دید کلی
- از وارسی مخلوطها و مواد خالص سه حالت از چهار حالت ماده به آسانی مشخص میشود. این سه حالت عبارتند از: جامدات ، مایعات و گازها و پلاسما حالت چهارم ماده است. پلاسما حالت معمول مواد موجود در زندگی روزمره ما نیست ولی متداولترین حالت ماده در جهان است.
- یونانیان باستان ، عالم را متشکل از چهار عنصر آتش ، خاک ، آب و آزمایشهای مربوط به هوا می دانستند. امروزه دانشمندان به کمک این «عناصر» ، تمام اجزای تشکیل دهنده جهان را آن طور که هست ، توضیح میدهند. آتش بیانگر انرژی بوده و سه عنصر دیگر نشان دهنده سه حالت از ماده «جامد ، مایع و گاز) میباشند. بر طبق این تقسیم بندی مواد جامد دارای شکل و ابعاد مشخصی بوده و همچنین جرم ، حجم و وزن مشخصی دارند، مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان مییابند.
این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند به خود می گیرند. در حالیکه مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، آزمایشهای مربوط به هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمی توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند.
حالات مختلف ماده
آزمایشات ساده
- مقدار معینی مایع ، حجم مشخصی دارد، گاز چنین نیست. اگر یک لیتر شیر را در چهار لیوان بریزیم، در مجموع همان یک لیتر حجم را اشغال میکند. حجم اشغال شده توسط سطح افقی شیر بالای شیر در لیوان مشخص می شود. همین سطح است که باعث تمایز مایعات از گازها میشود.
- اگر گاز سنگین و قابل روئیت (رنگی) کولر را از ظرفی به ظرف دیگر بریزیم و در ظرف را باز بگذاریم ، گاز درون ظرف باقی نمیماند. گازها همانند مایعات سطح افقی در بالای حجم اشغال کرده خود ندارند و در همه جا پخش می شوند. بنابراین ، حجم گاز برابرحجم هر ظرفی است که در آن قرار می گیرد.
در حالت جامد
نیروهای بین مولکولی بقدری قویتر از
انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن میگردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است (یعنی در حدود 10
-10 متر).
جامدات نمیتوانند، مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ،
مولکولها در مکانهای خاصی قرار میگیرند. و فقط میتوانند در اطراف این مکانها
حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند. این حرکت نوسانی ، بخصوص در
جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.
در حالت مایع مولکولها بهم نزدیکتر بوده بطوریکه نیروهای مابینشان قویتر از انرژی جنبشی آنان میباشد از طرف دیگر نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است اما نسبت سرعت جاری شدن
آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل
روغنها و
گلیسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن را
ویسکوزیته مینامند. که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و
فشار میباشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.
فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است (در حدود 10
-10 متر). در مایعات مولکولها به اطراف خود حرکت میکنند و به سهولت روی هم می لغزند و راحت
جریان (شارش) پیدا می کنند، مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکههای ریز کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده است.
حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی بستگی به اندازه مولکولی و
نیروهای فی ما بین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش میشوند پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهای موجود فی مابین مولکولها به مراتب ضعیفتر از
انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد میکنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف
نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با
آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول به علت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگین تر و سخت تر صورت می گیرد در صورتی که حالت دوم چنین نیست.
پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و
الکترون با غلظت معینی باشد. که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد تقریبا
حالت شبه خنثایی دارد. پدیدههای طبیعی زیادی از جمله
آتش ،
خورشید ،
ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می گیرند.
پلاسما شبیه به گاز است ولی مرکب از
ذرات باردار متحرکی به نام
یون است، یونها به شدت تحت تاثیر
نیروهای الکتریکی و
مغناطیسی قرار میگیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی
جو زمین ،
اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای
سحابی و بخشی از دم
ستاره دنبالهدار.
شفقهای قطبی شمالی نمایش خیره کننده از حالت پلاسمایی ماده است که در
میدان مغناطیسی جریان مییابد.
بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله
برهمکنش ضعیف و
قوی هستهای را نیز در دسته بندیها به عنوان حالات پنجم و ششم ماده به حساب میآورد که از این حالات در توجیه خواص
نکلئونهای هسته ،
نیروهای هستهای ،
واکنش های هستهای و در کل
فیزیک ذرات بنیادی استفاده میشود.
مباحث مرتبط با عنوان