تعريف حالة المادة

تدرس الفيزياء والكيمياء المادة والطاقة والتفاعلات بينهما. من قوانين الديناميكا الحرارية ، يعرف العلماء أن المادة يمكن أن تغير الحالات وأن مجموع المادة وطاقة النظام ثابت. عند إضافة الطاقة أو إزالتها للمادة ، تتغير الحالة لتشكل أ حالة المادة. تُعرَّف حالة المادة بأنها إحدى الطرق التي يتم بها شيء يمكن أن تتفاعل مع نفسها لتشكل متجانسة مرحلة.

يتم استخدام عبارتي "حالة المادة" و "مرحلة المادة" بالتبادل. بالنسبة للجزء الأكبر ، هذا جيد. من الناحية الفنية ، يمكن أن يحتوي النظام على عدة مراحل من نفس الحالة للمادة. على سبيل المثال ، قد يحتوي شريط من الصلب (مادة صلبة) على الفريت ، الإسمنت ، والأوستينيت. يحتوي مزيج الزيت والخل (سائل) على مرحلتين سائلتين منفصلتين.

في الحياة اليومية ، توجد أربع مراحل للمادة: المواد الصلبة, السوائل, غازاتو بلازما. ومع ذلك ، تم اكتشاف العديد من الحالات الأخرى للمادة. تحدث بعض هذه الحالات الأخرى عند الحدود بين حالتين للمادة حيث لا تعرض المادة خصائص أي من الحالتين. البعض الآخر هو الأكثر غرابة. هذه قائمة ببعض حالات المادة وخصائصها:

صلب: المادة الصلبة لها شكل وحجم محددان. يتم تعبئة الجسيمات داخل مادة صلبة قريبة جدًا من بعضها البعض ثابتة في ترتيب مرتب. قد يُطلب الترتيب بشكل كافٍ لتشكيل بلورة (على سبيل المثال ، NaCl أو بلورة ملح الطعام ، كوارتز) أو قد يكون الترتيب مرتبكًا أو غير متبلور (مثل الشمع والقطن وزجاج النوافذ).

سائل: السائل له حجم محدد لكنه يفتقر إلى شكل محدد. لا يتم تعبئة الجسيمات الموجودة داخل السائل على مقربة من بعضها كما في المادة الصلبة ، مما يسمح لها بالانزلاق على بعضها البعض. تشمل أمثلة السوائل الماء والزيت والكحول.

غاز: يفتقر الغاز إلى شكل أو حجم محدد. يتم فصل جزيئات الغاز على نطاق واسع. تتضمن أمثلة الغازات الهواء والهليوم في البالون.

بلازما: مثل الغاز ، تفتقر البلازما إلى شكل أو حجم محدد. ومع ذلك ، فإن جزيئات البلازما مشحونة كهربائيًا ويفصل بينها اختلافات كبيرة. أمثلة على البلازما تشمل البرق والشفق.

زجاج: الزجاج هو صلب غير متبلور وسيط بين شعرية بلورية وسائل. تعتبر أحيانًا حالة منفصلة للمادة لأنها تتميز بخصائص مميزة عن المواد الصلبة أو السوائل ولأنها موجودة في حالة غير مستقرة.

فائض: السائل الزائد هو حالة سائلة ثانية تحدث بالقرب الصفر المطلق. بخلاف السائل العادي ، يكون للسوائل الزائدة صفر اللزوجة.

مكثفات Bose-Einstein: أ مكثفات Bose-Einstein يمكن أن تسمى الحالة الخامسة للمادة. في مكثفات Bose-Einstein تتوقف جزيئات المادة عن التصرف ككيانات فردية ويمكن وصفها بوظيفة موجية واحدة.

المكثفات الفيرميونية: مثل مكثفات Bose-Einstein ، يمكن وصف الجسيمات في المكثف الفرميوني بواسطة دالة موجية موحدة. الفرق هو أن المكثفات تتكون من الفرميونات. بسبب مبدأ استبعاد باولي ، لا يمكن أن تشارك الفرميونات نفس الحالة الكمية ، ولكن في هذه الحالة تتصرف أزواج الفرميونات مثل البوزونات.

دروبلتون: هذا هو "الضباب الكمومي" للإلكترونات والثقوب التي تتدفق مثل السائل.

المادة المتدهورة: المواد المتدهورة هي في الواقع مجموعة من الحالات الغريبة للمادة التي تحدث تحت ضغط مرتفع للغاية (على سبيل المثال ، داخل نوى النجوم أو الكواكب الضخمة مثل المشتري). مصطلح "منحط" مشتق من الطريقة التي يمكن أن توجد بها المادة في حالتين بنفس الطاقة ، مما يجعلها قابلة للتبادل.

التفرد بالجاذبية: التفرد ، مثل مركز الثقب الأسود ، هو ليس حالة المادة. ومع ذلك ، فمن الجدير بالذكر أنه "جسم" يتكون من الكتلة والطاقة التي تفتقر إلى المادة.

يمكن للمادة تغيير الحالات عند إضافة الطاقة أو إزالتها من النظام. عادة ، تنتج هذه الطاقة عن التغيرات في الضغط أو درجة الحرارة. عندما تتغير المادة تنص على أنها تخضع أ المرحلة الانتقالية أو تغيير المرحلة.

• جودشتاين د. لام (1985). حالات المادة. دوفر فينيكس. ردمك 978-0-486-49506-4.
• مورثي ، ج. وآخرون. (1997). "سوائل فائضة و Supersolids على المشابك ثنائية الأبعاد المحبطة". المراجعة البدنية ب. 55 (5): 3104. دوى:10.1103 / PhysRevB.55.3104
• ساتون ، أ. ص. (1993). التركيب الإلكتروني للمواد. منشورات أكسفورد للعلوم. ص. 10–12. ردمك 978-0-19-851754-2.
• Valigra ، Lori (22 يونيو 2005) فيزيائيو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ينشئون شكلاً جديدًا للمادة. أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
• وهاب ، ماجستير (2005). فيزياء الجوامد: هيكل وخصائص المواد. علم الفا. ص. 1–3. ردمك 978-1-84265-218-3.