حالات المادة – الصلبة والسائلة والغازية وتغيرات الحالة
الفيزياءالفيزياء الحرارية والغازات17–18 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلسخّن جسيمات النيون أو الأرغون أو الأكسجين أو الماء أو برّدها أو اضغطها أو أضف إليها، لتراها تعيد ترتيب نفسها بين الحالة الصلبة والسائلة والغازية؛ فكل جسيم يتحرك فعلًا تحت قوى التجاذب والتنافر بين الجزيئات (جهد لينارد-جونز)، وليست حركة مرسومة مسبقًا. تسخّن شاشة «الحالات» وعاءً محكم الإغلاق أو تبرّده، وينفتح غطاؤه إذا اشتدت حرارته؛ وفي شاشة «تغيرات الحالة» تضغط بمكبس تسحبه بيدك، وتضيف جسيمات، وتقرأ مقياس الضغط ومخطط الطور، وقد ينفجر الوعاء إذا ضُغط بشدة وهو ساخن؛ أما شاشة «جهد التفاعل» فتقارن عمق آبار الجهد للمواد الأربع لتفسر اختلاف درجات غليانها. مقتبسة من محاكاة "States of Matter" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها.
الدرس: النموذج الجسيمي الحركي للمادة وتغيرات الحالة
ماذا تعرض
تتكون المادة من جسيمات يجذب بعضها بعضًا عن بُعد ويتنافر بعضها مع بعض عند الاقتراب الشديد، ويصف جهد لينارد-جونز هذا السلوك. في الحالة الصلبة تهتز الجسيمات حول مواضع ثابتة في شبكة، وفي الحالة السائلة ينزلق بعضها على بعض وتبقى متقاربة، وفي الحالة الغازية تتحرك بحرية وتملأ الوعاء. رفع درجة الحرارة يزيد طاقة الجسيمات الحركية حتى تتغلب على التجاذب فتتغير الحالة. وكلما كانت بئر الجهد أعمق (ε أكبر) احتاج فصل الجسيمات إلى طاقة أكبر، فترتفع درجة الغليان.
طريقة الاستخدام
في تبويب «الحالات» اختر «المادة»، ثم اضغط «صلب» أو «سائل» أو «غاز»، أو حرّك منزلق «تسخين / تبريد:» ولاحظ حركة الجسيمات. في تبويب «تغيرات الحالة» اسحب المكبس الرمادي لضغط الوعاء، وأضف جسيمات، وراقب مقياس الضغط ونقطة الحالة على مخطط الطور. في تبويب «جهد التفاعل» حرّك منزلق «المسافة r:» وقارن عمق آبار الجهد. اضغط «إعادة ضبط الشاشة» للبدء من جديد.
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشات كاملة (3 شاشات), أساسيات (شاشتان)
- شاشة البداية الحالات, تغيرات الحالة, جهد التفاعل
- المادة في البداية النيون, الأرغون, الأكسجين (O₂), الماء (H₂O)
- الجسيمات في البداية (شاشة الحالات) 20–100 جسيم
- الحالة الابتدائية صلب, سائل, غاز
أسئلة للاستكشاف
- ما الذي يتغير في حركة الجسيمات عند الانتقال من الحالة الصلبة إلى السائلة ثم إلى الغازية؟
- لماذا يرتفع الضغط بسرعة عند ضغط الوعاء وهو في درجة حرارة عالية؟
- أي المواد الأربع لها أعمق بئر جهد، وكيف يرتبط ذلك بدرجة غليانها؟
