هل درجة الحرارة تغير فيزيائي أم كيميائي؟ (و لماذا؟)

درجة الحرارة هي تغير فيزيائي لأنها تقيس متوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة ولا تعني أي تغيير في التركيب الكيميائي أو هوية المادة. هذا تغيير عكسي يمكن أن يتقلب اعتمادًا على كمية الطاقة الموجودة في النظام.

حسنًا، كانت تلك مجرد إجابة بسيطة. ولكن هناك بعض الأشياء الإضافية التي يجب معرفتها حول هذا الموضوع والتي ستجعل مفهومك واضحًا للغاية.

لذلك دعونا ننتقل مباشرة إلى ذلك.

لماذا تعتبر درجة الحرارة خاصية فيزيائية؟

تعتبر درجة الحرارة خاصية فيزيائية لأنها تصف خاصية لمادة أو نظام يمكن قياسها دون تغيير تركيبها الكيميائي. بمعنى آخر، درجة الحرارة هي خاصية أساسية للمادة يمكن قياسها ومقارنتها بين المواد المختلفة دون تغيير هويتها.

فيما يلي بعض الأسباب الرئيسية لتصنيف درجة الحرارة كخاصية فيزيائية:

• مستقلة عن كمية المادة: درجة الحرارة لا تعتمد على كمية المادة الموجودة. سواء كانت لديك عينة صغيرة أو كبيرة، تظل درجة الحرارة كما هي إذا كانت في حالة توازن حراري . على سبيل المثال، قد يكون لكوب من الماء الساخن وحوض سباحة مملوء بالماء الساخن نفس درجة الحرارة، ولكن حمام السباحة يحتوي على كمية أكبر بكثير من الماء.
• قابلة للقياس باستخدام الأدوات الفيزيائية: يمكن قياس درجة الحرارة باستخدام أدوات فيزيائية مختلفة مثل موازين الحرارة والمزدوجات الحرارية وأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء. يمكن لهذه الأجهزة اكتشاف الطاقة الحرارية للمادة وتوفير قيمة عددية تمثل درجة حرارتها.
• تؤثر على السلوك الجسدي: تؤثر درجة الحرارة على السلوك الجسدي للمادة. فهو يحدد ما إذا كانت المادة في حالة صلبة أو سائلة أو غازية (مرحلة انتقالية) ويؤثر أيضًا على كثافتها وحجمها وضغطها. على سبيل المثال، عند تسخين الماء، فإنه يتحول إلى بخار مع ارتفاع درجة حرارته.
• إنها خاصية مكثفة: الخصائص المكثفة هي تلك التي لا تعتمد على حجم أو كتلة النظام. تعتبر درجة الحرارة خاصية مكثفة لأن قيمتها تظل كما هي بالنسبة لمادة معينة، بغض النظر عن حجم العينة.
• تستخدم للتوصيف والمقارنة: يستخدم العلماء والمهندسون درجة الحرارة كمعلمة حاسمة لتوصيف ومقارنة المواد والأنظمة. ويلعب دورًا حاسمًا في مختلف المجالات العلمية، مثل الفيزياء والكيمياء والهندسة والأرصاد الجوية وغيرها الكثير.

باختصار، تعتبر درجة الحرارة خاصية فيزيائية لأنها تصف خاصية أساسية للمادة يمكن قياسها بشكل مستقل عن كمية المادة والتي تؤثر على سلوكها الفيزيائي. إن قدرته على القياس الكمي والمقارنة بين المواد المختلفة تجعله مفهومًا أساسيًا في دراسة العلوم الفيزيائية.

لماذا لا تعتبر درجة الحرارة خاصية كيميائية؟

درجة الحرارة ليست خاصية كيميائية لأنها لا تعتمد على التركيب الكيميائي للمادة. ومن ناحية أخرى، فإن الخواص الكيميائية هي خصائص المادة التي تصف كيفية تفاعلها مع المواد الأخرى وكيف تخضع للتغيرات الكيميائية.

تتعلق الخواص الكيميائية بالبنية الداخلية للمادة وتكوينها وكذلك كيفية تفاعلها مع المواد الأخرى لتكوين مركبات جديدة. أنها تنطوي على تغييرات في الهوية الكيميائية للمادة. على سبيل المثال، القابلية للاشتعال، والتفاعل مع الأحماض أو القواعد، وإمكانية الأكسدة كلها أمثلة على الخواص الكيميائية.

وفي المقابل فإن درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة ولا تتأثر بتركيبها الكيميائي. يمكن لمادتين لهما تركيبة كيميائية مختلفة تمامًا أن يكون لهما نفس درجة الحرارة إذا كانتا في حالة توازن حراري.

على سبيل المثال، يمكن أن يكون لكوب من الماء وكوب من الإيثانول نفس درجة الحرارة على الرغم من اختلافهما كيميائيًا.

درجة الحرارة هي في المقام الأول خاصية ديناميكية حرارية، مرتبطة بحالة الطاقة للمادة، وتميز حرارة أو برودة النظام.

وهي خاصية خارجية، أي أنها يمكن أن تتأثر بعوامل خارجية مثل انتقال الحرارة، ولكنها لا تغير بشكل أساسي الطبيعة الكيميائية للمادة.

باختصار، درجة الحرارة ليست خاصية كيميائية لأنها لا تصف السلوك الكيميائي للمادة أو هويتها؛ بل هي خاصية فيزيائية تعكس متوسط الطاقة الحركية للجزيئات التي تحتويها المادة.

كيف يتم قياس درجة الحرارة؟

يتم قياس درجة الحرارة عادة باستخدام أنواع مختلفة من موازين الحرارة أو أجهزة استشعار درجة الحرارة. يعتمد اختيار طريقة القياس على التطبيق ونطاق درجة الحرارة المراد قياسها ومستوى الدقة المطلوبة.

فيما يلي بعض الطرق الشائعة لقياس درجة الحرارة:

1. ميزان الحرارة السائل الزجاجي: هذا نوع تقليدي وبسيط من موازين الحرارة. وهو عبارة عن أنبوب زجاجي مملوء بسائل، عادة الزئبق أو الكحول، يتمدد أو ينكمش مع تغيرات درجة الحرارة. يتم تحديد درجة الحرارة من خلال قراءة مستوى السائل مقابل مقياس على مقياس الحرارة.
2. مقياس الحرارة الشريطي ثنائي المعدن: يستخدم هذا النوع من موازين الحرارة شريطين معدنيين مختلفين بمعاملات مختلفة للتمدد الحراري، مرتبطين ببعضهما البعض. ومع تغير درجة الحرارة، تنحني الشرائط بسبب اختلاف معدلات تمددها، ويمكن قياس الحركة الناتجة لتحديد درجة الحرارة.
3. المزدوجات الحرارية: المزدوجات الحرارية عبارة عن مستشعرات لدرجة الحرارة مصنوعة من سلكين معدنيين مختلفين متصلين في أحد طرفيهما. عندما يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة بين الطرفين، يتولد جهد ويمكن حساب درجة الحرارة على أساس هذا الجهد. تُستخدم المزدوجات الحرارية على نطاق واسع نظرًا لنطاق درجات الحرارة الواسع وأوقات الاستجابة السريعة.
4. أجهزة كشف درجة الحرارة المقاومة (RTDs): أجهزة استشعار درجة الحرارة مصنوعة من معادن نقية، عادة من البلاتين، مع علاقة مقاومة ودرجة حرارة معروفة وقابلة للتكرار. مع تغير درجة الحرارة، تتغير مقاومة RTD ويستخدم هذا التغيير لحساب درجة الحرارة.
5. موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء: موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، وتسمى أيضًا موازين الحرارة غير المتصلة، تقيس درجة الحرارة عن طريق الكشف عن الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جسم ما. وهي لا تتطلب اتصالاً مباشرًا بالجسم وتكون مفيدة لقياس درجة حرارة الأشياء البعيدة أو التي يتعذر الوصول إليها.
6. الثرمستورات: الثرمستورات عبارة عن مستشعرات لدرجة الحرارة تستخدم مواد شبه موصلة تعتمد مقاومتها بشدة على درجة الحرارة. تقل مقاومتها أو تزيد مع تغير درجة الحرارة، ويستخدم هذا التغير في المقاومة لتحديد درجة الحرارة.
7. البيرومترات: تستخدم البيرومترات لقياس درجات الحرارة المرتفعة، عادة في بيئة صناعية. وهي تعمل على مبدأ الكشف عن الإشعاع وهي مناسبة لقياس درجات حرارة الأجسام الساخنة للغاية، مثل الأفران والمعادن.
8. موازين الحرارة الرقمية: تستخدم موازين الحرارة الرقمية أجهزة استشعار إلكترونية لقياس درجة الحرارة وتوفير قراءة رقمية لدرجة الحرارة. غالبًا ما تكون مجهزة بميزات إضافية مثل تخزين الذاكرة وأجهزة الإنذار وإمكانيات تسجيل البيانات.

كل طريقة لقياس درجة الحرارة لها مزاياها وقيودها، واختيار الطريقة المناسبة يعتمد على عوامل مثل الدقة المطلوبة، ونطاق درجة الحرارة المراد قياسها، والتطبيق المحدد أو الصناعة المعنية.

قراءة متعمقة

هل نقطة الانصهار خاصية مكثفة أم واسعة النطاق؟
هل الطول خاصية مكثفة أم واسعة النطاق؟
هل درجة حرارة العقار مرتفعة أم واسعة؟
هل اللون خاصية مكثفة أم واسعة النطاق؟
هل الملكية جماعية مكثفة أم واسعة النطاق؟