تكون جزيئات المادة الصلبة في حركة اهتزازية باستمرار
عبارة “جسيمات المادة الصلبة في حركة اهتزازية مستمرة” هي عبارة خاطئة لأن الجسيمات الصلبة ثابتة تقريبًا ، على عكس جزيئات السائل والغاز ، مع العلم أن المواد يمكن أن تتغير من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. ، وهذا يحدث ، على سبيل المثال ، عندما يذوب الثلج ويتحول إلى ماء إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة ، يمكن أن يحدث العكس عندما تكون درجة الحرارة منخفضة.
لذا فإن جسيمات 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 جزيئات 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 ، يُحاط كل أيون بأيونات لها شحنة معاكسة.
البلورات الأيونية مستقرة جدًا لأنها تتطلب الكثير من الطاقة لكسر الروابط الأيونية.
2- المواد المعدنية
يتم ربط النوى الموجبة الشحنة لذرات المعادن معًا بواسطة إلكترونات التكافؤ لتشكيل مواد صلبة معدنية.
الإلكترونات غير معرَّفة لأنها غير مرتبطة بأي ذرات معينة ، كما هو الحال في الروابط التساهمية ، ويمكن للإلكترونات غير المعرفة أن تتحرك حول المادة الصلبة ، وهذا هو نموذج بحر الإلكترون للمواد الصلبة ، حيث تصادف أن النواة الموجبة تسبح في بحر من الإلكترونات السالبة.
من المعروف أن المعادن لها موصلية كهربائية وحرارية عالية. في الغالب تكون هذه المعادن لامعة وصلبة وقابلة للطرق. ومن أمثلة هذه المعادن الصلبة الذهب والصلب 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 هي مواد ذرية صلبة ، بما في ذلك: الجمشت والياقوت والماس.
4- المواد الذرية
تتشكل المواد في حالة قوى تشتت لندن الضعيفة التي تتحد مع ذرات الغازات النبيلة الباردة. لا تظهر أمثلة على هذه المواد الصلبة الذرية في حياتنا اليومية لأنها تحتاج إلى درجات حرارة منخفضة للغاية. ومن أمثلة 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 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
تعتبر من المواد الصلبة التي لا تتوزع فيها الذرات بالتساوي ، لأنها تتوزع عشوائياً وعلى مسافات غير متساوية ، لأنها تحتاج إلى بنية داخلية منظمة ، وتتوزع الذرات فيها دون اتباع أي من الأنظمة البلورية ، عندما تصبح المواد الصلبة غير المتبلورة مطاطية ولينة في الحالة A تتكون من جزيئات طويلة ، متشابكة مع بعضها البعض ، وهذه الجزيئات ممسكة بالقوى الموجودة بين الجزيئات.
خصائص المواد الصلبة
في ضوء الاعتراف بصحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار بحركة اهتزازية ، نوضح أن المادة الصلبة تُعرّف بأنها إحدى حالات المادة الثلاث والحالتين الأخريين هما سائل أو الغازات ويتم تعريفها بحجم وشكل معينين ، وتختلف المواد الصلبة عن بعضها البعض في العديد من الخصائص ، والتي سنناقشها في الفقرات التالية:
1- كثافة عالية
يتم تعريفها على أنها مادة موجودة في حجم معين وأن الكثافة في مادة صلبة تعتمد على التكوين والهيكل الفريد لها. المواد الصلبة كثيفة للغاية لأنها تحتوي على جزيئات مترابطة يتم وضعها بالقرب من بعضها البعض.
تختلف المواد الصلبة عن السوائل والغازات في هذا لأنها تتميز بكثافة منخفضة بسبب المسافة بين جزيئات المواد ، وبالتالي فإن المواد الصلبة لها خصائص فريدة.
مثال على هذه المواد عالية الكثافة هو الذهب ، الذي تبلغ كثافته 19.3 جم / سم 3.
2- تحديد الشكل والحجم
تتميز المواد الصلبة بأن لها حجمًا وشكلًا معينين لأن الجسيمات التي تتكون منها هذه المواد تحتل موضعًا ثابتًا ، لأن هذا يعني أنها غير متحركة لتوليد طاقة حركية بين هذه الجسيمات ، ومن الممكن أن تكون المواد تتميز بأنها هشة ولينة أو صلبة ، بناءً على أيوناتها.
يختلف تكوين المواد الصلبة عن تركيبة الغازات والسوائل ، مما يسمح لهذه المواد أن يكون لها حجم وشكل ثابتان.
3- انضغاطية محدودة
اعترافًا بصلاحية جسيمات المادة الصلبة في حركة اهتزازية مستمرة ، تُعرف هذه الخاصية باسم “مقاومة التشوه”. تظهر الخواص الميكانيكية للمواد الصلبة ، والتي تختلف عن الغازات ، في النقاط التالية:
- المرونة: تشير إلى قدرة الجسم على استعادة حجمه وشكله الأصلي بعد زوال قوة خارجية منه.
- ليونة: تظهر في مواد مرنة وقابلة للطرق على شكل صفائح وأسلاك.
- اللدونة: تشير إلى تغير شكل المواد الصلبة عند تعرضها لقوة ضغط معينة دون العودة إلى شكلها الأصلي ، ومثال على ذلك البلاستيك.
4- انتشار محدود
تشير هذه الخاصية إلى قدرة جسيمات المادة الصلبة على الاندماج والاختلاط بجزيئات مادة أخرى ، وإذا تمددت هذه الجسيمات ، فإنها تستمر في الاختلاط والتوزيع لتشكيل خليط واحد.
ومع ذلك ، فإن إمكانات انتشار المواد الصلبة صغيرة بسبب قرب الذرات الموجودة فيها ، وتعرف أيضًا بالحركة الضعيفة التي تجعل المواد الصلبة تحافظ على شكلها.
يتأثر الانتشار في المواد الصلبة بشكل مباشر بالتغيرات في درجة الحرارة ، لأن القدرة على الانتشار تزداد مع زيادة درجة حرارة المواد والعكس صحيح.في حالة المواد السائلة ، تكون القدرة على الانتشار بطيئة ، ولكنها أسرع من المواد الصلبة.
5- قوى التصاق عالية
تحتوي المواد الصلبة على قدر كبير من الترابط بين جزيئاتها ، وتشمل هذه المواد الجزيئات والذرات والأيونات التي تختلف في الترتيب والمسافة بينها ، وبالتالي في مظهر المواد الصلبة.
تتميز المواد الصلبة بحقيقة أن جزيئاتها ترتبط ببعضها البعض بقوة وفي بعض الأحيان تتحد بشكل مثالي ، على عكس السوائل والغازات ، وقد تهتز المواد الصلبة أحيانًا قليلاً ، لكنها لا تتحرك من مكانها مثل المواد الأخرى.
تشير هذه الخاصية إلى عدم قابلية انضغاط المواد الصلبة وصعوبة إذابتها ، لأن الذوبان يقوم على كسر الروابط الموجودة بين جزيئات المادة وبالتالي ربطها بالعنصر المذاب.
6- نقاط انصهار عالية
تحتاج المواد الصلبة إلى درجات حرارة عالية لتذوب وتذوب بسبب الكثافة العالية لهذه المواد على عكس الغازات والسوائل. نقطة الغليان تختلف عن نقطة الانصهار. على سبيل المثال ، قد يذوب كلوريد الصوديوم ، الذي يحتوي على روابط أيونية قوية ، عند 801 ولكنه يغلي عند 14-13.
وهذا ما يميزه عن السوائل والغازات التي يمكن أن تذوب في درجة حرارة الغرفة وما دونها ، واتضح أن المواد التي تحتاج إلى درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة حتى تنكسر وتذوب روابطها المقيدة بإحكام ؛ إنها مواد صلبة بسبب أن الذرات مترابطة وقريبة من بعضها البعض.
أشكال المواد الصلبة
في ضوء إثبات صحة الاقتراح القائل بأن جسيمات المادة الصلبة في حركة اهتزازية مستمرة ، نذكر بعض أشكال المادة الصلبة التي تحيط بنا في كل مكان في النقاط التالية:
- خشب.
- رمل.
- ذهب.
- قالب طوب.
- صخر.
- رقائق الألومنيوم.
- نحاس.
- جليد.
- تفاح.
- البرتقالي.
- ملح.
- سكر.
حركة اهتزازية
كجزء من إثبات صحة العبارة القائلة بأن جسيمات المادة الصلبة تتحرك باستمرار بواسطة الحركة الاهتزازية ، نذكرك بأن الحركة الاهتزازية هي التكرار المستمر لحركة الأجسام حول نقطة ثابتة ، وهو ما يُعرف باسم وضع التوازن . .
يحدث هذا غالبًا في الحياة اليومية والطبيعة ، مثل: حركة مياه البحر ، وعقارب الساعة ، والمكبس داخل أسطوانة المحرك ، وحركة الذرات في شبكة بلورية في جسم صلب ، وكتلة متصلة بـ يتميز رأس الربيع بالقوة والمرونة.
تتميز الحركة الاهتزازية بأنها حالة خاصة للحركة الدورية لأن الوقت المطلوب لحدوث ذبذبة واحدة ، أي العودة إلى نقطة بداية الحركة ، هو نفسه لجميع التذبذبات ، وهذه إحدى أبرز خصائص الحركة التذبذبية وتعرف بدورة الحركة ويرمز لها T.
يُعرف النظام الذي تحدث فيه الحركة الاهتزازية بالنظام الاهتزازي ، ومن الممكن أن تكون القوى العائدة إلى نقاط التوازن في النظام الداخلي مثل القوة المرنة لنابض ، وبالتالي تولد حركات اهتزازية. تُعرف بالاهتزازات الحرة أو القوى الخارجية ، أي خارج النظام ، كما يحدث في حالة اهتزاز أغصان الأشجار المتأثرة بقوة الرياح ، والتي تُعرف بالاهتزازات القسرية.
تعتبر الكتلة المرتبطة بطرف الزنبرك واحدة من أبسط النظريات الميكانيكية التي تمثل الحركة الاهتزازية الناتجة عن قوة داخلية تتناسب مع حجم الإزاحة أكبر من نقطة التوازن ولها العكس. اتجاه. بناءً على العلاقة F = kx ، حيث يشير K إلى الثابت المرن للربيع ، X تشير إلى الإزاحة من موضع التوازن.
خصائص الحركة الاهتزازية
نذكر لكم الآن خصائص الحركة الاهتزازية في النقاط التالية:
- الحركة ثابتة.
- تتميز الحركة بفترة دورية ، وهي دورة كاملة.
- تقاس الدورة النصفية للجسم المتأرجح بحركة الجسم المتأرجح من الحركة الجانبية إلى نهاية الحركة الجانبية على الجانب الآخر.
- يتم قياس ربع دورة الجسم المتأرجح عن طريق تحريك الجسم من جانب إلى آخر إلى وضع الراحة من الجسم.
- كل جسم اهتزازي له دورة دورة ، والتي تقاس بالوقت الذي يستغرقه الجسم لإكمال دورة.
- كل حركة اهتزازية لها تردد ويقاس بعدد الدورات في الثانية.
تمتلك الجوامد العديد من الخصائص التي تميزها عن الغازات والسوائل ، حيث توجد كثافة عالية وترابط للذرات والعديد من الخصائص الأخرى ، وتتخذ المواد الصلبة أشكالًا عديدة تحيط بالأفراد في الحياة اليومية.