تتحرك جزيئات المادة الصلبة وتهتز باستمرار
إن القول بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار بحركة اهتزازية هي بيان خاطئ لأن جسيمات المادة الصلبة تكاد تكون ثابتة على عكس جزيئات السائل والغاز لأنهم يعلمون أن المواد يمكن أن تتغير من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. وهذا يحدث ، على سبيل المثال عندما يذوب الثلج ويتحول إلى ماء إذا ارتفعت درجة الحرارة ، يمكن أن يحدث العكس عندما تنخفض درجة الحرارة.
وهكذا فإن جزيئات المادة الصلبة لا تتحرك إلا في وجود عوامل خارجية تؤثر عليها ، وهذه الحركة محدودة ومحدودة حسب عدة أمور.
أنواع المواد الصلبة
فيما يتعلق بالحديث عن جسيمات المادة الصلبة التي تتحرك باستمرار بحركة اهتزازية ، نذكر أنواع المواد الصلبة في الفقرات التالية:
1- المواد الأيونية
تتشكل بسبب التجاذب الكهروستاتيكي الذي يشكل الأيونات والكاتيونات في الشبكة البلورية ، وفي البلورة الأيونية يكون كل أيون محاطًا بأيونات لها شحنة معاكسة.
البلورات الأيونية مستقرة للغاية لأنها تتطلب الكثير من الطاقة لكسر الروابط الأيونية.
2- المواد المعدنية
ترتبط النوى الموجبة الشحنة لذرات المعادن ببعضها البعض بواسطة إلكترونات التكافؤ لتشكيل مواد صلبة معدنية.
الإلكترونات غير معرَّفة لأنها غير مرتبطة بأي ذرات محددة وتوجد أيضًا في الروابط التساهمية ويمكن للإلكترونات غير المعرفة أن تتحرك عبر مادة صلبة وهذا هو نموذج البحر الإلكتروني للمواد الصلبة حيث تحدث النواة الموجبة. تطفو في بحر من الإلكترونات السالبة.
تشتهر المعادن بموصلية كهربائية وحرارية عالية ، وفي معظم الأحيان تكون هذه المعادن لامعة وصلبة وقابلة للدكتايل ومن الأمثلة على هذه المعادن الصلبة: الذهب والفولاذ والنحاس الأصفر.
3- شبكة المواد الذرية
يُعرف هذا النوع من المواد الصلبة بالشبكة الصلبة ، وهي عبارة عن بلورات ضخمة تتكون من ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية.
هناك العديد من الأحجار الكريمة التي تكون صلبة ذات شبكة ذرية ، بما في ذلك: الجمشت والياقوت والماس.
4- المواد الذرية
تتشكل المواد عندما تتحد قوى تشتت لندن الضعيفة مع ذرات الغاز النبيل البارد ، ولا تظهر أمثلة على هذه المواد الصلبة الذرية في حياتنا اليومية لأنها تحتاج إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، ومن الأمثلة على هذه المواد الذرية: الأرجون الصلب والكريبتون الصلب.
5- المواد الجزيئية
تتكون الجزيئات التساهمية المتماسكة معًا من القوى الموجودة بين جزيئات المواد الصلبة الجزيئية ، على الرغم من أن القوى الموجودة بين الجزيئات قوية بما يكفي لتثبيت الجزيئات في مكانها.
في بعض الأحيان ، يكون لهذه الجزيئات نقطة انصهار أقل من المواد الأيونية أو الشبكية أو الذرية لأنها مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط قوية ، مثل جليد الماء.
6- المواد غير المتبلورة
وهي من المواد الصلبة التي لا تتوزع فيها الذرات بشكل موحد ، لأنها تتوزع عشوائياً وعلى مسافات غير متساوية ، لأنها تحتاج إلى بنية داخلية منظمة ، وتتوزع الذرات فيها دون اتباع أي من الأنظمة البلورية ، حيث تتشكل المواد الصلبة غير المتبلورة بواسطة جزيئات طويلة تصبح مطاطية وناعمة ، وتتشابك وتترابط هذه الجزيئات معًا بواسطة قوى بين الجزيئات.
خصائص المواد الصلبة
في ضوء التعرف على صحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة في حركة اهتزازية مستمرة ، نوضح أن المادة الصلبة تُعرّف بأنها إحدى حالات المادة الثلاث والحالتين الأخريين هما سوائل أو غازات ويتم تعريفهما بواسطة حجم وشكل معينين ، وتختلف الأجسام عن بعضها البعض في العديد من الخصائص التي سنتناولها في الفقرات التالية:
1- كثافة عالية
يتم تعريفها على أنها الكتلة الموجودة في حجم معين ، وتعتمد تلك الكثافة في مادة صلبة على التركيب والهيكل الفريدين لها ، المواد الصلبة لها كثافة عالية جدًا لأنها تحتوي على جزيئات مرتبطة موضوعة بالقرب من بعضها البعض.
تختلف المواد الصلبة عن السوائل والغازات لأنها أقل كثافة بسبب تباعد المسافات بين جزيئات المواد ، وبالتالي فإن المواد الصلبة لها خصائص فريدة بالنسبة لها.
مثال على هذه المواد عالية الكثافة هو الذهب ، الذي تبلغ كثافته 19.3 جم / سم 3.
2- الشكل والحجم المحدد
تتميز المواد الصلبة بأخذ حجم وشكل معينين لأن الجسيمات التي تتكون منها هذه المواد تحتل موقعًا ثابتًا ، مما يوحي بأنها غير متحركة لتوليد طاقة حركية بين هذه الجسيمات ، ويمكن وصف المواد الصلبة بأنها هشة. ، لينة أو صلبة ، وهذا يعتمد على أيوناتهم.
يختلف تكوين المواد الصلبة عن تركيبة الغازات والسوائل ، مما يسمح لهذه المواد أن يكون لها حجم وشكل ثابتان.
3- انضغاطية محدودة
فيما يتعلق بالتعرف على صحة جسيمات حركة اهتزاز صلبة تتحرك باستمرار ، تُعرف هذه الخاصية باسم “مقاومة التشوه” وتعني أن المواد الصلبة التي لها حجم وشكل معين تستجيب بصعوبة لقوة خارجية يتم الضغط عليها عليها ، حيث يمكن لأبي أن تغير شكلها أو تعمل على ضغطها إلى شكل معين ، ويرجع ذلك إلى الخواص الميكانيكية للمواد الصلبة التي تختلف عن الغازات ، والتي تظهر في النقاط التالية:
- المرونة: تشير إلى قدرة الجسم على استعادة حجمه وشكله الأصلي بعد إزالة قوة خارجية.
- ليونة: تظهر في مواد مرنة وقابلة للطرق على شكل صفائح وأسلاك.
- اللدونة: تشير إلى تغير شكل المواد الصلبة عند تعرضها لقوة ضغط معينة دون الرجوع إلى شكلها الأصلي ، ومثال على ذلك البلاستيك.
4- قابلية التوسع المحدودة
تشير هذه الخاصية إلى قدرة جزيئات المادة الصلبة على الاندماج والاختلاط مع جزيئات مادة أخرى ، وإذا انتشرت هذه الجزيئات ، فإنها تستمر في الاختلاط والتوزيع حتى يتم الحصول على خليط واحد.
ومع ذلك ، فإن انتشار المواد الصلبة منخفض بسبب قرب الذرات الموجودة فيها ، ويعرف أيضًا بالحركة الضعيفة التي تجعل المواد الصلبة تحافظ على شكلها.
يتأثر الانتشار في المواد الصعبة بشكل مباشر بالتغيرات في درجات الحرارة لأن الانتشار مع الصقر يزيد من درجات حرارة المواد والعكس صحيح ، ولكن في حالة المواد السائلة يكون الانتشار بطيئًا ولكنه أسرع من المواد الصلبة.
5- قوى التصاق عالية
تحتوي المواد الصلبة على روابط كبيرة بين جزيئاتها ، وتشمل هذه المواد الجزيئات والذرات والأيونات ذات الترتيب المتفاوت والمسافة بينها ، ومن ثم ظهور المواد الصلبة.
تتميز المواد الصلبة بالارتباط القوي لجزيئاتها ببعضها البعض وأحيانًا ، على عكس السوائل والغازات ، فإنها تترابط معًا بشكل مثالي ، وقد تهتز المواد الصلبة قليلاً في بعض الأحيان ، لكنها لا تتحرك خارج مكانها مثل المواد الأخرى.
تشير هذه الخاصية إلى عدم قابلية انضغاط المواد الصلبة وصعوبة إذابتها ، لأن الذوبان يعتمد على انحلال الروابط الموجودة بين جزيئات المادة وبالتالي اندماجها مع العنصر المذاب.
6- نقاط انصهار عالية
تحتاج المواد الصلبة إلى درجات حرارة عالية لتذوب وتذوب بسبب الكثافة العالية لهذه المواد على عكس الغازات والسوائل. تختلف نقطة الغليان عن نقطة الانصهار ، فمثلاً كلوريد الصوديوم ، الذي يحتوي على روابط أيونية قوية ، يمكن أن يذوب عند 801 درجة لكنه يغلي عند 14-13.
وهذا ما يميزهم عن السوائل والغازات التي يمكن أن تذوب في درجة حرارة الغرفة وتحت درجة حرارة الغرفة ، ويتم التأكيد على أن المواد التي تحتاج إلى درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة لكسر روابطها تلتصق ببعضها البعض بإحكام وتترابط معًا ؛ إنها مواد صلبة بسبب الذرات المترابطة القريبة من بعضها البعض.
الأشكال الصلبة
في ضوء تقديم صحة القول بأن جسيمات المادة الصلبة في حركة اهتزازية ثابتة ، نذكر بعض أشكال المادة الصلبة التي تحيط بنا في كل مكان في النقاط التالية:
- خشب.
- رمل.
- ذهب.
- طوب.
- صخر.
- رقائق الألومنيوم.
- نحاس؛
- جليد.
- تفاح؛
- البرتقالي؛
- ملح.
- سكر.
حركة اهتزازية
فيما يتعلق بإثبات صحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك بحركة اهتزازية باستمرار ، فإننا نتذكر الحركة الاهتزازية باعتبارها التكرار المستمر لحركة الأجسام حول نقطة ثابتة ، والتي تُعرف باسم موضع التوازن. .
هذا له العديد من أوجه التشابه في الحياة اليومية والطبيعة ، مثل: حركة ماء البحر ، ساعة ، مكبس داخل أسطوانة المحرك ، حركة الذرات في شبكة بلورية في جسم صلب ، كتلة متصلة بالطرف. من ربيع قوي ومرن.
تتميز الحركة الاهتزازية بأنها حالة خاصة للحركة الدورية ، لأن الوقت اللازم لإنشاء اهتزاز واحد ، أي للعودة إلى نقطة بداية الحركة ، هو نفسه لجميع الاهتزازات ، وهذه من أبرز خصائص الاهتزازات. الحركة الاهتزازية والمعروفة باسم حركة اللف ويرمز لها بـ T.
يُعرف النظام الذي تحدث فيه الحركة الاهتزازية بالمجموعة الاهتزازية ، ومن الممكن أن تعود القوى التي تعود إلى نقاط التوازن في النظام الداخلي ، مثل القوة المرنة لنابض ، وبالتالي تُعرف الحركات الاهتزازية بالاهتزازات الحرة أو الخارجية تتولد قوى خارج النظام ، كما يحدث في حالة اهتزازات فرع الشجرة المتأثرة بالرياح ، والتي تُعرف بالاهتزازات القسرية.
الكتلة المرتبطة بنهاية الزنبرك هي واحدة من أبسط النظريات الميكانيكية التي تمثل حركة اهتزازية ناتجة عن قوة داخلية تتناسب مع حجم الإزاحة أكثر من نقطة التوازن والعكس. يعتمد الاتجاه على العلاقة F = kx ، حيث يشير K إلى ثابت الربيع ، X يشير إلى الإزاحة من موضع التوازن.
خصائص الاهتزاز
نذكر لك الآن خصائص الحركة الاهتزازية في النقاط التالية:
- الحركة دورية.
- تتميز الحركة بوجود وقت دوري ، وهو عبارة عن دورة كاملة.
- تقاس الدورة النصفية للجسم المتأرجح بحركة الجسم المتأرجح من الحركة الجانبية إلى نهاية الحركة الجانبية على الجانب الآخر.
- ربع ثورة الجسم المتأرجح تقاس بحركة الجسم ، من الحركة الجانبية إلى الوضع الباقي للجسم.
- كل جسم مهتز له وقت دوري ، يقاس بالوقت الذي يستغرقه الجسم لإكمال دورة كاملة.
- كل حركة اهتزازية لها تردد ويتم قياسها بعدد الدورات في الثانية.
تمتلك الجوامد العديد من الخصائص التي تميزها عن الغازات والسوائل ، حيث توجد كثافة عالية وترابط بين الذرات والعديد من الخصائص الأخرى ، وتتخذ المواد الصلبة أشكالًا عديدة تحيط بالأفراد في الحياة اليومية.