تتحرك جسيمات المادة الصلبة حركة اهتزازية باستمرار
الاجابة هي: صواب والسبب من ذلك أن حركة الجسيمات المادة الصلبة، تتحرك رغم ذلك لانستطيع رؤية الجسيمات الآن أن جسيمات المادة الصلبة تهتز في اماكنها.
هل تساءلت يومًا ما الذي يحدث داخل المواد الصلبة؟ نعلم أن السوائل والغازات تتحرك، لكن ماذا عن المواد الصلبة؟ حسنًا، اتضح أن الجسيمات في المادة الصلبة تهتز باستمرار. في منشور المدونة هذا، سوف نستكشف كيف تؤثر هذه الحركة على خصائص المادة.
1. ما هي الاهتزازات الصلبة؟
الاهتزازات الصلبة هي الحركة المستمرة ذهابًا وإيابًا لجسيمات جسم مرن أو وسط مرن، وعادةً ما ينتج عن إزاحة أي نظام فيزيائي تقريبًا. هذا النوع من الحركة مهم لعدد من الأسباب، بما في ذلك انتقال الموجات الصوتية وامتصاص الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يلعب تأثير الهزهزة دورًا في إدراك الاهتزازات الصلبة.
هناك أنواع مختلفة من الحركة الاهتزازية، ولكل منها خصائصه الخاصة. بعض من أكثرها شيوعًا هي الحركة الدورانية والاهتزازية والانتقالية. يتم شرح كل نوع من أنواع الحركة بمزيد من التفصيل أدناه.
تشير الحركة الدورانية إلى دوران الجسيمات حول مواقعها الثابتة. يُرى هذا النوع من الحركة في المواد الصلبة مثل البلورات والنظارات، وهو ضروري لنقل الموجات الصوتية.
تشير الحركة الاهتزازية إلى الحركة الاهتزازية للجسيمات داخل المادة الصلبة. هذا النوع من الحركة مهم لامتصاص الطاقة، لأنه يسمح للجزيئات بالاقتراب من بعضها البعض ومشاركة الطاقة بسهولة أكبر.
تشير الحركة الانتقالية إلى حركة الجسيمات عبر حدود المادة الصلبة. هذا النوع من الحركة ضروري لنقل الطاقة بين الجزيئات.
2. كيف تدعم الموجات الصوتية؟
الاهتزازات الصلبة هي تلك التي تحدث داخل جسم صلب. هذه الاهتزازات مدعومة بالبنية الكثيفة للمادة الصلبة وتسمح للموجات الصوتية بالانتشار. هناك نوعان من الاهتزازات الصلبة: مرنة وغير مرنة.
تحدث الاهتزازات المرنة بسبب ضغط القوة على المادة الصلبة. على سبيل المثال، عندما تهز علبة الصودا، يتم دفع السائل داخل وخارج الثقوب الصغيرة وهذا يخلق اهتزازًا مرنًا. من ناحية أخرى، لا تنطوي الاهتزازات غير المرنة على إجهاد بل هي بسبب الطاقة الحركية للجسيمات في المادة الصلبة.
لدعم الموجات الصوتية، يجب أن يكون للمواد الصلبة ثلاث خصائص: الصلابة، والمرونة، والديناميكا الحرارية. تشير الصلابة إلى قدرة المادة الصلبة على مقاومة التشوه، وتشير المرونة إلى قدرة المادة الصلبة على تغيير شكلها تحت الضغط، وتشير الديناميكا الحرارية إلى ميل المادة للانتقال من حالة طاقة منخفضة إلى حالة طاقة أعلى.
تتمتع جميع المواد الصلبة بدرجة معينة من الصلابة والمرونة والديناميكا الحرارية، لكن بعض المواد تظهر أكثر من غيرها. على سبيل المثال، الماس شديد الصلابة ولا يمكن أن يتشوه على الإطلاق، بينما البلاستيك مرن ولكنه يتمتع باستقرار ديناميكي حراري منخفض وسينكسر في النهاية.
يتم تحديد الحركة المسموح بها للجسيمات في مادة صلبة من خلال هيكلها البلوري. تتكون البلورات من وحدات صغيرة تسمى الذرات أو الجزيئات مرتبة في نمط معين. يحدد هذا النمط مقدار المساحة التي تمتلكها كل ذرة أو جزيء ويقيد نطاق الحركة التي يمكن أن تمتلكها الجسيمات في المادة الصلبة.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الهياكل البلورية: غير متبلور، متعدد البلورات، وبلور مفرد. البلورات غير المتبلورة ليس لها شكل محدد وتتكون من جزيئات مشتتة عشوائيًا. تحتوي البلورات متعددة البلورات على العديد من البلورات الصغيرة التي تم ترتيبها معًا بشكل عشوائي، وتحتوي البلورات البلورية المفردة على بلورة واحدة كبيرة تشغل معظم المساحة.
منذ الموجات الصوتية
3. ما هو نوع الارتباط بين الجزيئات المطلوب للمواد الصلبة؟
القوى بين الجزيئات هي عوامل الجذب القوية التي تربط الذرات والجزيئات معًا في المواد الصلبة. لكي تكون هذه القوى فعالة، يجب أن تكون الجزيئات قريبة بما يكفي لبعضها البعض حتى تشترك نواتها في مدار إلكترون مشترك. هذا النوع من الترابط، المعروف باسم الرابطة التساهمية، هو النوع الأكثر شيوعًا للقوة بين الجزيئات. تشمل الأنواع الأخرى من القوى بين الجزيئات قوى فان دير فال والرابطة الهيدروجينية.
الرابطة التساهمية أقوى بين الجزيئات الأقرب لبعضها البعض في الفضاء. هذا يعني أن ذرتين في حدود 4.6 Å من بعضهما البعض قادرة على تكوين رابطة تساهمية. تسمى هذه المسافة بمسافة Kajaani ويتم قياسها من حيث الفواصل الكهربائية النووية. تتضمن الأنواع الأخرى من التفاعلات المتقاربة، مثل الترابط الهيدروجيني والترابط الأيوني، أيضًا مشاركة الإلكترونات بين الذرات.
على الرغم من أن الروابط التساهمية هي أقوى نوع من القوة بين الجزيئات، إلا أنها ليست دائمة. الروابط التي تتشكل بين الجزيئات في مادة صلبة عرضة للكسر وإعادة التشكيل. تُعرف هذه العملية باسم الامتصاص التأكسدي، وتحدث عندما تكون الطاقة اللازمة لكسر الرابطة التساهمية أكبر من الطاقة اللازمة للحفاظ على الرابطة. يمكن أن يحدث الامتصاص التأكسدي أيضًا بسبب تفاعل الأكسجين مع أيونات المعادن.
تتحرك الجسيمات الصلبة باستمرار بسبب الحركة الاهتزازية الكامنة في تركيبها الجزيئي. يُعرف هذا النوع من الحركة بالحركة الانتقالية ويتم تعريفه على أنه حركة الجزيء من نقطة في الفضاء إلى نقطة أخرى. يمكن أن تحدث الحركة الاهتزازية أيضًا بسبب الحركة الدورانية، وهي حركة جزيء حول محور يمر عبر مركز كتلته.
هناك ثلاثة أنواع من الحركة الاهتزازية: الدورانية، والاهتزازية، والحركة الانتقالية. تحدث الحركة الدورانية عندما يدور الجسيم حول محور يمر عبر مركز كتلته. اهتزازي
4. كيف تمتص جزيئات المادة الصلبة الطاقة؟
تهتز الجسيمات الصلبة بقوة بسبب زيادة درجة الحرارة. تسمح هذه الحركة للجسيمات بامتصاص الطاقة من البيئة المحيطة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة طاقتها الحركية. يمكن استخدام هذه الطاقة بعدة طرق، مثل تشغيل الآلات وتسخين الأشياء وتحطيم المواد. من خلال فهم الأنواع المختلفة للحركة الاهتزازية وكيفية تأثيرها على الجسيمات، يمكننا إدراك وفهم الاهتزازات الصلبة بشكل أفضل.
5. ما هي الحركة المسموح بها للجسيمات في مادة صلبة؟
تقتصر الحركة المسموح بها للجسيمات في مادة صلبة على الاهتزاز. هذا يعني أن الجسيمات يمكن أن تتحرك ذهابًا وإيابًا (في مكانها) ولكن لا يمكنها الدوران أو الاهتزاز. هذه الحركة هي طاقة حركية وهي كيف تمتص المادة الصلبة الطاقة من البيئة المحيطة.
إن اهتزاز الجزيئات في المواد الصلبة سريع جدًا في درجة حرارة الغرفة، وهذا هو السبب في أن المواد الصلبة قادرة على امتصاص قدر كبير من الطاقة من البيئة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تأثير الهزهزة يجعل الجسيمات الصلبة تتحرك أكثر، مما يزيد من الطاقة التي يمكن أن تمتصها.
هناك أنواع مختلفة من الحركة الاهتزازية، لكن جميعها تعتمد على حركة الجسيمات في مادة صلبة. التحولات الغازية-السائلة و الغازية الصلبة هي أمثلة للحركات الاهتزازية التي تتضمن انتقال الجزيئات من مرحلة إلى أخرى. تشمل الأنواع الأخرى من الحركة الاهتزازية الموجات الزلزالية وموجات الراديو.
يمكننا أن نلاحظ الاهتزازات الصلبة من خلال النظر إلى الأشياء نفسها أو من خلال ملاحظة آثارها على الأشياء الأخرى. على سبيل المثال، يتم تحقيق غربلة سائل الحفر وتجفيف الجسيمات الصلبة بشكل أساسي من خلال قوة القصور الذاتي الناتجة عن حركة اهتزاز الشاشة.
6. ما هي الحركة الاهتزازية للجزيء؟
تتكون الجزيئات من ذرات متصلة بواسطة روابط كيميائية. طول الروابط الكيميائية أو المسافة بين الذرات غير ثابت. ومن ثم، مع ارتفاع درجة الحرارة، تصبح الروابط بين الذرات أقصر وتتحرك الجزيئات أكثر. يسمى هذا النوع من الحركة بالحركة الاهتزازية.
الحركة الاهتزازية هي حركة دورية لذرات الجزيء بالنسبة لبعضها البعض، بحيث يظل مركز كتلة الجزيء ثابتًا. هذا النوع من الحركة مهم لأشياء مثل التنفس والتمثيل الضوئي لأنه يوفر وسيلة للجزيئات للتحرك وتنفيذ مهامها.
نلاحظ اهتزازات صلبة في أغلب الأحيان عندما نسمع موجات صوتية. الموجات الصوتية هي موجات ضغط تنتقل عبر الهواء. عندما نسمع صوتًا، تتحرك آذاننا بشكل عشوائي استجابةً لموجات الصوت. هذه الحركة العشوائية تخلق اهتزازات في طبلة الأذن. يمكن بعد ذلك سماع الاهتزازات كصوت.
مثال آخر لكيفية تأثير الحركة الاهتزازية على عالمنا يأتي من الديناميكا الحرارية. الديناميكا الحرارية هي دراسة العلاقة بين الطاقة والمادة. على وجه الخصوص، يتعامل مع مسألة كيفية تحويل الطاقة إلى أشكال مختلفة وتخزينها. إحدى طرق تخزين الطاقة هي اهتزاز الجزيئات. عندما تضاف الطاقة إلى مادة صلبة، فإنها تجعل الجزيئات تتحرك أكثر. غالبًا ما تتنافس هذه الزيادة في الحركة مع التجاذب بين الذرات وتسببها في الحركة.
7. كيف تؤثر درجة الحرارة على حركة الجسيمات؟
تؤثر درجة الحرارة على سرعة واتجاه حركة الجسيمات في المواد الصلبة. كلما زادت حرارة المادة الصلبة، زادت سرعة تحرك الجزيئات وزادت انتشارها. تعمل الحرارة أيضًا على جعل الجزيئات تتحرك بشكل أسرع، لذلك مع ارتفاع درجة الحرارة، تصبح الجزيئات في المادة الصلبة أكثر نشاطًا وتبدأ في التحرك في اتجاهات عشوائية. يُعرف هذا بتأثير الهزهزة.
8. كيف تهزهز تأثير الجسيمات؟
عندما تهتز مادة صلبة، تهتز الجزيئات الموجودة بداخلها. يسمى هذا الاهتزاز بتأثير الهزهزة. كلما زادت الطاقة المستخدمة، زادت حركة الجسيمات. هذا هو السبب في أنك تلاحظ أحيانًا اهتزازات صلبة عند هز شيء ما – فكلما زادت الطاقة التي توفرها، زادت الاهتزازات التي ستحدثها الجسيمات.
9. ما هي أنواع مختلفة من الحركة الاهتزازية؟
كما ناقشنا في القسم السابق، تكون الجسيمات الصلبة في حركة اهتزازية باستمرار. هذا يعني أنه يمكنهم التحرك في عدد من الاتجاهات المختلفة وبسرعات مختلفة. بعض أنواع الحركة الاهتزازية الأكثر شيوعًا هي الحركة الانتقالية (حركة الجسيمات من مكان إلى آخر)، والحركة الدورانية (دوران الجسيمات حول نقطة مركزية)، والحركة الاهتزازية (الحركة المتكررة للجسيمات).
لكل نوع من أنواع الحركة الاهتزازية مجموعته الخاصة من الخصائص والنتائج. على سبيل المثال، تسمح الحركة الانتقالية فقط بالحركة الدورانية، بينما يمكن أن تتضمن الحركة الاهتزازية أيضًا الاهتزازات والتذبذبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحركة المسموح بها للجسيمات في مادة صلبة محدودة بقوة القوى بين الجزيئات بينها.
تكون تأثيرات الاهتزازات الصلبة على بيئتنا كبيرة وغالبًا ما تكون غير مرغوب فيها. على سبيل المثال، يتم دعم الموجات الصوتية (نوع من الاهتزازات) بقوة بواسطة مادة صلبة، مما يجعلها مضخمات قوية للغاية. علاوة على ذلك، عندما تمتص جزيئات المادة الصلبة الطاقة، غالبًا ما يتم نقل هذه الطاقة إلى جزيئات أخرى قريبة. تُعرف هذه العملية باسم “الهزهزة” ويمكن أن تتسبب في اهتزاز الأشياء أو تحركها بشكل متقطع.
في الختام، تعتبر الاهتزازات الصلبة جزءًا لا يتجزأ من الطبيعة وتلعب دورًا مهمًا في العديد من العمليات اليومية. من خلال فهم خصائصها وتأثيراتها، يمكننا تقدير العالم من حولنا بشكل أفضل.
10. كيف نلاحظ الاهتزازات الصلبة؟
عندما نلاحظ الاهتزازات الصلبة، يمكننا أن نرى كيف تكون جزيئات المادة الصلبة في حركة اهتزازية باستمرار. هذا النوع من الحركة هو ما يسمح للمواد الصلبة بدعم الموجات الصوتية وامتصاص الطاقة من البيئة. إن الحركة المسموح بها للجسيمات في المادة الصلبة محدودة، وهذا ما يحدد نوع الحركة الاهتزازية التي يمكن أن تحدث. تشمل الأنواع المختلفة من الحركة الاهتزازية الحركة الدورانية والاهتزازية والحركة الانتقالية. كل نوع من أنواع الحركة هذه مهم في حياتنا اليومية، ونحن قادرون على ملاحظتها من خلال حاسة البصر والسمع واللمس.
