المادة .. للصف الأول الإعدادى

المادة في الفيزياء الكلاسيكية هي كل ما له كتلة وحجم و يشغل حيزا من الفراغ. و تشكل بذلك ما يعرف بالكون الملموس. يستحيل حاليا تعريف المادة بهذا الشكل لسقوط الفاصل بين المادة و الطاقة طبقا لمعادلة آينشتاين الشهيرة E=mc 2
لمحه تاريخية
تغير اعتقاد الإنسان كثيرا عبر العصور حول هذا تركيب المادة حيث ساد لدي فلاسفة الأغريق الإعتقاد بأن جميع العناصر الطبيعة تتكون من أربعة عناصر أساسية هي التراب و الماء و الهواء و النار و ساد هذا الإعتقاد حتى العصورالوسطى إلى ان تم اكتشاف العناصر الكيميائية و تكونها من تجمع الذرات بروابط كميائية و ساد في فترة ما الاعتقاد أن الذرة هي الوحدة الأساسية لبناء المادة إإلى أن اكتشف ان الذرة تتكون من نواة تحتوي علي عدد من البروتونات (جسيمات موجبة الشحنة) و النيوترونات (جسيمات متعادلة دون شحنة)و يدور حولها إلكترونات (جسيمات سالبة الشحنة) و اكتشف بعد ذلك أن تلك الجسيمات تنقسم بدورها إلى كواركات و ان الكواركات و اللبتونات هي الجسيمات الأساسية المكونة للمادة.
المادة المضادة
هي مادة تتكون من جسيمات مضادة أي أن نواتها تكون سالبة الشحنة بينما تكون إلكتروناتها موجبة الشحنة و لا توجد المادة المضادة علي الأرض طبيعيا الا لفترات محدودة للغاية و في ظروف محدودة نتيجة الاشعاع النووي و الاشعة الكونية و ذلك لأن جسيمات المادة المضادة حينما تتلاقي مع جسيمات المادة العادية فإنهما تتلاشيا معا مخلفة أشعة جاما و أزواج من الجسيمات و الجسيمات المضادة.
المادة المعتمة
في علم الفلك هي تعبير أطلق علي مادة مفترضة لا يمكن قياسها إلا من خلال تأثيرات الجاذبية الخاصة بها و التي بدونها لا تستقيم حسابيا العديد من نماذج تفسير الانفجار الأول للكون و حركة المجرات. و يعتقد ان هذه المادة تتكون من جسيمات لايمكن قياسها بالامكانات العلمية الحالية أو أنها تقع في أبعاد أخرى غير الأبعاد الأربعة المعروفة.
قرين المادة
في النصف الأول من القرن العشرين كان أحد الفيزيائين الإنجليز – واسمه ديراك Dirak - يقوم بأبحاث على معادلات الالكترونات ، والالكترونات كما نعلم هي الجسيمات السالبة الشحنة التي تدور حول نواة الذرة ، وفي أثناء قيامه بهذه الأبحاث اكتشف أن المعادلات لها حلين وليس حل واحد . وأي واحد منا تعامل مع معادلات الدرجة الثانية يستطيع أن يدرك بسهولة هذا الموقف . فمعادلات الدرجة الثانية تحتوي على مربع كمية مجهولة ، والكمية المربعة دائما موجبة ، فحاصل ضرب 2x2 يعطى 4 كذلك حاصل ضرب 2-2x- يعطى أيضا نفس النتيجة . ومعنى ذلك أن الجذر التربيعي لــ 4 هو أما 2 أو - 2 . وقد كانت معادلات ديراك أكثر تعقيدا من هذا المثال ولكن المبدأ هو نفسه ، فقد حصل على مجموعتين من المعادلات إحداهما للاكترونات السالبة الشحنة والأخرى لجسم مجهول ذو شحنة موجبة . وقد قام ديراك ببعض المحاولات الغير ناجحة لتفسير سر هذا الجسيم المجهول ، فقد كان يؤمن بوجوده ، ولكن الفيزيائيين تجاهلوا بعد ذلك فكرة وجود جسيم موجب الشحنة ممكن أن يكون قرينا للالكترونات تماما كما يتجاهل المهندس الذي يتعامل مع معادلات الدرجة الثانية الحلول التي تعطى أطوالا أو كتلا سالبة .
وبعد عدة سنوات من أعمال ديراك النظرية وفي أوائل الثلاثينات اكتشفت أثار هذا الجسيم المجهول في جهاز يسمى بغرفة الضباب ( cloud chambre ) ، وعند دراسة تأثير المجال المغناطيسي على هذه الآثار اكتشف أن كتلة ذلك الجسيم تساوي كتلة الالكترون وانه يحمل شحنة موجبة ومساوية لشحنة الالكترون وعندئذ سمى هذا الجسيم بقرين الالكترون ( Antielectron ) أو بالبوزيترون ( Positron ) ومن ثم بدأ البحث عن قرائن الجسيمات الأخرى فمعنى وجود قرين للالكترون وجود قرائن للجسيمات الأخرى ، وفعلا بدأ اكتشاف هذه القرائن الواحد يلي الآخر وبدأ تقسيمها إلى أنواع لن ندخل في تفاصيلها وسوف نكتفي بذكر نتيجتها النهائية وهي وجود قرين لكل جسيم بل ولكل جسم .
واكتشاف قرين المادة يخبرنا باحتمال وجود عالم آخر يناظر عالمنا المادي ويتكون من قرائن الجسيمات أي من قرين المادة . أي هو هذا العالم الذي يتكون من قرين المادة ؟ هذا هو السؤال الذي لم يستطع أحد الإجابة عليه ، فالأرض تتكون أساسا من مادة وليس من قرائن المادة ، أما قرائن المادة التي يتم إنتاجها في الأشعة الكونية
( cosmic rays ) أو في معجلات الجسيمات ( Particle accelerator ) لا تعيش مدة طويلة في الأجواء الأرضية ، فبمجرد أن تنخفض سرعتها بعض الشيء تحتم عليها أن تواجه مصيرها المؤلم الذي لا تستطيع الفرار منه وهو المحق أو الإبادة بواسطة المادة المقابلة لها التي تملأ أجواء الأرض . فعندما يتقابل الجسيم مع قرينه أو المادة مع قرينها يبدد كل منهما الآخر ويختفي الاثنان في شيء يشبه الإنفجار متحولين كليهما إلى طاقة معظمها في صورة أشعة جاما .



حالة المادة هي الصفة الفيزيائية للمادة والتي تشير إلى شكل الترابط بين جزيئاتها.
الحالات الممكنة للمادة
الحالات الممكنة للمادة في الطبيعة هي الغازية والسائلة والصلبة، وحديثاً تم تصنيف البلازما على إنها إحدى الحالات الممكنة أيضاً لوجود المادة.
طبيعة حالات المادة
الغاز هو أحد حالات المادة ، ومثل السوائل فإن الغازات تصنف على إنها من الموائع: أي إن لها قابلية للجريان ولا تقاوم تغيير شكلها ، بالرغم من أن لها لزوجة . وعلى غير ما يحدث في السوائل ، فإن الغازات الحرة لا تشغل حجماً ثابتاً ولكنها تملأ أي فراغ تشغله .
طاقة حركة الغازات هي ثاني أهم شيءفى حالات المادة (بعد طاقة البلازما) . ونظراً لزيادة طاقة حركة الغازات فإن جزيئات وذرات الغازات تميل لأن تجتاز أي سطح يحتويها ، ويزداد هذا النشاط بزيادة طاقتها الحركية . ويوجد مفهوم خطأ يقول بأن اصطدام الجزيئات ببعضها ضروري لمعرفة ضغط الغاز ، ولكن الحقيقة هي أن سرعاتها العشوائية كافية لتحديد كمياتها ، فالاصطدامات بين الجزيئات مهمة فقط للحصول على توزيع ماكسويل-بولتزمان .
تم اشتقاق كلمة غاز عن طريق عالم كيمياء فلمنكي كتعبير عن نطقه للكلمة الإغريقية كاوس .
تتفرق جسيمات الغاز بطريقة معاكسة لجسيمات السوائل ، التي تتلامس . فجسيم مادي ( مثلاً ذرة غبار ) في الغازات تتحرك في حركة بروانية . وحيث إنه لا توجد تقنية حالية تمكننا من ملاحظة حركة جسيم غازي محدد ( ذرات أو جزيئات ) ، فإن الحسابات النظرية فقط هي التي تعطي اقتراحات عن كيفية تحركها، ولكن حركتها تختلف عن الحركة البروانية . والسبب في هذا أن الحركة البروانية تتضمن انزلاقاً سلساً تحت تأثير قوى الاحتكاك بين جزيئات الغاز بينما لها اصطدامات عنيفة بين جزيء أو جزيئات الغاز مع الجسيم . الجسيم ( غالباً يتكون من ملايين أو بلايين الذرات ) يتحرك في أشكال حادة ، وحتى الآن لا يوجد حدة تم توقعها لمتابعة جزيء غازي محدد .
التغيرات الفيزيائيه
ًتتغير المادة من حالة مادية أي جامدة أو سائلة أو غازية إلى أخرى تبعاً لدرجة الحرارة والضغط وعندما تتغير حالة شئ تتولد الحرارة أو تفقد إذ أن طاقة جسيماته تزداد أو تنقص وتتغير حالة المواد المختلفه عند درجات حراره مختلفه ...
وسنذكر هنا بعض أنواع التغيرات الفيزيائيه :
الإنصهار والغليان :
عندما يسخن الجامد ترتفع درجة حرارته وتكتسب جسيماته " جزيئاته " الطاقه إلى أن يبلغ نقطة الانصهار عنئذٍ يكون لدى الجسيمات " الجزيئات "مايكفي من الطاقة للانفصال عن جيرانها فينصهر الجامد ...
ويؤدي المزيد من الحرارة إلى ارتفاع درجة حرارة السائل إلى أن يبلغ نقطة غليانه فتتحرر الجزيئات بعضها عن بعض بكل تام ويتحول السائل إلى غاز ..
بعض المواد مثل ثاني أكسيد الكربون واليود والنفثالين تتحول من غاز إلى جامد ومن جامد إلى غاز دون المرور بالحالة السائله ويسمى هذا التغير تصعيداً أو تسامي
وتتغير درجة حرارة انصهار مادة أو غليانها إن كانت تحتوي على مقادير ضئيلة من مواد أخرى فمثلاً ينصهر الجليد عند درجة الصفر المئوي وعند إضافة الملح إلى الجليد تنخفض نقطة انصهاره ..
ويمكن تعريف الانصهار على أنه تحول المادة من الحالة الجامدة إلى الحالة السائلة كما يمكن تعريف الغليان على أنه تحول المادة من الحاله السائلة إلى الحالة الغازيه وهناك تغير فيزيائي يسمى التبخر ويعرف بنفس تعريف الغليان ولكن في الغليان تحتاج المادة السائلة لتتحول إلى غازية إلى مصدر حراري كاللهب بينما في التبخر فإن التحول يتم في درجة حرارة الغرفة . ويعرف التسامي على أنه تحول المادة من الحاله الجامده إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائله .
الحمات " الينابيع الحارة " :
هي نوافير من المياة الساخنه المغلية والبخار تنبثق من قشرة الأرض وتنشأ عندما تسخِّن الصخور الحارة الماء تحت الأرض ويبدأ الغليان .. عندما يتحول الماء إلى بخار يتراكم الضغط في القنوات ما بين الصخور وبعد ذلك تنبجس الحمة مطلقة نافوره من البخار والماء عالياً في الهواء
التكثف :
عندما يبرد الغز بدرجة كافيه يتكثف ويتحول إلى سائل وسبب ذلك أنه يبرد فتفقد جزيئاته الطاقه ولا تعود قادرة على البقاء بعيدة بعضها عن بعض .
ويتكثف بخار الماء عندما يلاقي أسطحاً باردة ويمكن تعريف التكثف على أنه تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة . التجمد :
عندما يبرد السائل بدرجة كافيه يتجمد حيث أن جزيئاته تفقد مزيداً من الطاقة ولا تعود قادرة على التغلب على التجاذب فيما بينها .
ويعرف التجمد على انه تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحاله الجامده.
مما سبق نلاحظ ان هذه التغيرات أ- عكوسه اي انه يمكن ان تتحول الماده من شكل إلى اخر ثم تعود لنفس الشكل الأول مرة أخرى فمثلا: 1- التجمد هو عكس الانصهار. 2- التبخر هو عكس التكثف.
ب- ان هذه التغيرات تحتاج إلى طاقه أو تطلق طاقة و الطاقة التي ترتبط بالتغيرات الفيزيائية هي الطاقة الحرارية.
ج- أن التغيرات الفيزيائية لا يصحبها تغير في تركيب المادة فالماء يتغير من شكل إلى آخر ولكن يبقى تركيبب جزيئاته كما هو H2o
النقطة المادية
نسمي نقطة مادية كل جسم تكون ابعاده صغيرة او مهملة بالنسبة للابعاد المميزة للحركة المدروسة, هندسيا نمثل الجسم بنقطةM.
مثال: الطائرة نقطة مادية مقارنة مع المسافات التي تقطعها.

[u]