الحالة الإجمالية للمادة

مستوى- مجموعة من الجسيمات الواقعية مترابطة ببعضها بواسطة روابط كيميائية وتحت ظروف معينة في إحدى حالات التجميع. تتكون أي مادة من مجموعة من عدد كبير جدًا من الجسيمات: الذرات والجزيئات والأيونات ، والتي يمكن أن تتحد مع بعضها البعض في شكل روابط ، وتسمى أيضًا التجمعات أو التجمعات. اعتمادًا على درجة حرارة وسلوك الجسيمات في الشركات الزميلة (الترتيب المتبادل للجسيمات ، وعددها وتفاعلها في المنتسب ، وكذلك توزيع الشركاء في الفضاء وتفاعلهم مع بعضهم البعض) ، يمكن أن تكون المادة في حالتين رئيسيتين من التجميع - بلوري (صلب) أو غازي ،وفي حالات التجميع الانتقالية - غير متبلور (صلب) ، بلوري سائل ، سائل وبخار.تتكثف حالات التجميع الصلبة والسائلة والسائلة ، ويتم تفريغها بقوة بخار وغاز.

مرحلة- هذه مجموعة من المناطق الدقيقة المتجانسة ، تتميز بنفس الترتيب والتركيز للجسيمات ومحاطة بحجم مجهري لمادة مقيدة بواجهة. في هذا الفهم ، تكون المرحلة مميزة فقط للمواد الموجودة في الحالة البلورية والغازية ، لأن إنها دول مجمعة متجانسة.

الطورية- هذه مجموعة من المناطق الدقيقة غير المتجانسة التي تختلف عن بعضها البعض في درجة ترتيب الجسيمات أو تركيزها ومحاطة بحجم مجهري لمادة تحده واجهة. في هذا الفهم ، الطور الطوري هو خاصية مميزة فقط للمواد الموجودة في حالات انتقال غير متجانسة من التجميع. يمكن أن تختلط الأطوار والميتافازات المختلفة مع بعضها البعض ، وتشكل حالة تجميع واحدة ، ومن ثم لا توجد واجهة بينهما.

عادة لا تفصل بين مفهوم حالة التجميع "الأساسية" و "الانتقالية". غالبًا ما تستخدم مفاهيم "الحالة الكلية" و "الطور" و "الطور الوسيط" كمرادفات. من المستحسن النظر في خمس حالات مجمعة محتملة لحالة المواد: صلب ، بلوري سائل ، سائل ، بخار ، غازي.يسمى الانتقال من مرحلة إلى مرحلة أخرى بمرحلة انتقالية من الدرجة الأولى والثانية. تتميز تحولات الطور من النوع الأول بما يلي:

تغير مفاجئ في المقادير الفيزيائية التي تصف حالة المادة (الحجم ، الكثافة ، اللزوجة ، إلخ) ؛

درجة حرارة معينة يحدث فيها انتقال طور معين

حرارة معينة تميز هذا الانتقال ، لأن كسر الروابط الجزيئية.

يتم ملاحظة انتقالات الطور من النوع الأول أثناء الانتقال من حالة تجميع إلى حالة تجميع أخرى. تتم ملاحظة انتقالات الطور من النوع الثاني عندما يتغير ترتيب الجسيمات داخل حالة واحدة من التجميع ، وتتميز بما يلي:

تغيير تدريجي في الخصائص الفيزيائية للمادة ؛

التغيير في ترتيب جسيمات مادة ما تحت تأثير تدرج الحقول الخارجية أو عند درجة حرارة معينة ، تسمى درجة حرارة انتقال الطور ؛

حرارة انتقالات الطور من الدرجة الثانية تساوي الصفر وتقترب منه.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين انتقالات الطور بالترتيب الأول والثاني في أنه أثناء التحولات من النوع الأول ، أولاً وقبل كل شيء ، تتغير طاقة جسيمات النظام ، وفي حالة التحولات من النوع الثاني ، يتم ترتيب جسيمات النظام تتغير.

يسمى انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ذوبانوتتميز بنقطة انصهارها. يسمى انتقال المادة من الحالة السائلة إلى حالة البخار تبخروتتميز بنقطة الغليان. بالنسبة لبعض المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير والتفاعل الجزيئي الضعيف ، يكون الانتقال المباشر من الحالة الصلبة إلى حالة البخار ممكنًا ، متجاوزًا الحالة السائلة. يسمى هذا التحول تسامي.يمكن أن تستمر كل هذه العمليات في الاتجاه المعاكس: ثم يتم استدعاؤها التجميد والتكثيف وإزالة الذوبان.

يمكن أن تكون المواد التي لا تتحلل أثناء الذوبان والغليان ، حسب درجة الحرارة والضغط ، في جميع حالات التجمع الأربع.

الحالة الصلبة

في درجات حرارة منخفضة بدرجة كافية ، تكون جميع المواد تقريبًا في الحالة الصلبة. في هذه الحالة ، المسافة بين جسيمات مادة ما يمكن مقارنتها بحجم الجسيمات نفسها ، مما يضمن تفاعلها القوي وزيادة كبيرة في طاقتها الكامنة على الطاقة الحركية. هذا يؤدي إلى ترتيب داخلي في ترتيب الجسيمات. لذلك ، تتميز المواد الصلبة بشكلها الخاص ، وقوتها الميكانيكية ، وحجمها الثابت (فهي عمليا غير قابلة للضغط). اعتمادًا على درجة ترتيب الجسيمات ، يتم تقسيم المواد الصلبة إلى بلوري وغير متبلور.

تتميز المواد البلورية بوجود نظام في ترتيب جميع الجسيمات. تتكون المرحلة الصلبة من المواد البلورية من جزيئات تشكل بنية متجانسة ، تتميز بالتكرار الصارم لنفس الخلية في جميع الاتجاهات. تميز الخلية الأولية للبلورة دورية ثلاثية الأبعاد في ترتيب الجسيمات ، أي لها شعرية الكريستال. تصنف المشابك البلورية حسب نوع الجزيئات التي تتكون منها البلورة وطبيعة القوى الجاذبة بينها.

يمكن أن يكون للعديد من المواد البلورية ، اعتمادًا على الظروف (درجة الحرارة والضغط) ، بنية بلورية مختلفة. هذه الظاهرة تسمى تعدد الأشكال.تعديلات متعددة الأشكال معروفة للكربون: الجرافيت ، الفوليرين ، الماس ، الكاربين.

مواد غير متبلورة (عديمة الشكل).هذه الحالة نموذجية للبوليمرات. تنحني الجزيئات الطويلة بسهولة وتتشابك مع الجزيئات الأخرى ، مما يؤدي إلى عدم انتظام في ترتيب الجزيئات.

الفرق بين الجسيمات غير المتبلورة والجسيمات البلورية:

الخواص - تشابه الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجسم أو الوسط في جميع الاتجاهات ، أي استقلال الخصائص عن الاتجاه ؛

لا توجد نقطة انصهار ثابتة.

الزجاج والكوارتز المنصهر والعديد من البوليمرات لها هيكل غير متبلور. المواد غير المتبلورة أقل استقرارًا من المواد البلورية ، وبالتالي يمكن لأي جسم غير متبلور أن ينتقل في النهاية إلى حالة أكثر استقرارًا من الناحية النشطة - حالة بلورية.

الحالة السائلة

مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد طاقة الاهتزازات الحرارية للجسيمات ، ولكل مادة درجة حرارة ، تبدأ منها طاقة الاهتزازات الحرارية التي تتجاوز طاقة الروابط. يمكن للجسيمات أداء حركات مختلفة ، وتتحول بالنسبة لبعضها البعض. لا يزالون على اتصال ، على الرغم من انتهاك الهيكل الهندسي الصحيح للجسيمات - المادة موجودة في حالة سائلة. نظرًا لحركة الجسيمات ، تتميز الحالة السائلة بالحركة البراونية ، وانتشار الجسيمات وتقلبها. من الخصائص المهمة للسائل اللزوجة ، والتي تميز القوى الترابطية التي تمنع التدفق الحر للسائل.

تحتل السوائل موقعًا وسيطًا بين الحالة الغازية والصلبة للمواد. هيكل أكثر تنظيماً من الغاز ، ولكنه أقل من مادة صلبة.

الدول الغازية والبخارية

عادة لا يتم تمييز حالة البخار الغازي.

غاز - إنه نظام متجانس شديد التخلخل ، يتكون من جزيئات فردية متباعدة عن بعضها البعض ، والتي يمكن اعتبارها مرحلة ديناميكية واحدة.

بخار - هذا نظام غير متجانس مفرغ بشكل كبير ، وهو عبارة عن مزيج من الجزيئات والزميلات الصغيرة غير المستقرة التي تتكون من هذه الجزيئات.

تشرح النظرية الجزيئية الحركية خصائص الغاز المثالي ، بناءً على الأحكام التالية: تقوم الجزيئات بحركة عشوائية مستمرة ؛ حجم جزيئات الغاز لا يكاد يذكر مقارنة بالمسافات بين الجزيئات ؛ لا توجد قوى جذابة أو منفرة بين جزيئات الغاز ؛ متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الغاز يتناسب مع درجة حرارته المطلقة. نظرًا لعدم أهمية قوى التفاعل بين الجزيئات ووجود حجم حر كبير ، تتميز الغازات بـ: سرعة عالية للحركة الحرارية والانتشار الجزيئي ، ورغبة الجزيئات في احتلال أكبر حجم ممكن ، فضلاً عن الانضغاط العالي .

يتميز نظام الطور الغازي المعزول بأربعة معايير: الضغط ودرجة الحرارة والحجم وكمية المادة. يتم وصف العلاقة بين هذه المعلمات من خلال معادلة الحالة للغاز المثالي:

R = 8.31 kJ / mol هو ثابت الغاز العام.

المعرفة الأكثر انتشارًا هي ثلاث حالات للتجمع: سائل ، صلب ، غازي ، أحيانًا يفكرون بالبلازما ، وأحيانًا بلورات سائلة. في الآونة الأخيرة ، انتشرت على الإنترنت قائمة من 17 مرحلة من المادة مأخوذة من () الشهير ستيفن فراي. لذلك سنتحدث عنها بمزيد من التفصيل لأن. يجب على المرء أن يعرف المزيد عن المادة ، حتى لو كان ذلك فقط من أجل فهم العمليات التي تحدث في الكون بشكل أفضل.

قائمة الحالات الكلية للمادة الواردة أدناه تزداد من أبرد الحالات إلى أحرها ، وهكذا. قد يستمر. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون مفهوما أنه من الحالة الغازية (رقم 11) ، الأكثر "توسعا" ، على جانبي القائمة ، درجة ضغط المادة وضغطها (مع بعض التحفظات لمثل هذه الفرضية غير المكتشفة) تنص على زيادة الكم أو الشعاع أو التماثل الضعيف) بعد النص يتم إعطاء رسم بياني مرئي لتحولات طور المادة.

1. الكم- حالة تجمع المادة ، تتحقق عندما تنخفض درجة الحرارة إلى الصفر المطلق ، ونتيجة لذلك تختفي الروابط الداخلية وتتفتت المادة إلى كواركات حرة.

2. مكثفات بوز-آينشتاين- الحالة الكلية للمادة ، والتي تعتمد على البوزونات المبردة إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (أقل من جزء من المليون من الدرجة فوق الصفر المطلق). في مثل هذه الحالة شديدة البرودة ، يجد عدد كبير بما فيه الكفاية من الذرات نفسها في أدنى حالاتها الكمومية الممكنة ، وتبدأ التأثيرات الكمومية في الظهور على المستوى العياني. يحدث تكثيف بوز-آينشتاين (غالبًا ما يُشار إليه باسم "مكثف بوز" أو ببساطة "رجوع") عندما تقوم بتبريد عنصر كيميائي إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (عادةً ما تكون أعلى بقليل من الصفر المطلق ، ناقص 273 درجة مئوية). ، هي درجة الحرارة النظرية حيث يتوقف كل شيء عن الحركة).
هذا هو المكان الذي تبدأ فيه الأشياء الغريبة. العمليات التي يمكن ملاحظتها عادة فقط على المستوى الذري تحدث الآن على نطاقات كبيرة بما يكفي ليتم ملاحظتها بالعين المجردة. على سبيل المثال ، إذا وضعت "ظهرًا" في دورق وقمت بتوفير درجة الحرارة المطلوبة ، ستبدأ المادة في الزحف إلى الحائط وفي النهاية تخرج من تلقاء نفسها.
على ما يبدو ، نحن هنا نتعامل مع محاولة فاشلة للمادة لخفض طاقتها (والتي هي بالفعل في أدنى المستويات الممكنة).
يؤدي إبطاء الذرات باستخدام معدات التبريد إلى إنتاج حالة كمية مفردة تُعرف باسم Bose condensate أو Bose-Einstein. تم التنبؤ بهذه الظاهرة في عام 1925 من قبل أ. أينشتاين ، كنتيجة لتعميم عمل S.Bose ، حيث تم بناء ميكانيكا إحصائية للجسيمات ، بدءًا من الفوتونات عديمة الكتلة إلى الذرات ذات الكتلة (مخطوطة أينشتاين ، التي اعتبرت مفقودة ، تم العثور عليها في مكتبة جامعة ليدن عام 2005). كانت نتيجة جهود Bose و Einstein هي مفهوم Bose للغاز ، والذي يخضع لإحصاءات Bose-Einstein ، والذي يصف التوزيع الإحصائي للجسيمات المتطابقة ذات الدوران الصحيح ، المسمى البوزونات. يمكن أن تكون البوزونات ، على سبيل المثال ، كل من الجسيمات الأولية الفردية - الفوتونات ، والذرات الكاملة ، مع بعضها البعض في نفس الحالات الكمومية. اقترح أينشتاين أن تبريد الذرات - البوزونات إلى درجات حرارة منخفضة جدًا ، من شأنه أن يتسبب في انتقالها (أو بعبارة أخرى ، التكثيف) إلى أدنى حالة كمية ممكنة. ستكون نتيجة هذا التكثيف ظهور شكل جديد من المادة.
يحدث هذا الانتقال تحت درجة الحرارة الحرجة ، وهو غاز ثلاثي الأبعاد متجانس يتكون من جسيمات غير متفاعلة بدون أي درجات داخلية من الحرية.

3. مكثفات الفرميونية- حالة تجمّع مادة ما ، تشبه السند ، لكنها تختلف في التركيب. عند الاقتراب من الصفر المطلق ، تتصرف الذرات بشكل مختلف اعتمادًا على حجم الزخم الزاوي الخاص بها (الدوران). البوزونات لها عدد صحيح يدور ، بينما الفرميونات تدور بمضاعفات 1/2 (1/2 ، 3/2 ، 5/2). تتبع الفرميونات مبدأ استبعاد باولي ، الذي ينص على أن فرميونين لا يمكن أن يكون لهما نفس الحالة الكمومية. بالنسبة للبوزونات ، لا يوجد مثل هذا الحظر ، وبالتالي لديهم فرصة للوجود في حالة كمومية واحدة وبالتالي تكوين ما يسمى بتكثيف بوز-آينشتاين. تكون عملية تكوين هذا المكثف مسؤولة عن الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق.
الإلكترونات لها دوران 1/2 وبالتالي فهي فرميونات. تتحد في أزواج (تسمى أزواج كوبر) ، والتي تشكل بعد ذلك مكثف بوز.
حاول العلماء الأمريكيون الحصول على نوع من الجزيء من ذرات الفرميون عن طريق التبريد العميق. كان الاختلاف عن الجزيئات الحقيقية هو أنه لا توجد رابطة كيميائية بين الذرات - لقد تحركوا معًا بطريقة مترابطة. تبين أن الرابطة بين الذرات أقوى من الرابطة بين الإلكترونات في أزواج كوبر. بالنسبة لأزواج الفرميونات المتكونة ، لم يعد الدوران الكلي مضاعفًا لـ 1/2 ، وبالتالي ، فإنهم يتصرفون بالفعل مثل البوزونات ويمكن أن يشكلوا مكثف بوز بحالة كمومية واحدة. أثناء التجربة ، تم تبريد غاز من ذرة البوتاسيوم 40 إلى 300 نانوكلفن ، بينما كان الغاز محاطًا بما يسمى بالمصيدة الضوئية. ثم تم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي ، كان من الممكن من خلاله تغيير طبيعة التفاعلات بين الذرات - بدلاً من التنافر القوي ، بدأت ملاحظة الانجذاب القوي. عند تحليل تأثير المجال المغناطيسي ، كان من الممكن العثور على مثل هذه القيمة التي تبدأ عندها الذرات في التصرف مثل أزواج كوبر من الإلكترونات. في المرحلة التالية من التجربة ، يقترح العلماء الحصول على تأثيرات الموصلية الفائقة لمكثفات الفرميونات.

4. مادة السوائل الفائقة- حالة لا تحتوي فيها المادة فعليًا على لزوجة ، وعندما تتدفق ، لا تتعرض للاحتكاك مع سطح صلب. ونتيجة لذلك ، على سبيل المثال ، تأثير مثير للاهتمام مثل "الزحف" التلقائي الكامل للهيليوم السائل من الوعاء على طول جدرانه ضد الجاذبية. بالطبع ، لا يوجد انتهاك لقانون الحفاظ على الطاقة هنا. في حالة عدم وجود قوى الاحتكاك ، تعمل قوى الجاذبية فقط على الهيليوم ، وقوى التفاعل بين الذرات بين الهيليوم وجدران الوعاء وبين ذرات الهيليوم. لذا ، فإن قوى التفاعل بين الذرات تتجاوز جميع القوى الأخرى مجتمعة. نتيجة لذلك ، يميل الهيليوم إلى الانتشار قدر الإمكان على جميع الأسطح الممكنة ، وبالتالي "يسافر" على طول جدران الوعاء. في عام 1938 ، أثبت العالم السوفيتي بيوتر كابيتسا أن الهليوم يمكن أن يوجد في حالة السوائل الفائقة.
تجدر الإشارة إلى أن العديد من الخصائص غير العادية للهيليوم معروفة منذ بعض الوقت. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، كان هذا العنصر الكيميائي "يفسدنا" بآثار مثيرة للاهتمام وغير متوقعة. لذلك ، في عام 2004 ، أثار كل من Moses Chan و Eun-Syong Kim من جامعة بنسلفانيا اهتمام العالم العلمي بزعم أنهما نجحا في الحصول على حالة جديدة تمامًا من الهيليوم - مادة صلبة فائقة السيولة. في هذه الحالة ، يمكن لبعض ذرات الهيليوم في الشبكة البلورية أن تتدفق حول الآخرين ، وبالتالي يمكن للهيليوم أن يتدفق من خلال نفسه. تم التنبؤ نظريًا بتأثير "الصلابة الفائقة" في عام 1969. وفي عام 2004 - كما لو كان تأكيدًا تجريبيًا. ومع ذلك ، أظهرت التجارب اللاحقة والغريبة جدًا أن كل شيء ليس بهذه البساطة ، وربما هذا التفسير للظاهرة ، الذي تم أخذه سابقًا بسبب السيولة الفائضة للهيليوم الصلب ، غير صحيح.
كانت تجربة العلماء بقيادة همفري ماريس من جامعة براون بالولايات المتحدة الأمريكية بسيطة وأنيقة. وضع العلماء أنبوب اختبار مقلوبًا في خزان مغلق بهليوم سائل. تم تجميد جزء من الهيليوم في أنبوب الاختبار وفي الخزان بطريقة تجعل الحد الفاصل بين السائل والصلب داخل أنبوب الاختبار أعلى منه في الخزان. بعبارة أخرى ، كان هناك الهيليوم السائل في الجزء العلوي من الأنبوب ، والهيليوم الصلب في الجزء السفلي ، ومر بسلاسة إلى المرحلة الصلبة من الخزان ، حيث تم سكب القليل من الهيليوم السائل - أقل من مستوى السائل في الخزان. أنبوب اختبار. إذا بدأ الهيليوم السائل بالتسرب عبر المادة الصلبة ، فإن فرق المستوى سينخفض ​​، وبعد ذلك يمكننا التحدث عن الهيليوم السائل الفائق. ومن حيث المبدأ ، في ثلاث تجارب من أصل 13 تجربة ، انخفض فرق المستوى بالفعل.

5. سوبرهارد المادة- حالة تجمع تكون فيها المادة شفافة ويمكن أن "تتدفق" مثل السائل ، ولكنها في الحقيقة خالية من اللزوجة. هذه السوائل معروفة منذ سنوات عديدة وتسمى السوائل الفائقة. الحقيقة هي أنه إذا تم تقليب السائل الفائق ، فسوف يدور إلى الأبد تقريبًا ، بينما يهدأ السائل الطبيعي في النهاية. تم إنشاء أول سائلين فائقين بواسطة باحثين باستخدام الهليوم 4 والهيليوم 3. تم تبريدها تقريبًا إلى الصفر المطلق - إلى سالب 273 درجة مئوية. ومن الهليوم -4 ، تمكن العلماء الأمريكيون من الحصول على جسم فائق الصلابة. قاموا بضغط الهيليوم المجمد بالضغط أكثر من 60 مرة ، ثم تم تركيب الزجاج المملوء بالمادة على قرص دوار. عند درجة حرارة 0.175 درجة مئوية ، بدأ القرص فجأة في الدوران بحرية أكبر ، مما يشير ، وفقًا للعلماء ، إلى أن الهيليوم أصبح جسمًا خارقًا.

6. صلب- حالة تجمع المادة ، وتتميز باستقرار شكل وطبيعة الحركة الحرارية للذرات ، والتي تحدث اهتزازات صغيرة حول مواضع التوازن. الحالة المستقرة للمواد الصلبة بلورية. تمييز المواد الصلبة ذات الروابط الأيونية والتساهمية والمعدنية وأنواع أخرى من الروابط بين الذرات ، والتي تحدد تنوع خواصها الفيزيائية. يتم تحديد الخصائص الكهربائية وبعض الخصائص الأخرى للمواد الصلبة بشكل أساسي من خلال طبيعة حركة الإلكترونات الخارجية لذراتها. وفقًا لخصائصها الكهربائية ، تنقسم المواد الصلبة إلى عوازل كهربائية وأشباه موصلات ومعادن ؛ وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، يتم تقسيمها إلى مغناطيسات مغناطيسية ، ومغناطيسات ، وأجسام ذات بنية مغناطيسية مرتبة. لقد اتحدت التحقيقات الخاصة بخصائص المواد الصلبة في مجال كبير - فيزياء الحالة الصلبة ، والتي يتم تحفيز تطويرها من خلال احتياجات التكنولوجيا.

7. صلبة غير متبلورة- حالة تراكمية مكثفة لمادة ، تتميز بتناحي الخواص الفيزيائية بسبب الترتيب المضطرب للذرات والجزيئات. في المواد الصلبة غير المتبلورة ، تهتز الذرات حول نقاط عشوائية. على عكس الحالة البلورية ، يحدث الانتقال من الحالة الصلبة غير المتبلورة إلى الحالة السائلة تدريجيًا. توجد مواد مختلفة في حالة غير متبلورة: زجاج ، راتنجات ، بلاستيك ، إلخ.

8. الكريستال السائل- هذه حالة محددة لتجميع مادة تعرض فيها في نفس الوقت خصائص البلورة والسائل. يجب أن نحجز على الفور أنه لا يمكن أن تكون جميع المواد في حالة الكريستال السائل. ومع ذلك ، يمكن لبعض المواد العضوية ذات الجزيئات المعقدة أن تشكل حالة معينة من التجميع - البلور السائل. تتم هذه الحالة أثناء ذوبان بلورات بعض المواد. عندما تذوب ، تتشكل مرحلة بلورية سائلة تختلف عن السوائل العادية. توجد هذه المرحلة في النطاق من درجة حرارة انصهار البلورة إلى درجة حرارة أعلى ، عند تسخينها تتحول البلورة السائلة إلى سائل عادي.
كيف تختلف البلورة السائلة عن البلورة السائلة والبلورة العادية وكيف تشبهها؟ مثل السائل العادي ، تتمتع البلورة السائلة بالسيولة وتتخذ شكل وعاء توضع فيه. وهو في هذا يختلف عن البلورات المعروفة للجميع. ومع ذلك ، على الرغم من هذه الخاصية ، التي توحدها مع السائل ، إلا أنها تتميز بخاصية البلورات. هذا هو الترتيب في الفضاء للجزيئات التي تشكل البلورة. صحيح أن هذا الترتيب ليس كاملاً كما هو الحال في البلورات العادية ، ولكنه مع ذلك يؤثر بشكل كبير على خصائص البلورات السائلة ، مما يميزها عن السوائل العادية. يتجلى الترتيب المكاني غير المكتمل للجزيئات التي تشكل بلورات سائلة في حقيقة أنه في البلورات السائلة لا يوجد ترتيب كامل في الترتيب المكاني لمراكز جاذبية الجزيئات ، على الرغم من أنه قد يكون هناك ترتيب جزئي. هذا يعني أنه ليس لديهم شبكة بلورية صلبة. لذلك ، فإن البلورات السائلة ، مثل السوائل العادية ، لها خاصية السيولة.
إن الخاصية الإلزامية للبلورات السائلة ، التي تجعلها أقرب إلى البلورات العادية ، هي وجود ترتيب في الاتجاه المكاني للجزيئات. يمكن أن يتجلى مثل هذا الترتيب في الاتجاه ، على سبيل المثال ، في حقيقة أن جميع محاور الجزيئات الطويلة في عينة بلورية سائلة موجهة بنفس الطريقة. يجب أن يكون لهذه الجزيئات شكل ممدود. بالإضافة إلى أبسط ترتيب محدد لمحاور الجزيئات ، يمكن تحقيق ترتيب توجيهي أكثر تعقيدًا للجزيئات في البلورة السائلة.
اعتمادًا على نوع ترتيب المحاور الجزيئية ، تنقسم البلورات السائلة إلى ثلاثة أنواع: nematic و smectic و colesteric.
تجري حاليًا الأبحاث حول فيزياء البلورات السائلة وتطبيقاتها على نطاق واسع في جميع البلدان الأكثر تقدمًا في العالم. يتركز البحث المحلي في كل من مؤسسات البحث الأكاديمية والصناعية وله تقاليد عريقة. تعمل أعمال ف.ك. فريدريكس إلى V.N. تسفيتكوفا. في السنوات الأخيرة ، الدراسة السريعة للبلورات السائلة ، قدم الباحثون الروس أيضًا مساهمة كبيرة في تطوير نظرية البلورات السائلة بشكل عام ، وبصريات البلورات السائلة على وجه الخصوص. لذا ، فإن أعمال I.G. تشيستياكوفا ، أ. كابوستينا ، S.A. برازوفسكي ، إس. بيكينا ، إل. إن Blinov والعديد من الباحثين السوفييت الآخرين معروفون على نطاق واسع للمجتمع العلمي ويعملون كأساس لعدد من التطبيقات التقنية الفعالة للبلورات السائلة.
نشأ وجود البلورات السائلة منذ وقت طويل جدًا ، أي في عام 1888 ، أي قبل قرن تقريبًا. على الرغم من أن العلماء قد واجهوا هذه الحالة قبل عام 1888 ، إلا أنه تم اكتشافها رسميًا في وقت لاحق.
كان عالم النبات النمساوي راينتزر أول من اكتشف البلورات السائلة. من خلال التحقيق في مادة الكوليستريل بنزوات الجديدة التي صنعها ، وجد أنه عند درجة حرارة 145 درجة مئوية ، تذوب بلورات هذه المادة ، وتشكل سائلًا غائمًا ينثر الضوء بشدة. مع استمرار التسخين ، عند الوصول إلى درجة حرارة 179 درجة مئوية ، يصبح السائل واضحًا ، أي أنه يبدأ في التصرف بصريًا مثل سائل عادي ، مثل الماء. أظهر بنزوات الكوليستريل خصائص غير متوقعة في المرحلة العكرة. عند فحص هذه المرحلة تحت مجهر مستقطب ، وجد راينيتسر أن لديها الانكسار. هذا يعني أن معامل انكسار الضوء ، أي سرعة الضوء في هذه المرحلة ، يعتمد على الاستقطاب.

9. سائل- حالة تجمع المادة ، التي تجمع بين خصائص الحالة الصلبة (الحفاظ على الحجم ، قوة شد معينة) والحالة الغازية (تغير الشكل). يتميز السائل بترتيب قصير المدى في ترتيب الجسيمات (جزيئات ، ذرات) وفرق بسيط في الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجزيئات وطاقتها الكامنة للتفاعل. تتكون الحركة الحرارية للجزيئات السائلة من التذبذبات حول مواضع التوازن والقفزات النادرة نسبيًا من موضع توازن إلى آخر ، وهو ما يرتبط بسيولة السائل.

10. السائل فوق الحرج(GFR) هي حالة تجميع مادة ما ، حيث يختفي الفرق بين مرحلتي السائل والغاز. أي مادة عند درجة حرارة وضغط أعلى من النقطة الحرجة هي سائل فوق حرج. خصائص المادة في الحالة فوق الحرجة هي وسيطة بين خصائصها في مراحل الغاز والسائل. وبالتالي ، فإن SCF لديها كثافة عالية ، قريبة من السائل ، ولزوجة منخفضة ، مثل الغازات. معامل الانتشار في هذه الحالة له قيمة وسيطة بين السائل والغاز. يمكن استخدام المواد في الحالة فوق الحرجة كبدائل للمذيبات العضوية في العمليات المختبرية والصناعية. حظي الماء فوق الحرج وثاني أكسيد الكربون فوق الحرج بأكبر قدر من الاهتمام والتوزيع فيما يتعلق بخصائص معينة.
واحدة من أهم خصائص الحالة فوق الحرجة هي القدرة على إذابة المواد. من خلال تغيير درجة حرارة أو ضغط السائل ، يمكن للمرء تغيير خصائصه في نطاق واسع. وبالتالي ، من الممكن الحصول على مائع تكون خصائصه قريبة من سائل أو غاز. وهكذا ، تزداد قوة إذابة المائع مع زيادة الكثافة (عند درجة حرارة ثابتة). نظرًا لأن الكثافة تزداد مع زيادة الضغط ، فإن تغيير الضغط يمكن أن يؤثر على قدرة تذويب السائل (عند درجة حرارة ثابتة). في حالة درجة الحرارة ، يكون الاعتماد على خصائص المائع أكثر تعقيدًا إلى حد ما - عند كثافة ثابتة ، تزداد قوة تذويب المائع أيضًا ، ومع ذلك ، بالقرب من النقطة الحرجة ، يمكن أن تؤدي الزيادة الطفيفة في درجة الحرارة إلى انخفاض حاد في الكثافة ، وبالتالي ، حل السلطة. تختلط السوائل فوق الحرجة مع بعضها البعض إلى أجل غير مسمى ، لذلك عند الوصول إلى النقطة الحرجة للخليط ، سيكون النظام دائمًا أحادي الطور. يمكن حساب درجة الحرارة الحرجة التقريبية لمزيج ثنائي كمتوسط ​​حسابي للمعلمات الحرجة للمواد Tc (mix) = (جزء الخلد من A) x TcA + (جزء الخلد من B) x TcB.

11. غازي- (الغاز الفرنسي ، من الفوضى اليونانية - الفوضى) ، الحالة الكلية للمادة ، حيث الطاقة الحركية للحركة الحرارية لجزيئاتها (الجزيئات ، الذرات ، الأيونات) تتجاوز بشكل كبير الطاقة الكامنة للتفاعلات بينها ، وبالتالي فإن تتحرك الجسيمات بحرية ، وتمتلئ بشكل موحد في حالة عدم وجود حقول خارجية ، والحجم الكامل المقدم لها.

12. البلازما- (مأخوذ من البلازما اليونانية - الشكل ، الشكل) ، حالة المادة ، وهي غاز مؤين ، تكون فيها تركيزات الشحنات الموجبة والسالبة متساوية (شبه حيادية). الغالبية العظمى من المادة في الكون في حالة البلازما: النجوم والسدم المجرية والوسط النجمي. بالقرب من الأرض ، توجد البلازما على شكل الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي والأيونوسفير. يجري فحص البلازما عالية الحرارة (T ~ 106-108 K) من خليط من الديوتيريوم والتريتيوم بهدف تنفيذ اندماج نووي حراري محكوم. تُستخدم البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة (T Ј 105K) في العديد من أجهزة تفريغ الغاز (ليزر الغاز ، وأجهزة الأيونات ، ومولدات MHD ، ومشاعل البلازما ، ومحركات البلازما ، وما إلى ذلك) ، وكذلك في التكنولوجيا (انظر تعدين البلازما ، وحفر البلازما ، تقنية البلازما).

13. المادة المنحلة- هي مرحلة وسيطة بين البلازما والنيوترونيوم. لوحظ في الأقزام البيضاء ويلعب دورًا مهمًا في تطور النجوم. عندما تكون الذرات تحت ظروف درجات حرارة وضغوط شديدة الارتفاع ، فإنها تفقد إلكتروناتها (تدخل في غاز الإلكترون). بمعنى آخر ، هم مؤينون تمامًا (بلازما). يتم تحديد ضغط هذا الغاز (البلازما) بواسطة ضغط الإلكترون. إذا كانت الكثافة عالية جدًا ، فستضطر جميع الجسيمات إلى الاقتراب من بعضها البعض. يمكن أن تكون الإلكترونات في حالات ذات طاقات معينة ، ولا يمكن لإلكترونين أن يكون لهما نفس الطاقة (ما لم تكن تدورهما في الاتجاه المعاكس). وهكذا ، في غاز كثيف ، تتحول جميع مستويات الطاقة المنخفضة إلى أن تمتلئ بالإلكترونات. يسمى هذا الغاز المتدهور. في هذه الحالة ، تُظهر الإلكترونات ضغط إلكترون متدهور يقاوم قوى الجاذبية.

14. النيوترونيوم- حالة التجمع الذي تمر فيه المادة تحت ضغط عالٍ للغاية ، وهو أمر لا يمكن الوصول إليه في المختبر حتى الآن ، ولكنه موجود داخل النجوم النيوترونية. أثناء الانتقال إلى حالة النيوترونات ، تتفاعل إلكترونات المادة مع البروتونات وتتحول إلى نيوترونات. نتيجة لذلك ، تتكون المادة في الحالة النيوترونية بالكامل من النيوترونات ولها كثافة من رتبة النووية. يجب ألا تكون درجة حرارة المادة في هذه الحالة عالية جدًا (في مكافئ الطاقة ، لا تزيد عن مائة ميغا إلكترون فولت).
مع زيادة قوية في درجة الحرارة (مئات من MeV وما فوق) ، في حالة النيوترون ، تبدأ العديد من الميزونات في الولادة والقضاء. مع زيادة أخرى في درجة الحرارة ، يحدث التفكك ، وتنتقل المادة إلى حالة بلازما الكوارك-غلوون. لم يعد يتكون من الهادرونات ، بل يتكون من كواركات وغلوونات ولدت واختفت باستمرار.

15. بلازما كوارك-غلوون(الكروموبلازم) - الحالة الكلية للمادة في فيزياء الطاقة العالية وفيزياء الجسيمات الأولية ، حيث تنتقل مادة hadronic إلى حالة مشابهة للحالة التي تكون فيها الإلكترونات والأيونات في البلازما العادية.
عادة ما تكون المادة في الهادرونات في حالة تسمى الحالة عديمة اللون ("الأبيض"). أي أن الكواركات ذات الألوان المختلفة تعوض بعضها البعض. توجد حالة مماثلة في المادة العادية - عندما تكون جميع الذرات متعادلة كهربائيًا ، أي ،
يتم تعويض الشحنات الموجبة فيها بأخرى سلبية. في درجات الحرارة المرتفعة ، يمكن أن يحدث تأين الذرات ، بينما يتم فصل الشحنات ، وتصبح المادة ، كما يقولون ، "شبه محايدة". وهذا يعني أن سحابة المادة ككل تظل محايدة ، وتتوقف جسيماتها الفردية عن أن تكون محايدة. من المفترض أن نفس الشيء يمكن أن يحدث مع مادة الهادرونيك - عند استخدام طاقات عالية جدًا ، يتم تحرير اللون وجعل المادة "شبه عديمة اللون".
من المفترض أن موضوع الكون كان في حالة بلازما الكوارك-غلوون في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم. يمكن الآن تشكيل بلازما كوارك-غلوون لفترة قصيرة في تصادم جسيمات ذات طاقات عالية جدًا.
تم الحصول على بلازما كوارك غلوون تجريبياً في معجل RHIC في مختبر Brookhaven الوطني في 2005. تم الحصول على درجة حرارة البلازما القصوى البالغة 4 تريليون درجة مئوية هناك في فبراير 2010.

16. مادة غريبة- حالة التجميع ، حيث يتم ضغط المادة إلى القيم الحدية للكثافة ، يمكن أن توجد في شكل "حساء الكوارك". يمكن أن يزن سنتيمتر مكعب من المادة في هذه الحالة بلايين الأطنان ؛ إلى جانب ذلك ، فإنه يحول أي مادة طبيعية تتلامس معها إلى نفس الشكل "الغريب" مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة.
الطاقة التي يمكن إطلاقها أثناء تحول جوهر النجم إلى "مادة غريبة" ستؤدي إلى انفجار فائق القوة لـ "كوارك نوفا" - ووفقًا لـ ليهي ووايد ، كانت هذه الطاقة على وجه التحديد هذا الانفجار الذي لاحظه علماء الفلك في سبتمبر 2006.
بدأت عملية تكوين هذه المادة مع مستعر أعظم عادي ، تحول إليه نجم ضخم. نتيجة للانفجار الأول تشكل نجم نيوتروني. ولكن ، وفقًا لـ ليهي وويد ، لم يدم طويلًا - حيث بدا أن دورانه قد تباطأ بسبب مجاله المغناطيسي الخاص ، فقد بدأ في الانكماش أكثر ، مع تكوين جلطة من "الأشياء الغريبة" ، مما أدى إلى أقوى من انفجار مستعر أعظم عادي ، إطلاق الطاقة - والطبقات الخارجية لمادة النجم النيوتروني السابق ، تطير في الفضاء المحيط بسرعة تقترب من سرعة الضوء.

17. مسألة متناظرة بقوة- هذه مادة مضغوطة لدرجة أن الجزيئات الدقيقة الموجودة بداخلها توضع فوق بعضها البعض ، وينهار الجسم نفسه في ثقب أسود. يتم شرح مصطلح "التناظر" على النحو التالي: لنأخذ الحالات الكلية للمادة المعروفة للجميع من مقاعد المدرسة - صلبة ، سائلة ، غازية. من أجل التحديد ، ضع في اعتبارك أن البلورة اللانهائية المثالية هي مادة صلبة. لها تناسق معين يسمى التناظر المنفصل فيما يتعلق بالترجمة. هذا يعني أنه إذا تم إزاحة الشبكة البلورية بمسافة مساوية للفاصل الزمني بين ذرتين ، فلن يتغير شيء فيها - ستتوافق البلورة مع نفسها. إذا ذابت البلورة ، فسيكون تناسق السائل الناتج مختلفًا: سيزداد. في البلورة ، كانت النقاط التي كانت بعيدة عن بعضها البعض على مسافات معينة فقط ، ما يسمى بالعقد الشبكية البلورية ، حيث توجد ذرات متطابقة ، متكافئة.
السائل متجانس في جميع أنحاء حجمه ، ولا يمكن تمييز جميع نقاطه عن بعضها البعض. هذا يعني أنه يمكن إزاحة السوائل بأي مسافات عشوائية (وليس فقط بعض المسافات المنفصلة ، كما هو الحال في البلورة) أو تدويرها بواسطة أي زوايا عشوائية (وهو ما لا يمكن القيام به في البلورات على الإطلاق) وسوف تتزامن مع نفسها. درجة التناظر أعلى. الغاز أكثر تناسقًا: يحتل السائل حجمًا معينًا في الوعاء ويوجد عدم تناسق داخل الوعاء ، حيث يوجد سائل ، ونقاط لا يوجد فيها. من ناحية أخرى ، يحتل الغاز الحجم الكامل المقدم له ، وبهذا المعنى لا يمكن تمييز جميع نقاطه عن بعضها البعض. ومع ذلك ، سيكون من الأصح التحدث هنا ليس عن النقاط ، ولكن عن العناصر الصغيرة ، ولكن العيانية ، لأنه لا تزال هناك اختلافات على المستوى المجهري. في بعض الأوقات توجد ذرات أو جزيئات ، بينما لا توجد ذرات أو جزيئات أخرى. يُلاحظ التماثل فقط في المتوسط ​​، إما في بعض معلمات الحجم العيانية ، أو في الوقت المناسب.
لكن لا يوجد حتى الآن تناظر فوري على المستوى المجهري. إذا تم ضغط المادة بقوة شديدة ، إلى ضغوط غير مقبولة في الحياة اليومية ، مضغوطة حتى تتسحق الذرات ، وتخترق أصدافها بعضها البعض ، وبدأت النوى تتلامس ، ينشأ التناظر على المستوى المجهري. جميع النوى متشابهة ومضغوطة ضد بعضها البعض ، ليس هناك فقط مسافات بين الذرات ، ولكن أيضًا مسافات داخلية ، وتصبح المادة متجانسة (مادة غريبة).
ولكن هناك أيضًا مستوى تحت المجهر. تتكون النوى من البروتونات والنيوترونات التي تتحرك داخل النواة. هناك أيضا بعض المسافة بينهما. إذا واصلت الضغط حتى يتم سحق النوى أيضًا ، فسوف تضغط النيوكليونات بشدة على بعضها البعض. بعد ذلك ، على المستوى دون المجهري ، سيظهر التناظر ، وهو ليس حتى داخل النوى العادية.
مما قيل ، يمكن للمرء أن يرى اتجاهًا محددًا تمامًا: كلما ارتفعت درجة الحرارة وارتفاع الضغط ، أصبحت المادة أكثر تناسقًا. بناءً على هذه الاعتبارات ، فإن المادة المضغوطة إلى أقصى حد تسمى متناظرة بشدة.

18. مسألة متناظرة ضعيف- حالة معاكسة للمادة شديدة التناظر في خصائصها ، والتي كانت موجودة في بدايات الكون عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة بلانك ، ربما بعد 10-12 ثانية من الانفجار العظيم ، عندما كانت القوى القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية قوة خارقة واحدة . في هذه الحالة ، يتم ضغط المادة إلى الحد الذي يتم فيه تحويل كتلتها إلى طاقة ، والتي تبدأ في التضخم ، أي التمدد إلى أجل غير مسمى. ليس من الممكن حتى الآن تحقيق الطاقات للإنتاج التجريبي للقوة العظمى ونقل المادة إلى هذه المرحلة في ظل الظروف الأرضية ، على الرغم من أن مثل هذه المحاولات جرت في مصادم الهادرونات الكبير لدراسة الكون المبكر. نظرًا لغياب تفاعل الجاذبية في تكوين القوة الخارقة التي تشكل هذه المادة ، فإن القوة الخارقة ليست متماثلة بشكل كافٍ بالمقارنة مع القوة الفائقة التناسق ، والتي تحتوي على جميع أنواع التفاعلات الأربعة. لذلك ، تلقت حالة التجميع هذه مثل هذا الاسم.

19. مادة الإشعاع- هذه ، في الواقع ، لم تعد مادة ، ولكن الطاقة في أنقى صورها. ومع ذلك ، فإن هذه الحالة الافتراضية للتجمع هي التي سيأخذها الجسم الذي وصل إلى سرعة الضوء. يمكن الحصول عليه أيضًا عن طريق تسخين الجسم إلى درجة حرارة بلانك (1032 كلفن) ، أي عن طريق تشتيت جزيئات المادة إلى سرعة الضوء. على النحو التالي من نظرية النسبية ، عندما تصل السرعة إلى أكثر من 0.99 ثانية ، تبدأ كتلة الجسم في النمو بشكل أسرع بكثير من التسارع "الطبيعي" ، بالإضافة إلى أن الجسم يطول ، ويدفأ ، أي أنه يبدأ في تشع في طيف الأشعة تحت الحمراء. عند عبور عتبة 0.999 ثانية ، يتغير الجسم بشكل كبير ويبدأ في انتقال الطور السريع إلى حالة الحزمة. على النحو التالي من صيغة أينشتاين ، المأخوذة بالكامل ، تتكون الكتلة المتزايدة للمادة النهائية من كتل مفصولة عن الجسم على شكل إشعاع حراري وأشعة سينية وبصرية وغيرها ، طاقة كل منها هي وصفها المصطلح التالي في الصيغة. وهكذا ، فإن الجسم الذي يقترب من سرعة الضوء سيبدأ بالإشعاع في جميع الأطياف ، وينمو في الطول ويتباطأ بمرور الوقت ، ويخف إلى طول بلانك ، أي عند الوصول إلى السرعة c ، سيتحول الجسم إلى جسم نحيف وطويل بلا حدود. يتحرك الشعاع بسرعة الضوء ويتكون من فوتونات ليس لها طول ، وستتحول كتلته اللانهائية تمامًا إلى طاقة. لذلك ، تسمى هذه المادة بالإشعاع.

أهداف الدرس:

• لتعميق وتعميم المعرفة حول الحالات الكلية للمادة ، لدراسة ما يمكن أن تكون عليه المواد.

أهداف الدرس:

التدريس - لصياغة فكرة عن خصائص المواد الصلبة والغازات والسوائل.

التطوير - تنمية مهارات التخاطب لدى الطلاب وتحليلها واستنتاجات حول المادة التي تمت دراستها ودراستها.

تعليمي - غرس العمل العقلي ، وخلق كل الظروف لزيادة الاهتمام بالموضوع المدروس.

الشروط الأساسية:

حالة التجميع- هذه حالة من المادة التي تتميز بخصائص نوعية معينة: - القدرة أو عدم القدرة على الحفاظ على الشكل والحجم ؛ - وجود أو عدم وجود نظام قصير المدى وطويل المدى ؛ - الآخرين.

الشكل 6. الحالة الإجمالية لمادة مع تغير في درجة الحرارة.

عندما تنتقل مادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة ، فإن هذا يسمى بالذوبان ، والعملية العكسية هي التبلور. عندما تنتقل مادة ما من سائل إلى غاز ، فإن هذه العملية تسمى التبخير ، إلى سائل من الغاز - التكثيف. والانتقال فورًا إلى غاز من مادة صلبة ، متجاوزًا السائل - عن طريق التسامي ، العملية العكسية - عن طريق إزالة الذوبان.

1. التبلور. 2. ذوبان. 3. التكثيف. 4. التبخير.

5. التسامي. 6. إزالة الذوبان.

نلاحظ باستمرار هذه الأمثلة على التحولات في الحياة اليومية. عندما يذوب الجليد ، يتحول إلى ماء ، ويتبخر الماء بدوره ليشكل بخارًا. إذا نظرنا في الاتجاه المعاكس ، يبدأ البخار المتكثف في العودة إلى الماء ، والماء ، بدوره ، يتجمد ، يصبح جليدًا. رائحة أي جسم صلب هي التسامي. تهرب بعض الجزيئات من الجسم ، ويتكون الغاز مما يعطي الرائحة. مثال على العملية العكسية هو الأنماط على الزجاج في الشتاء ، عندما يستقر البخار في الهواء ، عند التجميد ، على الزجاج.

يُظهر الفيديو التغيير في الحالات الإجمالية للمادة.

كتلة التحكم.

1. بعد التجميد ، تحول الماء إلى جليد. هل تغيرت جزيئات الماء؟

2. استخدم الأثير الطبي في الداخل. وبسبب هذا ، عادة ما تكون رائحتهم قوية هناك. ما هي حالة الاثير؟

3. ماذا يحدث لشكل السائل؟

4. الجليد. ما هي حالة الماء؟

5. ماذا يحدث عندما يتجمد الماء؟

الواجب المنزلي.

أجب على الأسئلة:

1. هل يمكن ملء نصف حجم الوعاء بالغاز؟ لماذا ا؟

2. هل يمكن أن يكون النيتروجين والأكسجين في حالة سائلة في درجة حرارة الغرفة؟

3. هل يمكن أن يكون هناك في درجة حرارة الغرفة في حالة غازية: الحديد والزئبق؟

4. في يوم شتاء بارد ، تشكل ضباب فوق النهر. ما هي حالة المادة؟

نعتقد أن المادة لها ثلاث حالات تجميع. في الواقع ، هناك ما لا يقل عن خمسة عشر دولة ، بينما تستمر قائمة هذه الدول في النمو كل يوم. هذه هي: صلبة غير متبلورة ، صلبة ، نيوترونيوم ، بلازما كوارك-غلوون ، مادة متماثلة بقوة ، مادة متناظرة بشكل ضعيف ، مكثف فرميون ، مكثف بوز-آينشتاين ، مادة غريبة.

مقدمة

1. الحالة الإجمالية للمادة - الغاز

2. الحالة الكلية للمادة - سائل

3. الحالة الكلية للمادة - صلبة

4. الحالة الرابعة للمادة هي البلازما

استنتاج

قائمة الأدب المستخدم

مقدمة

كما تعلم ، يمكن أن تكون العديد من المواد في الطبيعة في ثلاث حالات: صلبة وسائلة وغازية.

يكون تفاعل جسيمات المادة في الحالة الصلبة أكثر وضوحًا. المسافة بين الجزيئات تقريبًا مساوية لأحجامها. يؤدي هذا إلى تفاعل قوي بما فيه الكفاية ، مما يحرم الجسيمات عمليًا من فرصة التحرك: فهي تتأرجح حول وضع توازن معين. يحتفظون بشكلهم وحجمهم.

يتم شرح خصائص السوائل أيضًا من خلال هيكلها. تتفاعل جزيئات المادة في السوائل بشكل أقل كثافة من تفاعلها في المواد الصلبة ، وبالتالي يمكنها تغيير موقعها بسرعة فائقة - لا تحتفظ السوائل بشكلها - فهي سائلة.

الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات بشكل مستقل عن بعضها البعض. الغازات ليس لها شكلها الخاص ، فهي تشغل الحجم الكامل المقدم لها ويمكن ضغطها بسهولة.

هناك حالة أخرى من المادة - البلازما.

الغرض من هذا العمل هو النظر في حالات المادة الإجمالية الحالية ، لتحديد جميع مزاياها وعيوبها.

للقيام بذلك ، من الضروري إجراء الحالات الإجمالية التالية ومراعاتها:

2. السوائل

3. المواد الصلبة

3. الحالة الكلية للمادة - صلبة

صلب،إحدى الحالات الأربع لتجميع المادة ، والتي تختلف عن حالات التجميع الأخرى (السوائل والغازات والبلازما) استقرار شكل وطبيعة الحركة الحرارية للذرات التي تحدث اهتزازات صغيرة حول مواضع التوازن. إلى جانب الحالة البلورية لـ T. t. ، هناك حالة غير متبلورة ، بما في ذلك الحالة الزجاجية. تتميز البلورات بترتيب بعيد المدى في ترتيب الذرات. لا يوجد ترتيب بعيد المدى في الأجسام غير المتبلورة.

كل مادة يمكن أن توجد في واحد من أربعة أشكال. كل واحد منهم هو حالة إجمالية معينة للمادة. في طبيعة الأرض ، يتم تمثيل واحد فقط في ثلاثة منهم في وقت واحد. هذا ماء. من السهل رؤيتها وهي تتبخر وذابت وتتصلب. هذا هو البخار والماء والجليد. لقد تعلم العلماء كيفية تغيير الحالات الكلية للمادة. أكبر صعوبة بالنسبة لهم هي البلازما فقط. هذه الحالة تتطلب شروطا خاصة.

ما هو وما الذي يعتمد عليه وكيف يتسم؟

إذا كان الجسم قد انتقل إلى حالة إجمالية أخرى للمادة ، فهذا لا يعني أن شيئًا آخر قد ظهر. تبقى المادة كما هي. إذا كان السائل يحتوي على جزيئات ماء ، فسيكون نفسه في البخار مع الثلج. سيتغير فقط موقعهم وسرعة حركتهم وقوى التفاعل مع بعضهم البعض.

عند دراسة موضوع "الحالات الإجمالية (الصف الثامن)" ، يتم أخذ ثلاثة منها فقط في الاعتبار. هذه السوائل والغازية والصلبة. تعتمد مظاهرها على الظروف المادية للبيئة. يتم عرض خصائص هذه الدول في الجدول.

اسم الدولة الإجمالي	صلب	سائل	غاز
خصائصه	يحافظ على شكله مع الحجم	له حجم ثابت ، يأخذ شكل إناء	ليس له حجم وشكل ثابت
ترتيب الجزيئات	عند عقد الشبكة البلورية	غير منظم	فوضوية
المسافة بينهما	يضاهي حجم الجزيئات	يساوي تقريبًا حجم الجزيئات	أكبر بكثير من حجمها.
كيف تتحرك الجزيئات	تتأرجح حول نقطة شعرية	لا تتحرك من نقطة التوازن ، ولكن في بعض الأحيان قم بقفزات كبيرة	غير منتظم مع الاصطدامات العرضية
كيف يتفاعلون	ينجذب بقوة	تنجذب بقوة لبعضها البعض	لا تنجذب ، تتجلى قوى التنافر أثناء التأثيرات

الحالة الأولى: صلبة

اختلافها الأساسي عن الآخرين هو أن الجزيئات لها مكان محدد بدقة. عندما نتحدث عن حالة تجميع صلبة ، فإنها تعني في أغلب الأحيان بلورات. في نفوسهم ، يكون الهيكل الشبكي متماثلًا ودوريًا بشكل صارم. لذلك ، يتم الحفاظ عليها دائمًا ، بغض النظر عن مدى انتشار الجسم. لا تكفي الحركة التذبذبية لجزيئات المادة لتدمير هذه الشبكة.

لكن هناك أيضًا أجسامًا غير متبلورة. يفتقرون إلى بنية صارمة في ترتيب الذرات. يمكن أن يكونوا في أي مكان. لكن هذا المكان مستقر كما هو الحال في الجسم البلوري. الفرق بين المواد غير المتبلورة والمواد البلورية هو أنها لا تحتوي على درجة حرارة انصهار (تصلب) محددة وتتميز بالسيولة. ومن الأمثلة الحية لهذه المواد الزجاج والبلاستيك.

الحالة الثانية: سائل

هذه الحالة الكلية للمادة عبارة عن تقاطع بين مادة صلبة وغازية. لذلك ، فهو يجمع بين بعض الخصائص من الأول والثاني. لذا ، فإن المسافة بين الجسيمات وتفاعلها تشبه ما كان عليه الحال مع البلورات. ولكن هنا الموقع والحركة أقرب إلى الغاز. لذلك ، لا يحتفظ السائل بشكله ، ولكنه ينتشر فوق الوعاء الذي يُسكب فيه.

الحالة الثالثة: الغاز

بالنسبة لعلم يسمى "الفيزياء" ، فإن حالة التجمع على شكل غاز ليست في المكانة الأخيرة. بعد كل شيء ، تدرس العالم من حولها ، والهواء فيه شائع جدًا.

ميزات هذه الحالة هي أن قوى التفاعل بين الجزيئات غائبة عمليا. هذا ما يفسر حرية حركتهم. بسبب المادة الغازية تملأ الحجم الكامل المقدم لها. علاوة على ذلك ، يمكن نقل كل شيء إلى هذه الحالة ، ما عليك سوى زيادة درجة الحرارة بالمقدار المطلوب.

الحالة الرابعة: البلازما

هذه الحالة الكلية للمادة عبارة عن غاز مؤين كليًا أو جزئيًا. هذا يعني أن عدد الجسيمات المشحونة سالبة وإيجابية فيه هو نفسه تقريبًا. يحدث هذا الموقف عند تسخين الغاز. ثم هناك تسارع حاد في عملية التأين الحراري. يكمن في حقيقة أن الجزيئات تنقسم إلى ذرات. ثم يتحول الأخير إلى أيونات.

هذه الحالة شائعة جدًا في الكون. لأنه يحتوي على كل النجوم والوسط فيما بينها. داخل حدود سطح الأرض ، نادرًا ما يحدث. بصرف النظر عن الأيونوسفير والرياح الشمسية ، فإن البلازما ممكنة فقط أثناء العواصف الرعدية. في ومضات البرق ، تنشأ الظروف التي تنتقل فيها غازات الغلاف الجوي إلى الحالة الرابعة للمادة.

لكن هذا لا يعني أنه لم يتم تكوين البلازما في المختبر. أول شيء يمكن إعادة إنتاجه هو تفريغ الغاز. تملأ البلازما الآن مصابيح الفلورسنت وعلامات النيون.

كيف يتم الانتقال بين الدول؟

للقيام بذلك ، تحتاج إلى تهيئة ظروف معينة: ضغط ثابت ودرجة حرارة معينة. في هذه الحالة ، يكون التغيير في الحالات الكلية للمادة مصحوبًا بإطلاق أو امتصاص الطاقة. علاوة على ذلك ، لا يحدث هذا الانتقال بسرعة البرق ، ولكنه يتطلب قدرًا معينًا من الوقت. خلال هذا الوقت ، يجب أن تظل الظروف دون تغيير. يحدث الانتقال مع الوجود المتزامن للمادة في شكلين يحافظان على التوازن الحراري.

يمكن للحالات الثلاث الأولى للمادة أن تنتقل من بعضها إلى أخرى. هناك عمليات مباشرة وعكسية. لديهم الأسماء التالية:

• ذوبان(من صلب إلى سائل) و بلورة، على سبيل المثال ، ذوبان الجليد وتصلب الماء ؛
• تبخير(من السائل إلى الغازي) و تركيزومن الأمثلة على ذلك تبخر الماء وإنتاجه من البخار ؛
• تسامي(من صلب إلى غازي) و إزالة الذوبان، على سبيل المثال ، تبخر العطر الجاف لأولهم وأنماط فاترة على الزجاج للمرة الثانية.

فيزياء الذوبان والتبلور

إذا تم تسخين جسم صلب ، فعندئذٍ عند درجة حرارة معينة تسمى نقطة الانصهارسيبدأ مادة معينة ، تغيير في حالة التجميع ، والتي تسمى الذوبان. تذهب هذه العملية مع امتصاص الطاقة ، وهو ما يسمى كمية الحرارةويتم تمييزه بالحرف س. لحساب ذلك ، عليك أن تعرف حرارة محددة للانصهارالذي يشار إليه λ . وتبدو الصيغة كما يلي:

س = λ * م، حيث m هي كتلة المادة المشاركة في الذوبان.

في حالة حدوث العملية العكسية ، أي تبلور السائل ، تتكرر الشروط. الاختلاف الوحيد هو أن الطاقة يتم إطلاقها ، وتظهر علامة الطرح في الصيغة.

فيزياء التبخير والتكثيف

مع استمرار تسخين المادة ، ستقترب تدريجياً من درجة الحرارة التي سيبدأ عندها التبخر المكثف. هذه العملية تسمى التبخير. يتميز مرة أخرى بامتصاص الطاقة. فقط لحسابها ، عليك أن تعرف الحرارة النوعية للتبخر ص. وستكون الصيغة:

س = ص * م.

تحدث العملية العكسية أو التكثيف مع إطلاق نفس كمية الحرارة. لذلك ، يظهر ناقص في الصيغة مرة أخرى.