Γιατί η πυκνότητα μιας ουσίας αλλάζει με τη θερμοκρασία;
1. Θερμική επέκταση:
* στερεά: Όταν ένα στερεό θερμαίνεται, τα μόρια του δονείται πιο έντονα, αυξάνοντας τη μέση απόσταση μεταξύ τους. Αυτό οδηγεί σε επέκταση του όγκου, ενώ η μάζα παραμένει σταθερή. Δεδομένου ότι η πυκνότητα είναι μάζα ανά όγκο μονάδας, η πυκνότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
* υγρά: Παρόμοια με τα στερεά, τα υγρά επεκτείνονται επίσης κατά τη θέρμανση. Ωστόσο, η επέκταση στα υγρά είναι γενικά μεγαλύτερη από ό, τι στα στερεά λόγω των ασθενέστερων διαμοριακών δυνάμεων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πιο σημαντική μείωση της πυκνότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας.
* Αέρια: Τα αέρια είναι εξαιρετικά συμπιεσμένα και έχουν μεγάλες διαμοριακές αποστάσεις. Όταν θερμαίνονται, τα μόρια αερίου κινούνται ταχύτερα και συγκρούονται συχνότερα, οδηγώντας σε σημαντική αύξηση του όγκου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική μείωση της πυκνότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας.
2. Αλλαγές στις διαμοριακές δυνάμεις:
* υγρά: Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η κινητική ενέργεια των μορίων ξεπερνά τις ενδομοριακές δυνάμεις που τους κρατούν μαζί. Αυτό αποδυναμώνει τις ελκυστικές δυνάμεις, προκαλώντας τα μόρια να κινούνται περαιτέρω και να μειώνουν την πυκνότητα.
* Αέρια: Στα αέρια, οι διαμοριακές δυνάμεις είναι ήδη αδύναμες. Ωστόσο, η θερμοκρασία επηρεάζει τη συχνότητα και τη αντοχή των συγκρούσεων μεταξύ των μορίων, τα οποία επηρεάζουν έμμεσα την πυκνότητα.
3. Μεταβάσεις φάσης:
* Όταν μια ουσία αλλάζει φάση (στερεό σε υγρό, υγρό σε αέριο), η πυκνότητα του αλλάζει δραματικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διάταξη και η απόσταση των μορίων διαφέρουν σημαντικά σε κάθε φάση.
Συνοπτικά:
Η πυκνότητα μιας ουσίας αλλάζει με τη θερμοκρασία λόγω της θερμικής διαστολής, η οποία μεταβάλλει τον όγκο της ουσίας διατηρώντας παράλληλα τη σταθερά μάζας. Αυτό επηρεάζεται από τη δύναμη των διαμοριακών δυνάμεων και της συγκεκριμένης φάσης της ουσίας.
Σημείωση: Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτή τη γενική τάση, όπως το νερό μεταξύ 0 ° C και 4 ° C, όπου η πυκνότητα αυξάνεται με θερμοκρασία λόγω της μοναδικής δομής των μορίων νερού.
