النموذج الجزيئي الحركي
| English | العربية |
|---|---|
| particles/ˈpɑːtɪklz/ | جسيمات |
| kinetic particle model/kɪˈnetɪk ˈpɑːtɪkl ˈmɒdl/ | نموذج الجسيمات الحركية |
| solid/ˈsɒlɪd/ | صلب |
| liquid/ˈlɪkwɪd/ | سائل |
| gas/ɡæs/ | غاز |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | درجة حرارة |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | الصفر المطلق |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | كلفن |
| Brownian motion/ˈbraʊnɪən ˈməʊʃn/ | الحركة البرونية |
كل شيء مصنوع من جسيمات
- إذا نظرت عن قرب بما يكفي، ستجد أن كل المادة تتكون من جسيمات دقيقة لا تتوقف عن الحركة.
- هذه الفكرة الواحدة — نموذج الجسيمات الحركية — تفسر solids وliquids وgases والحرارة والضغط.
- لنرى ما الذي تفعله الجسيمات.
حالات المادة الثلاث
- صلب — جسيمات مكعبة بنمط منتظم، فقط اهتزاز. شكل وحجم ثابتان.
- سائل — جسيمات لا تزال قريبة لكنها فوضوية؛ تنزلق فوق بعضها البعض. حجم ثابت، يأخذ شكل الإناء.
- غاز — جسيمات متباعدة، سريعة وعشوائية. تمتلئ الإناء بالكامل.
ضغط الغاز (قانون بويل)
زوِّد المكبس للداخل لتقليص الحجم. نفس عدد الجزيئات يُضغط في حيز أقل، فتصطدم بالجدران بشكل متكرر أكثر فيرتفع الضغط — بينما يبقى حاصل ضرب الضغط × الحجم ثابتًا.
في أي حالة تكون الجزيئات بعيدة عن بعضها، سريعة الحركة، وتتجه في اتجاهات عشوائية؟
جزيئات الغاز بعيدة عن بعضها وتتحرك بسرعة في اتجاهات عشوائية، وتملأ الوعاء. أما المواد الصلبة فتتذبذب فقط؛ والسوائل تنزلق فوق بعضها البعض.
درجة الحرارة وطاقة الجسيمات
- تسخن المادة وتتحرك جسيماتها أسرع — تكتسب طاقة حركية.
- درجة الحرارة هي مقياس لـ متوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
- أقل درجة حرارة ممكنة هي الصفر المطلق، $-273\ {}^{\circ}\text{C}$ — الجسيمات لديها أقل طاقة.
النموذج الجسيمي للصلب والسوائل والغازات
درجة الحرارة مقياس لـ:
الأكثر سخونة يعني أن الجزيئات تتحرك أسرع، لذا فإن درجة الحرارة تقيس متوسط طاقتها الحركية.
مقياس كلفن
- غالباً ما يقيس العلماء درجة الحرارة بـ كلفن (K)، بدءاً من الصفر المطلق.
- للتحويل:
- لذلك $0\ {}^{\circ}\text{C} = 273\ \text{K}$ و$27\ {}^{\circ}\text{C} = 300\ \text{K}$.
حوّل $27\ {}^{\circ}\text{C}$ إلى كلفن.
$T = \theta + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
ضغط الغاز
- جسيمات الغاز تصطدم باستمرار بـ جدران إنائها. كل اصطدام هو دفع صغير.
- الضغط هو محصلة قوى هذه الاصطدامات على كل وحدة مساحة.
- سخّن الغاز (حجم ثابت) → اصطدامات أسرع وأقسى وأكثر تكراراً → ضغط أعلى.
- اضغطه ليصبح أصغر (درجة حرارة ثابتة) → اصطدامات أكثر في الثانية على كل مساحة → ضغط أعلى.
- لكتلة ثابتة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة، $pV = \text{constant}$ (نصف الحجم → ضعف الضغط).
غاز حجمه $200\ \text{cm}^3$ عند ضغط $100\ \text{kPa}$. تم ضغطه ليصل إلى حجم $100\ \text{cm}^3$ عند درجة حرارة ثابتة. ما هو الضغط الجديد بوحدة الكيلوباسكال (kPa)؟
$pV$ ثابت: $100 \times 200 = p \times 100$، إذن $p = 200\ \text{kPa}$. تخفيض الحجم لنصفه يضاعف الضغط.
تسخين غاز في علبة محكمة بإ体积 ثابت يزيد من ضغطه.
الجزيئات الساخنة تتحرك أسرع وتصطدم بالجدران بقوة أكبر وأكثر تكرارًا، فيرتفع الضغط.
حركة براون
- تحت المجهر، ترفرف حبيبات الدخان في الهواء على مسارات عشوائية ومتقطعة.
- هذه حركة براون: الحبيبات الكبيرة تُدفع عشوائياً بواسطة جسيمات هواء سريعة وغير مرئية.
- إنه دليل قوي على أن المادة فعلاً تتكون من جسيمات متحركة.
اصطدامات عشوائية من جسيمات هواء سريعة وغير مرئية تدفع حبيبة الدخان على مسار متقطع وعشوائي
تتذبذب ذرات الدخان بشكل عشوائي تحت المجهر. يحدث ذلك لأن:
الحركة البراونية: جزيئات هوائية صغيرة وسريعة تحرك ذرات الدخان الكبيرة حولها، وهو دليل على حركة الجزيئات.
لقد فهمت الأمر
- صلب (ثابت، اهتزاز) · سائل (قريب، انزلاق) · غاز (متباعد، سريع)
- درجة الحرارة = متوسط الطاقة الحركية للجسيمات؛ الصفر المطلق $= -273\ {}^{\circ}\text{C}$
- $T\,(\text{K}) = \theta\,({}^{\circ}\text{C}) + 273$
- ضغط الغاز = اصطدامات الجسيمات لكل وحدة مساحة؛ عند درجة حرارة ثابتة $pV = \text{constant}$