حالات المادة الخمسة وعمليات التحول من مادة الى أخرى.

تدرس الفيزياء والكيمياء طبيعة وخواص المادة والطاقة. المادة هي مكون الكون الرئيسي والتي تشتمل على الذرات والجزيئيات والايونات التي تشكل كل المواد الفيزيائية التي نعرفها. المادة هي اي شيء يمتلك كتلة ويشغل حيز من الفراغ. الطاقة هي القدرة على احداث تغير. فالطاقة لا تستحدث ولا تفنى، انها محفوظة وتتحول من شكل إلى اخر. طاقة الوضع Potential energy هي الطاقة المختزنة في الجسم بسبب موضعه – على سبيل المثال وعاء ماء على حافة جدار تمتلك طاقة وضع. اما طاقة الحركة Kinetic energy فهي الطاقة التي يمتلكها الجسم المتحرك. اي جسم او جسيم في حالة حركة يمتلك طاقة حركة تعتمد على كتله وسرعته. يمكن ان تتحول طاقة الحركة إلى اي شكل من اشكال الطاقة مثل الطاقة الكهربائية electrical energy او الطاقة الحرارية thermal energy. في هذا المقال سوف نتعرف على الحالات الخمسة للمادة وعمليات التحول من حالة إلى اخرى. *حالات المادة الخمسة: هناك خمسة حالات مختلفة للمادة هي المواد الصلبة solids والسائلة liquids والغازية gases والبلازما plasma وتكاثف بوز اينشتين Bose-Einstein condensates. ال...

(٥) تكاثف بوز اينشتين Bose-Einstein condensates تمكنت التقنية المتطورة في العام 1995 العلماء من توليف حالة جديدة للمادة عرفت باسم تكاثف بوز اينشتين Bose-Einstein condensate وتختصر بـ BEC. وذلك باستخدام الليزر والمغناطيس. قام كلا من اريك كورنيل Eric Cornell وكارل وايمان Carl Weiman من تبريد عينة من الراديوم لدرجة حرارة قريبة من الصفر المطلق عند درجة الحرارة المنخفضة جدا تصبح الحركة الجزيئية شبه متوقفة، وحيث انه لاي وجد انتقال للطاقة الحركية من ذرة إلى اخرى، تبدأ الذرات بالتجمع مع بعضها البعض. وعندها لا يكون هناك الألاف من الذرات المنفصلة عن بعضها لبعض بل ذرة فائقة super atom. تستخد حالة تكاثف بوز اينشتين لدراسة ميكانيكا الكم على المستوى الجاهري macroscopic level. يبدو ان الضوء يتباطئ عندما يمر بالقرب من حالة تكاثف بوز اينشتين مما يسمح بدراسة الخاصية المزدوجة للضوء. كما ان حالة تكاثف بوز اينشتين لها العديد من خواص المائع الفائق superfluid الذي يتدفق بدون احتكاك. كما ان هذه الحالة تستخدم كظروف محاكاة للثقوب السوداء black holes.

                                               (٤) البلازما plasma : البلازما هي حالة غير مستقرة للمادة وهي ربما غير شائعة على الارض لكنها تشكل معظم حالات المادة في الكون , وتحتوي البلازما على جسيمات مشحونة وتمتلك طاقة حركية عالية .. الغازات النبيلة مثل الهيليوم والنيون والكربتون والارجون والزينون والرادون تستخدم في الاغلب في اشارات الضوء باستخدام التيار الكهربي لتأيينها وتحويلها إلى حالة البلازما .. "ويمكن اعتبار النجوم عبارة عن كرات ساخنة جدا من البلازما".

(٣) الغازات gases توجد مسافات كبيرة بين جسيمات الغاز كما وانها تمتلك طاقة حركية كبيرة. اذا لم يوجد حدود لجسيمات الغاز فانها سوف تنتشر إلى مالا نهاية اما اذا كانت محصورة فانها سوف تملء كامل الفراغ الذي توجد فيه. عندما يتعرض الغاز إلى ضغط بتقليل حجم الوعاء الذي تحتويه فان الفراغات بين الجسيمات تتناقص، وتزداد التصادمات بينها. اذا كان حجم الوعاء الذي يحتوي الجسيمات ثابتا فان ضغطه سوف يزداد مع زيادة درجة الحرارة. تمتلك جسيمات الغاز طاقة حركية كافية للتغلب على قوى الترابط بين الجسيمات والمسؤولة عن تماسك المواد الصلبة والسائلة ولهذا فان الغاز لا يمتلك حجم او شكل محدد.

(٢) المواد السائلة liquids : في الحالة السائلة تمتلك جسيمات المادة طاقة حركية اعلى بالمقارنة مع الحالة الصلبة. كما ان جسيمات المادة السائلة ليس لها ترتيب منتظم لكنها تبقى متقاربة من بعضها البعض وبالتالي فهي لها حجم محدد ايضا. السوائل مثل المواد الصلبة لا يمكن ضغطها بسهولة. كما ان الجسيمات في السوائل يمكنها ان تتحرك حول بعضها البعض ولهذا فان السوائل ليس لها شكل محدد. تغير السوائل شكلها حسب الوعاء الذي تحتويه. اي قوة تؤثر على السائل تننشر في جميع انحاء السائل ولذلك فان وضع جسم في السائل يجعل جسيماته تنزاح.  مقدار قوة الطفو buoyant force إلى الاعلى تساوي وزن السائل المزاح بواسطة الجسم. عندما تساوي قوة الطفو قوة سحب الجاذبية لكتلة الجسم فان الجسم يطفو. هذا مبدأ الطفو الذي اكتشفه العالم اليوناني ارشميدس Archimedes. تميل جسيمات السائل إلى ان تتماسك بواسطة قوى ربط ضعيفة مما يحد من حركتها بحرية كجسيمات الغاز. قوة الترابط تعمل على سحب الجسيمات نحو بعضها البعض لتشكل قطرة او سريان متصل. مؤخرا في شهر ابريل ٢٠١٦ افاد مجموعة من العلماء عن وجود حالة غريبة للمادة، وهي حالة ت...

(١) المواد الصلبة solids : في  الحالة الصلبة تكون الجسيمات مدكسة بجانب بعضها البعض بحيث يصعب عليها ان تتحرك. تمتلك الجسيمات في الحالة الصلبة طاقة حركية صغيرة جدا. الالكترونات في كل ذرة في حالة حركة اما الذرات فهي تتحرك حركة اهتزازية صغيرة، لكنها في نهاية الامر تكون ثابتة في مواقعها. تمتلك المواد الصلبة شكل محدد وواضع ولا تأخذ شكل الوعاء الذي تحتويه، كما ان لها حجم ثابت. بسبب تكدس جسيمات المادة الصلبة فان تعرضها لضغط خارجي سوف يأثر عليها بدرجة صغيرة جدا. خواص المادة الصلبة  : تتميّز المادة الصلبة بالحجم الثابت، وذلك يعود لترتيب الجسميات المكوّنة لها ضمن الفراغ المحدد الموجودة فيها، فهي جسيمات متراصة مع بعضها، يكاد الفراغ أن يكون معدوماً بينها.  تتحرّك بشكل اهتزازي فقط، ولا تستطيع أن تتجاوز حجم الحيّز الموجودة فيه، بحيث تحدث ذبذبات خفيفة، أو حركات اهتزازية على جانبي موضع سكونها، وهذا يعود للقوى البينيّة في الجسميات الصلبة التي تجعلها ثابتة في مكانها.  توجد الجزئيات بشكل أكثر انتظاماً وترتيباً عمّا تكون عليه المادة السائلة، والغازية. تُصنّف أكثر...