حالات المادة
خصائص الموائع
البلازما
تحدث حالة البلازما عندما تتحول مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ثم إلى الحالة الغازية. ومع استمرار التسخين تصبح التصادمات بين الجزيئات كبيرة إلى حد يكفي لانتزاع الإلكترونات من الذرات
البلازما: هيى الحالة شبه الغازية للإلكترونات السالبة الشحنة والأيونات الموجبة الشحنة
تعد البلازما حالة أخرى من حالات الما
وبعكس الغاز فإن البلازما توصل للتيار الكهربائي.
قوانين الغاز
1- قانون بويل:
ينص على أنه عند ثبوت درجة الحرارة فإن حجم عينة محددة من الغاز تتناسب عكسياً مع الضغط المؤثر عليها .قانون شارل.
ينص قانون شارل على أنه عند ثبوت الضغط فإن حجم عينة الغاز يتغير طردياً مع درجة حرارتها القانون العام للغازات:
يجمع القانون العام للغازات بين قوانين الغازات ( بويل - شارل.
التمدد الحراري
لتمدد الحــراري:
عندما تسخن المادة في حالاتها الصلبة والسائلة والغازية فإنها تتمدد لتملأ حيزاً أكبر وتصبح أقل كثافة وتسمى هذه الخاصية التمدد الحراري ولها عدة تطبيقات منها دوران الهواء في الغرفة.
الضغط
لموائــع : هي مواد تتدفق وليس لها شكل محدد. - الحالتين السائلة والغازية يسميان بالموائع. يمثل القوة المؤثرة في سطح ما مقسومة على مساحة ذلك السطح ولأن الضغط قوة تؤثر في السطح فإن أي شئ يولد ضغطاً لابد أن يكون قادراً على إحداث تغيير وإنجاز شغل.
القوى داخل السوائل
التبخر والتكثف
التبخر : نفاذ الجزيئات المتحركة خلال الطبقة السطحية للسائل عند امتلاكها طاقة مناسبة - السوائل المتطايرة : هي السوائل التي تتبخر بسرعة وسهولة بسبب ضعف قوة التماسك بين جزيئاتها .
- التكاثف : تحول البخار إلى سائل عند تبريده .
- عندما يبرد الهواء الرطب الملامس لسطح الأرض يتكاثف بخار الماء في الجو مكونا سحابة من قطيرات الماء تسمى بالضباب .
قوى التلاصق
قوى التلاصق : قوى تجاذب كهرومغناطيسية تؤثر بين جزيئات المواد المختلفة .
- ارتفاع السوائل داخل الأنابيب الضيقة يعزى إلى الخاصية الشعرية .
- السوائل ترتفع في الأنابيب الضيقة عندما تكون قوى التلاصق بين جزيئات السائل والأنبوب أكبر من قوى التماسك بين جزيئات السائل .
- السوائل ترتفع داخل الانبوب الضيق أكثر من ارتفاعها داخل الأنابيب الواسعة
- السائل يتوقف عن الارتفاع داخل الأنابيب عندما يتوازن وزن الماء داخل الأنبوب مع قوة التلاصق الكلية بين سطح الانبوب وجزيئات السائل .
- من اشهر التطبيقات على الخاصية الشعرية : ارتفاع الوقود في فتيلة القنديل , ارتفاع الماء في جذور النبات .
قوى التماسك
- خاصية التوتر السطحي تعني ميل سطح السائل إلى التقلص لأقل مساحة ممكنة
- السبب في حدوث ظاهرة التوتر السطحي هو قوى التماسك بين جزيئات المائع . من الأمثلة على ظاهرة التوتر السطحي :
1) قطرات الندى على خيوط العنكبوت تتخذ شكلا كرويا .
2) الزئبق يشكل قطرات كروية حين يوضع على سطح مصقول
3) سير بعوضة الماء على سطح الماء
- قوى التماسك : قوى تجاذب كهرومغناطيسية تؤثر بين جزيئات المادة الواحدة .
- كلما زاد التوتر السطحي للسائل زادت ممانعة السائل لتحطم سطحه - اللزوجة : مقياس للاحتكاك الداخلي للمائع .
- أسباب اللزوجة :
1) قوى التماسك بين جزيئات المائع
2) التصادمات بين جزيئات المائع من أكثر الموائع لزوجة اللابة والصخور المنصهرة التي تتدفق من البراكين .
- تختلف لزوجة اللابة باختلاف تركيبها ودرجة حرارتها
الموائع الساكنه والموائع المتحركه
الموائع المتحركه: مبدأ برنولي
- ينص مبدأ برنولي على أنه عندما تزداد سرعة المائع يقل ضغطه .
- مبدأ برنولي تمثيل لمبدأ حفظ الشغل والطاقة عند تطبيقه على الموائع .
- إذا نقصت مساحة الأنبوب فإن سرعة التدفق خلاله تزد فينقص ضغطه .
- تطبيقات مبدأ برنولي :
* مرش الطلاء
* مرذاذ العطر
* المازج في محرك البنزين
- فكرة عمل المرذاذ :
* يندفع الهواء بسرعة عبر الأنبوب الضيق فينقص ضغطه .
* يندفع السائل من داخل الزجاجة إلى منطقة الضغط المنخفض نتيجة لفرق الضغط بين المنطقتين . خطوط الانسياب : هي الخطوط التي تمثل تدفق الموائع حول الأجسام .
- إذا ضاق المجرى تزداد السرعة فينقص الضغط فتتقارب خطوط الانسياب .
- إذا كانت خطوط الانسياب دقيقة ومحددة كان التدفق انسيابي .
- إذا تحركت خطوط الانسياب حركة ملتفة كان التدفق مضطربا .
- ينطبق مبدأ برنولي على الجريان الانسيابي فقط ولا ينطبق على الجريان المضطرب .
السباحه تحت الضغط
- ضغط المائع : وزن عمود المائع مقسوما على مساحة المقطع العرضي لعمود المائع
- منشأ ضغط المائع : قوة الجاذبية المرتبطة مع وزن المائع واتجاهها يضغط على الجسم في جميع الاتجاهات .
- ضغط المائع على سطح القمر عند أي عمق يعادل 1/6 قيمته على سطح الأرض .
- القانون الرياضي لضغط المائع : P =p h g - قوة الطفو : هي القوة الرأسية المؤثرة في الجسم المغمور في مائع إلى أعلى .
- منشأ قوة الطفو : زيادة الضغط الناجمة عن زيادة العمق و اتجاهها قوة رأسية إلى أعلى .
- وزن المزاح المائع = قوة الطفو
- القوى المؤثرة على جسم مغمور في مائع :
* محصلة القوى الأفقية تساوي صفرا (لأن القوى العمودية المؤثرة في الجوانب الأربعة متساوية في جميع الاتجاهات )
*محصلة القوى العامودية = قوة الطفو (لأن القوة العمودية إلى أعلى المؤثرة في قاع الجسم أكبر من القوة العمودية إلى أسفل المؤثرة في سطحه العلوي ).
- ينص مبدأ أرخميدس على أن الجسم المغمور في مائع تؤثر فيه قوة رأسية إلى أعلى تساوي وزن المائع المزاح - قوة الطفو لا تعتمد على وزن الجسم وإنما تعتمد فقط على وزن المائع المزاح .
- متى يغطس الجسم ومتى يطفو ؟
* يغطس الجسم عندما تكون كثافة الجسم أكبر من كثافة المائع ، وأيضا عندما يكون وزن الجسم أكبر من قوة الطفو .
* يبقى الجسم عالقا عندما تتساوى كثافة الجسم مع كثافة المائع ، وأيضا عندما يساوي وزن الجسم قوة الطفو .
* يطفو الجسم عندما تكون كثافة الجسم أقل من كثافة المائع ، وأيضا عندما يكون وزن الجسم أقل من قوة الطفو.
- الوزن الظاهري لجسم مغمور في مائع أقل من وزنه الحقيقي .
- الوزن الظاهري لجسم عالق في مائع يساوي الصفر .
- الوزن الظاهري للجسم ، القوة المحصلة الرأسية إلى اسفل ، تتناسب طرديا مع حجم الجسم .
- حجم المائع المزاح بواسطة الجسم يساوي حجم الجسم المغمور من الجسم في المائع .
- من أشهر التطبيقات على مبدأ أرخميدس :
* السفن : علل تطفو السفينة المصنوعة من الفولاذ على سطح الماء
لان جسم السفينة مفرغ وكبير ، لذا فمعدل كثافة السفينة أقل من كثافة الماء لذلك تطفو
* الغواصات : عند ملء الحجرات بالماء يزداد معدل كثافة الغواصة لذلك تغطس في الماء وعند تفريغها تطفو .
* الأسماك : لدى بعض الأسماك مثانة للعوم تقلصها لتغطس وتنفخها لتطفو.
الموائع الساكنه
ينص مبدأ باسكال على أن التغير في الضغط المؤثر عند أي نقطة في السائل المحصور ينتقل إلى جميع نقاط السائل بالتساوي
- التطبيقات العملية لمبدأ باسكال :
تعمل أنظمة الرفع الهيدروليكية وفقا لمبدأ باسكال ، ومن أمثلتها :
1- المكبس الهيدروليكي
2- الرافعة الهيدروليكية
3- كراسي أطباءالاسنان - الهدف من استخدام الموائع في الآلات مضاعفة القوة تطبيقا لمبدأ باسكال
- المكبس الهيدروليكي : يحصر المائع داخل حجرتين متصلتين معا في كل منهما مكبس حر الحركة ، مساحة المكبس الثاني أكبر من مساحة المكبس الأول لذلك تتضاعف القوة
المواد الصلبه
الأجسام الصلبة
التمدد الحراري للمواد الصلبة
- وصلات التمدد : فجوات صغيرة "فواصل" تترك بين أجزاء الجسور الخرسانية و الفولاذية تستخدم المواد المصممة لتتمدد حراريا بأقل ما يمكن في صنع زجاج الأفران ، صنع مرايا التلسكوبات الكبيرة .
- التغير في طول المادة الصلبة يتناسب طرديا مع التغير في درجة الحرارة و طول الجسم .
- معامل التمدد الطولي : التغير في الطول مقسوما على طول الجسم و التغير في درجة الحرارة .
- معامل التمدد الحجمي : التغير في الحجم مقسوما على حجم الجسم والتغير في درجة الحرارة . - يعتبر تمدد حشوات الأسنان وتقلصها بالمعدل نفسه لتمدد مينا الأسنان مثالا على التمدد الحراري
- المزدوج الحراري : شريحة ثنائية المعدن تستخدم في منظمات الحرارة
- يتكون المزدوج الحراري من شريحة نحاسية صفراء مثبتة بجوار شريحة من الحديد
- يستخدم المزدوج الحراري في منظمات الحرارة (الثيرموستات)في أجهزة التدفئة والتبريد .
- عمل المزدوج الحراري
عند التسخين يتمدد النحاس الأصفر أكثر من تمدد الحديد فينحني الشريط
في أجهزة التدفئة : إذا بردت الغرفة ينحني في اتجاه نقطة التوصيل الكهربائي فيشغل المسخن وحينما تصل درجة الحرارة إلى الدرجة المحددة في الثيرموستات ينحني في الاتجاه المعاكس فيوقف عمل المسخن
في أجهزة التبريد : إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى حد معين في الثيرموستات ينحني الشريط لإحداث توصيل كهربائي يشغل المبرد وعندما تنخفض الحرارة عن حد معين ينحني في الاتجاه المعاكس فيوقف عمل المبرد .
-الشبكة البلورية : نمط ثابت ومنتظم يتشكل عندما تنخفض درجة حرارة السائل بحيث يقل متوسط الطاقة الحركية لجزيئاته .
- ملاحظة : الكوارتز البلوري والكوارتز غير البلوري متماثلان كيميائيا ولكن خصائصهما الفيزيائية مختلفه - تزداد درجة التجمد بزيادة الضغط على سطح السائل .
- تنخفض درجة تجمد الماء قليلا بزيادة الضغط على سطحه - مرونة المواد الصلبة : قدرة الأجسام الصلبة على العودة إلى شكلها الأصلي عند زوال تأثير القوى الخارجية .
- لا يعود الجسم إلى شكله الأصلي إذا حدث تشوه كبير لأنه قد تجاوز حد مرونته .
- تعتمد المرونة على القوى الكهرومغناطيسية التي تحافظ على بقاء جزيئات المادة معا .
- قابلية الطرق والسحب : خاصيتان تعتمدان على تركيب المادة ومرونتها ، الذهب قابل للطرق فيمكن تشكيله على صورة رقائق دقيقة جدا ، النحاس قابل للسحب فيمكن سحبه على شكل أسلاك
