نوضح في هذا المقال ما هو تعريف الحجم ، كل مادة من المواد الموجودة في البيئة المحيطة لها مجموعة من الخصائص التي تميزها عن بعضها البعض، وتتمثل تلك الصفات في لون ووزن وكتلة وكثافة تلك المواد، ولكل تلك الخصائص وحدة قياس وضعها النظام العالمي للوحدات، ولقد عكف العلماء على إيجاد قوانين يتم استخدامها لحساب وقياس تلك المواد من حيث خصائصها التي تميزها، ويُعد الحجم واحدًا من أهم خصائص المواد في البيئة، ولكن ما هو الحجم بالتحديد؟ وما هي وحدات قياسه؟ سنُجيب على تلك الأسئلة من خلال السطور التالية على موسوعة.
تعريف الحجم
يُعرف الحجم بأنه الحيز أو الفراغ ثلاثي الأبعاد الذي يشغله أحد الأجسام سواء كان صلبًا أو سائلًا أو غازيًا.
ويكمن الفرق بين الحجم والمساحة في أن الأول مقياس لحيز ثلاثي الأبعاد، أما المساحة فهي مقياس لحيز ثنائي الأبعاد.
وهناك عدة عوامل تؤثر على حجم المواد، أول تلك العوامل درجة حرارة المادة والتي بزيادتها يزداد الحجم الذي تشغله المواد عدا الماء، أي أن هناك علاقة طردية بين درجة الحرارة وبين الحجم.
بالإضافة إلى الضغط والذي بازدياده يقل حجم حيز المواد، أي أن هناك علاقة عكسية بين الضغط وبين الحجم.
وليس هناك علاقة بين الحجم والوزن أو الكتلة، حيث يُعد الحجم من الخواص المستقلة للمادة، فهو مساحة يتوزع عليها الجسم، وتزداد كتلته إذا كان ذو كثافة عالية حتى وإن كان الحجم صغيرًا، وبذلك يلعب الحجم مع الكثافة دورًا في تحديد الكتلة.
أما عن طريقة قياس حجم المواد فهي تختلف باختلاف كل مادة، حيث يتم قياس المواد الصلبة عن طريق حساب حجم السائل المُزاح فيها.
أما المواد السائلة والغازية فيتم قياس حجمها بقياس حجم الوعاء الموجودة فيه تلك المواد.
وعلى سبيل المثال المحلول كيماوي في الميليتات يتم قياس حجمه باستخدام أسطوانة متدرجة.
وبشكل عام يتم قياس حجم المواد السائلة باستخدام عدة أدوات وهي الأكواب، القوارير، الأسطوانات المتدرجة.
وحدات قياس الحجم
وفيما يخص وحدات قياس الحجم فقد كان قديمًا يتم الاعتماد على الوحدات التي اعتمدها النظام البريطاني، ولكن في الوقت الحالي أصبح يتم الاعتماد على النظام العالمي للوحدات وهو النظام المتري.
وحدات الحجم في النظام البريطاني:
جالون.
الأونصة السائلة.
الكوب.
باينت.
كورات.
ملعقة صغيرة.
ملعقة طعام كبيرة.
وحدات الحجم في نظام الوحدات العالمي:
اللتر.
المتر المكعب.
الملليلتر.
تعريف الحجم والكتلة
قد يخلط البعض بين مفهوم الحجم والكتلة، ولكن الكتلة تشير إلى عدم استجابة الجسم للحركة وتغير السرعة، أي أنها تعبر عن كمية المادة، ولكن الحجم يدل على الحيز الذي تشغله تلك المادة.
ويمكن ألا يشغل الجسم حيزًا كبيرًا إذا كان مضغوطًا حتى وإن كان وزنه كبيرًا.
وهذا ما تعبر عنه العلاقة التالية: الكثافة= الكتلة/ الحجم.
ولقد وضع النظام العالمي للوحدات وحدة قياس الكتلة وهي الكيلو جرام، ويُشار إليها بالاختصار الآتي: كجم.
تعريف الحجم والسعة
كما سبق وأن ذكرنا؛ فالحجم هو حيز ثلاثي الأبعاد يشغله جسمًا ما مهما كانت حالته سواء سائلة أو صلبة أو غازية.
بينما السعة هي كمية المادة السائلة الموجودة في حاوية ثلاثية الأبعاد.
ولقد وضع النظام العالمي للوحدات وحدة قياس السعة وهي الملليمتر أو اللتر.
ويتمثل الفرق بين الحجم والسعة في أن سعة الشكل الثلاثي الأبعاد يمكن أن تتغير حسب كمية السائل الموجودة فيه، بينما الحجم ثابت لنفس هذا الشكل.
قانون الحجم
هناك مجموعة من القوانين التي يتم استخدامها في قياس حجم المواد، ويتم استخدام كل قانون حسب حالة كل مادة وذلك على النحو التالي:
قوانين حجم المادة حسب الحالة الفيزيائية
حساب الحجم بطريقة الإزاحة: يتم استخدام تلك الطريقة للمواد الصلبة عشوائية الشكل والسائلة والغازية، وهي طريقة دقيقة لحساب الحجم ويعبر عنها القانون التالي: حجم الجسم = حجم السائل المزاج الموجود بحاوية معينة ذات أبعاد معروفة.
حساب الحجم بطريقة الكثافة: نظرًا لعدم امتلاك المواد السائلة أبعاد ثابتة وأشكال محددة تُقاس بسهولة؛ فإن عملية حساب حجمها أمرًا صعبًا نوعًا ما، ولذلك يتم استخدام القانون التالي: حجم الجسم = وزن الجسم / كثافته، وتتطلب تلك الطريقة معرفة الكثافات العامة لمختلف المواد في الظروف الطبيعية، ويتم استخدام تلك الطريقة لقياس حجم السوائل والمواد الصلبة.
حساب الحجم بالأبعاد المادية للشكل الثلاثي: وهي طريقة يتم استخدامها لحساب حجم المواد الصلبة ثلاثية الأبعاد، فهناك قوانين خاصة بالحجم لجميع الأشكال تُستخدم لحساب الحجم، حيث تعتمد تلك القوانين على الأبعاد ويمكن قياسها بطريقة سهلة.
حساب حجم الغازات: هناك قانون يتم استخدامه في حساب حجم الغازات وهو: V= nRT/P، وكل حرف من حروف هذا القانون يشير إلى شيء ما، حيث أن V هي الحجم المثالي للغاز بوحدة اللتر، و n هي عدد مولات الغاز، و t يدل على درجة الحرارة بوحدة كلفن، و p يشير إلى الضغط باستخدام وحدة atm.
قوانين حجم المادة حسب الشكل الهندسي
هناك صيغة عامة يتم استخدامها في حساب حجم الأشكال ثلاثية الأبعاد وتلك الصيغة هي: حجم المادة = مساحة القاعدة× الارتفاع، وفيما يلي قوانين حساب حجم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد:
المنشور الثلاثي: فالقانون المُستخدم لحساب حجمه هو مساحة القاعدة× الارتفاع.
المنشور الرباعي: والقانون المستخدم لحساب حجمه هو مساحة القاعدة× الارتفاع، أي الطول× العرض× الارتفاع.
المخروط: إذا كان المخروط ذو قاعدة دائرية يتم استخدام هذا القانون لحساب حجمه وهو: 1/3 × (مساحة القاعدة × الارتفاع).
الأسطوانة: إذا كانت الأسطوانة ذات قاعدة دائرية فيتم استخدام القانون التالي لحساب حجمها: مساحة القاعدة× الارتفاع.
الكرة: يُستخدم القانون التالي لحساب حجم الكرة: 4/3 × π × (نصف قطر الدائرة المركزية)^3.
الهرم: يُستخدم هذا القانون لحساب حجم الهرم: مساحة القاعدة× الارتفاع، وحسب شكل قاعدة الهرم يتم حساب مساحتها.
أدوات قياس الحجم
حسب الشكل الفيزيائي للمادة المُراد قياس حجمها تُحدد المادة المُستخدمة في القياس وذلك على النحو التالي:
أدوات قياس أحجام المواد الصلبة
ومنها الميزان الذي يقيس الكتلة، ويُحتسب حجم المادة بعد معرفة كثافتها.
الحاويات على شكل منشور رباعي ذو أبعاد معروفة والتي تحتوي على السوائل، فحجم السائل المُزاح في الحاوية يساوي حجم الجسم الصلب المغمور بهذا الجسم.
الشريط المتري والذي يُستخدم لقياس أبعاد المنشور الرباعي وغيره من الأشكال المنتظمة.
الحاوية ذات الشكل الأسطواني والذي يوجد بداخلها سائل، فحجم السائل المُزاح في الأسطوانة يساوي حجم الجسم الصلب المغمور بهذا السائل.
أدوات قياس أحجام الغازات
الحقنة وذلك عن طريق تحرير الغاز بعد حدوث تفاعل ما، فيمكن حساب حجمه بعد إزاحته في الحقنة.
عداد التدفق وهو عبارة عن جهاز يُباع في الأسواق ويقيس تدفق حجم الغازات.
الميزان الكتلي والذي يتم استخدامه في حساب حجم الغاز بعد معرفة كثافته.
المخبار المدرج والذي يتم استخدامه في المياه التي تحتوي على غازات غير قابلة للذوبان.
أدوات قياس أحجام السوائل
المحقان.
الدورق الحجمي.
الأكواب.
السحاحة.
المخبار المدرج.
وإلى هنا نكون قد وصلنا إلى ختام مقالنا والذي أوضحنا من خلاله تعريف الحجم ووحدات قياسه والفرق بينه وبين الكتلة والسعة، كما تناولنا قوانين الحجم والأدوات المُستخدمة في قياسه، تابعوا المزيد من المقالات على الموسوعة العربية الشاملة.
