجاي لوساك: هذه العلاقة تجمع بين الضغط وبين الحرارة، وبين الحجم، وهذه العلاقة تجد انه بثبوت الحجم يكون هناك الضغط ودرجة الحرارة بينهما علاقة طردية، وبثبوت الحرارة، تكون الحجم طردي مع الحرارة V = C2T

وبالجمع بين قانون بويل وبين قانوت تشارلز وجاي لوساك، لن نكتب طريقة التوصل للاستنتاج، انما العلاقة التي توصل اليها العلماء هي ان

• p = PRT وهذه العلاقة تعبر عن وجود علاقة طردية بين الضغط وبين الكثافة.

تزيد الكثافة عندما

الكثافة تزيد بزيادة ضغط مادة معينة، لأن العلاقة بينهما طردية، فنجد ان الكثافة تزيد عندما يزداد الضغط، ويزداد الضغط بدوره عندما تزيد الكثافة، بينما تنقص الكثافة بنقصان الضغط والعكس صحيح ايضًا.

وعلى العكس من ذلك، لا نجد ان هذه العلاقة محققة بالنسبة لدرجة الحرارة، لأن العلاقة بين الكثافة وبين درجة الحرارة هي علاقة عكسية، فنجد ان زيادة درجات الحرارة يؤدي لنقص الكثافة، بينما نقصان درجات الحرارة يؤدي لزيادة الكثافة، والعكس صحيح.

الكثافة هي الكتلة تقسيم الحجم، وكتلة المادة تعتمد على العدد الذري فيها، وعدد الجزيئات المتواجدة فيها، ومدى اقتراب الجزيئات من بعضها البعض، وهل هي مضغوطة ام لا وحالة المادة تؤثر بشكل كبير في كثافتها

الضغط الخارجي يدفع الجزيئات للاقتراب من بعضها البعض، وبالتالي يزيد من كثافة المادة، اما درجات الحرارة، فتؤدي لتوسع الحجم، وابتعاد جزيئات المادة او ذراتها عن بعضها البعض، وبالتالي تنقص الكثافة لان المادة تشغل حيزًا اكبر

كما ان تغير حالة المادة يؤثر على كثافتها، فكثافة السائل غير كثافة الغاز او كثافة المادة الصلبة. [2] [3] [4]