ما هي الحاله التي تكون لها اعلى طاقة

كتابة: Abeer mahdey آخر تحديث: 23 مايو 2022 , 07:12

الحالة التي تكون لها اعلى طاقة هي

إذا كنت لم تسمع من قبل عن النظرية الجزيئية الحركية للمادة، فحتمًا أنت تتسائل ما هي الحاله التي تكون لها اعلى طاقة؟ الحالة التي تكون لها أعلى طاقة هي الحالة الغازية، من المتعارف عليه أن حالات المادة ثلاث، صلبة، وسائلة وغازية، وتتكون المادة من جزيئات تتحرك باستمرار، تمتلك كل الجسيمات طاقة، تختلف هذه الطاقة باختلاف درجة حرارة عينة المادة، وعلى هذا الأساس يتم تحديد حالة المادة إذا كانت صلبة، أو سائلة، أو غازية، درجة حرارة المادة تعتبر مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات، فعندما تتغير حركة الجسيمات، قد تتغير حالة المادة، يزداد متوسط مقدار المسافة بين الجزيئات عندما تنتقل بشكل تدريجي من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، أو من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، بين الجزيئات ما يسمى بقوى الجذب، وتصبح أقوى كلما اقتربت من بعضها البعض، والعكس صحيح، ومن كل ما سبق نستنتج أن الجزيئات في المرحلة الصلبة تمتلك أقل كمية طاقة، اذا تحولت للحالة السائلة امتلكت طاقة أكبر، حتى اذا تحولت للحالة الغازية، وهي الحالة الأعلى طاقة.

طريقة تحول حالة المادة من الأقل طاقة إلى الأعلى طاقة

يمكننا استخدام الماء كمثال توضيحي لعملية التحول من الحالة الأقل طاقة، إلى الحالة الأعلى طاقة، يمر الماء بالحالات الثلاثة للمادة، في حالته الصلبة (الجليد)، تمتلك جزيئات الماء طاقة قليلة جدًأ، في هذه الحالة ترتبط الجزيئات ببعضها البعض بشكل وثيق في نمط منتظم يسمى الشبكة، ولا يمكنها الإبتعاد عن بعضها، إذا عرضنا الجليد للحرارة يتحول إلى (ماء سائل)، بالتسخين تزداد طاقة الجزيئات وتتغلب على قوى الجذب الجزيئية (الشبكة)، التي تجعل الجزيئات قريبة من بعضها البعض، وهذا هو سبب حركة الماء السائل الإنسيابية، أن الجزيئات في الحالة السائلة تتمتع بحرية أكبر مما كانت عليه في الشبكة الصلبة، إذا تم تسخين جزيئات الماء بشكل أكبر، فإنها تتحول إلى الحالة الغازية، أي أن الماء السائل سوف يتحول إلى (بخار الماء)، تمتلك جزيئات الغاز طاقة أكبر، بالإضافة لأن قوى الجذب بين جزيئاتها ضعيفة جدًا نظرًأ لبعد المسافات بين الجزيئات.

ويعتبر تحول المادة من حالة إلى حالة قائم على النظرية الجزيئية الحركية للمادة وتشرح النظرية الجزيئية الحركية للمادة كيف يمكن للمادة أن تتغير بين حالات المواد، الصلبة، والسائلة، والغازية، ويمكن أيضًا توضيح هذه النظرية من خلال عملية الانتشار، والانتشار هو حركة الجسيمات من تركيز عالِ إلى تركيز منخفض، على سبيل المثال عند وضع قطرات من ملون الطعام في الماء، يمكنك ملاحظة اللون ينتشر ببطء عبر الماء، إذا لم تكن المادة مصنوعة من الجسيمات، فببساطة سوف نرى مجموعة من الألوان، حيث لن تكون هناك وحدات أصغر يمكن ملاحظتها تتحرك، وتختلط بالماء.[1]

ما الحالة التي تكون لها أقل طاقة

قد نمى إلى علمك مسبقًا أن الحالة الغازية للمادة، هي الحالة الأعلى طاقة من حالات المادة الثلاثة، وذلك لأن قوى الجذب بين جزيئاتها هى الأضعف من بين باقي الحالات، نظرًا لتباعد جزيئاتها، وتتباعد الجزيئات، وتضعف قوى الجذب نتيجة تعريض المادة للحرارة، إذًا ما الحالة التي تكون لها أقل طاقة؟ الحالة التي لديها أعلى قوة جذب بين جزيئاتها هي الحالة الصلبة، عادة ما يوصف شىء بأنه صلب إذا كان محتفظ بشكل معين، لا يمكن ضغطه، تتمتع المواد الصلبة بكثافة عالية، نظرًا لتقارب جزيئاتها، إذا كنت تجلس الآن على كرسى، أمام جهاز الحاسوب الخاص بك، موضوعًا على طاولة، أو مكتب، فكلها عناصر صلبة.

والمواد الصلبة الجزيئية هي مواد ترتبط جزيئاتها بعضها ببعض بقوى (فان دير فال)، وهو يعتبر ارتباط ضعيف يؤثر على خواصها، فتميل لكونها لينة، أو قابلة للتشوه، ولها نقاط انصهار منخضفة، تكاد تكون متطايرة، أو تتحول مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، دون المرور على السائلة، وغالبًا ما تعطي هذه الخاصية المواد رائحة مميزة، وفي حين أن الدرجة المناسبة لانصهار المعادن، والمواد الصلبة 1000 درجة مئوية، فإن معظم المواد الصلبة الجزيئية تذوب عن درجة حرارة أقل من 300 درجة مئوية، كما أن لها كثافة منخفضة نسبيًا، كما أن الروابط بين الجزيئات طويلة نسبيًأ، بالتالي هي ضعيفة، وبسبب طول المسافات بين الجزيئات وحيادية شحنتها، فإن المواد الصلبة الجزيئية هي عوازل كهربائية.

وتعتبر الحالة السائلة هي الحالة الوسطى بين الحالتين، الصلبة والغازية، ويمكن أن تكون الحالة المناظرة لحالة المواد الصلبة الجزيئية، فالمسافة بين جزيئاته ليست قريبة جدًا كما في المواد الصلبة، وليست بعيدة جدًا كما في المواد الغازية، وتتمتع جزيئات السوائل بالقدرة على التحرك والانزلاق، وتأخد المادة في هذه الحالة شكل الحاوية التي هي بداخلها، وأسهل في الضغط من المواد الصلبة، إلا أنه لايزال من الصعب ضغطها، وتعتبر طاقة الحالة السائلة أعلى من طاقة الحالة الصلبة، وأقل من طاقة الحالة الغازية.[1][2]

الوصول للحالة الأعلى طاقة عن طريق التسخين

درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات في مادة ما، تقاس بميزان حرارة، أو مستشعر لدرجة الحرارة للكشف عن درجة حرارة مادة ما، وهناك نوعان من مقاييس درجة الحرارة شائعة الاستخدام: درجة مئوية ويشار لها بالرمز (°C)، وكلفن، ويشار لها بالرمز (K)، ودرجة الحرارة لا تظهر الطاقة المخزنة بجسم ما، يتم قياس الطاقة المخزنة في جسم ما، أو نظام عن طريق الجول  (J).

عندما يتم نقل الطاقة عن طريق التسخين، يمكن أن يحدث عدة أشياء:

  • تغيير الطاقة المخزنة في النظام.
  • تغيير الحالة الفيزيائية للنظام، من الصلبة للسائلة، ومن السائلة إلى الغازية.
  • تحدث بعض التفاعلات الكيميائية.

ويعتمد التغيير في درجة حرارة النظام على عدة أشياء:

  • كمية الطاقة الحرارية المنقولة إلى النظام.
  • كتلة المادة.
  • طبيعة المادة.[3]

الطاقة الحرارية اللازمة لتغيير الحالة

  • حرارة الإندماج الكامنة.
  • حرارة التبخر الكامنة.

يلزم لكل مادة، أو لكل حالة نسبة معينة من الطاقة الحرارية لتغيير حالتها، ولكل مادة نوعان من درجات الحرارة الكامنة:

حرارة الإندماج الكامنة: هي كمية الطاقة اللازمة لتجميد، أو إذابة المادة عند نقطة إنصهارها.

حرارة التبخر الكامنة: هي كمية الطاقة اللازمة لتبخير، أو تكثيف المادة، عند منقطة غليانها.

عادة ما يتطلب غليان مادة ما، طاقة أكبر من إذابتها، بالتالي فإن حرارة التبخر الكامنة للمادة، أكبر عادةً من حرارة الإندماج الكامنة للمادة، ويتم حساب تغيرات الطاقة الحرارية لتغيير الحالة باستخدام هذه المعادلة البسيطة: الطاقة الحرارية لتغيير الحالة=الكتلةXالحرارة الكامنة النوعية، وتقاس الطاقة الحرارية لتغيير الحالة بالجول(J)، وتقاس الكتلة بالكيلو جرام (KG)، وتقاس الحرارة الكامنة النوعية بالجول لكل كيلو جرام (J/Kg).[3]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى