تبیان، دستیار زندگی

ویژگیهای ماده

 حالتهای مختلف ماده

می دانید که مولکولها، کوچکترین جزء سازنده ماده هستند. هر مولکول خود از دو یا چند اتم ساخته شده است و اندازه اتمها در حدود یک انگستروم ( 10-10= A1) می باشد. 
ماده در سه حالت گاز مایع و جامد یافت می شود: 

الف – گاز: 
گازها فاصله مولکولها حدود چند ده برابر فاصله مولکولها در مایع و جامد است و مولکولها آزادانه به اطراف حرکت می کنند. 

ب – مایع: 
فاصله مولکولها در مایعها کم (حدود 10-10 m) می باشد. مولکولهای مایع به راحتی روی هم می لغزند. 

پ – جامد: 
در جامد فاصله مولکولهای مانند مایع است. (10-10 m) و ملکول فقط می تواند حرکتهای نوسانی بسیار کوچکی انجام دهند. در جامدهای بلورین مولکولها در طرحهای منظمی در کنار هم قرار می گیرند حال آنکه در جامدهای بی شکل ملکولها تقریباً وضعیت نامنظمی دارند.

چگالی

جرم واحد (یکا) حجم از هر جسمی چگالی آن نامیده می شود. چگالی با p نمایش داده می شود و از رابطه زیر به دست می آید: 

p = m/v

M جرم بر حسب kg وv حجم بر حسب m3 می باشد. 
یکایی چگالی در SIکیلوگرم بر متر مکعب (kg/m3)می باشد.

نیروهای چسبندگی

بین مولکول مایع یک نیروی ربایشی وجود دارد که نیروی چسبندگی نامیده می شود. برای مثال اگر به یک قطره آب که از شیر می چکد، توجه کنید می بینید که قطره پس از جدا شدن از شیر در تمام طول مسیر به صورت یک قطره باقی می ماند (از هم متلاشی نمی شود) یعنی نیروی چسبندگی مولکولها را کنار هم نگه می دارد تا قطره متلاشی نشود.

نیروی چسبندگی سطحی

نیروهایی هستند که ملکولهای یک مایع را به سوی مولکولهای یک ماده دیگر می کشند. برای مثال اگر یک قطره آب را روی شیشه بریزیم، آب به صورت قطره بر روی شیشه قرار نمی گیرد بلکه پخش می شود و سطح شیشه را تر می کند زیرا نیروی چسبندگی سطحی بین آب و شیشه از نیروی چسبندگی بین مولکولهای آب با یکدیگر است. حال اگر سطح شیشه را چرب کنیم و قطره آبی روی آن بیندازیم، قطره آب پخش نمی شود و به صورت کروی در می آید.

نیروی کشش سطحی

کشش سطحی پدیده ای است که می توان به کمک آن به وجود نیروهای چسبندگی پی برد. یک سوزن می تواند روی سطح آب شناور باشد و یا یک تیغ می تواند از سطح پهنش روی آب شناور باشد. شاید شما دیده باشید که پشه می تواند روی آب بنشیند. علت وجود نیروی کشش سطحی است. در تمام این موارد مولکولهای آب با نیروهای چسبندگی یکدیگر را می ربایند و باعث می شوند که سطح آب مانند یک توری عمل کند که می تواند سوزن را نگاه دارد.

مویینگی

مویینگی از اثرهای نیروی چسبندگی سطحی است. صعود مایع (مانند آب یا جیوه) از داخل لوله مویینه را مویینگی گویند. علت این پدیده نیروهای چسبندگی بین مولکولها می باشد. در مورد آب نیروی چسبندگی سطحی بین آب و شیشه بیشتر از نیروی چسبندگی بین مولکولهای آب است در نتیجه آب در لوله بالا می رود و از سطح آب بیرون لوله هم بالاتر می رود و سطح آب درون لوله مویینه کاو است. 

در مورد جیوه برعکس است یعنی نیروی چسبندگی بین دو مولکولهای جیوه بیشتر از نیروی چسبندگی سطحی بین جیوه و شیشه است. سطح جیوه در درون لوله مویین، از سطح جیوه درون ظرف پایین تر است و سطح آن کور است.

فشار

فشار بزرگی نیروی عمودی است که بر سطح وارد می شود و مقدار آن از فرمول زیر محاسبه می شود: 

P = F/A

F بزرگی نیروی عمودی وارد بر سطح بر حسب نیوتون 
A سطحی که نیرو بر آن وارد شده بر حسب متر مربع 
P فشار بر حسب نیوتو بر متر مربع یا پاسکال 
واحد فشار درSI نیوتون بر متر مربع است که پاسکال هم نامیده می شود. یک پاسکال معادل فشاری است که یک نیروی یک نیوتونی بر سطح یک متر مربع وارد می کند. هر قدر نیروی عمودی وارد بر سطح افزایش یابد و یا سطح تماس کاهش یابد بر مقدار فشار افزوده می شود. (و بر عکس)

محاسبه فشار در مایعها

فرض کنید در ظرف مقابل مایعی با چگالی P داریم. می خواهیم فشار در عمق h را محاسبه کنیم. فشار عبارت است از نیروی عمودی بر سطح، که نیروی عمودی در اینجا نیروی وزن مایع است و سطح ظرف را A در نظر می گیریم.

ℓ = m/v ==> m= ℓ v ==> m= ℓhA 

P= F/A ==> P = ℓhAg/A ==> p = ℓgh 

از این رابطه می فهمیم که فشار با عمق مایع (h) نسبت مستقیم دارد پس هر قدر عمق مایع بیشتر باشد فشار افزایش می یابد و برعکس.

فصل ششم (گرما و قانون گاز ها)

تعبیر مولکولی دما

انرژی درونی هر جسم، مجموع انرژیهای مولکولهای تشکیل دهنده آن است. افزایش انرژی درونی هر جسم غالباً به صورت افزایش دمای آن جسم ظاهر می شود پس «دمای هر جسم متناسب است با انرژی جنبشی متوسط مولکولهای سازنده آن.»

 گرما و تعادل گرمایی

می دانید که گرما مقداری انرژی است که به دلیل اختلاف دما بین یک جسم و جسم دیگری که با آن در تماس است مبادله می شود. با توجه به قانون پایستگی انرژی، مقداری انرژی که جسم با دمای بالاتر از دست می دهد برابر است با مقدار انرژی که جسم با دمای پایینتر دریافت می کند. این مبادله تا زمانی که دمای دو جسم یکی شود ادامه می یابد: زمانی که دو جسم هم دما شدند دیگر انرژی ای مبادله نمی شود، در این حالت دو جسم با هم در تعادل گرمایی و دمای مشترک را «دمای تعادل» می نامند.