دما ، فشار و حالت های مواد
در این ویدیو به صورت خلاصه ، مبحث حالت های ماده (جامد مایع گاز پلاسما) و فشار را شرح میدهم و و پس از آن موضوع نشر و جذب را با مثال توضیح وسپس به سوال ویدیوی قبل در رابطه با تولید امواجی با فرکانس بالا (توسط رشته سیم تنگستن لامپ) پاسخ می دهم – توجه کنید مشاهده تمامی ویدیو هایی که بر روی کاور علامت دایره قرمز دارند برای درک ویدیو های بعدی و درک بهتر اعجاز های علمی قرآن کریم الزامی می باشد
در ویدیوی قبلی به بحث امواج و اثر داپلر پرداختیم که در نهایت به این سوال رسیدیم که امواجی با فرکانس نور بالا چطور تولید می شوند . قبل از پرداختن به پاسخ این سوال ابتدا نیاز ازت با برخی مفاهیم آشنا شویم
مفهوم دما
برای بیان دما معمولا از سه واحد معروف استفاده می‌کنیم ، سلسیوس ،کلوین، فارنهایت ،
فارنهایت در آمریکا استفاده زیادی داره و در کشور ما استفاده از واحد سلسیوس مرسومه
اما از نظر علمی واحد کلوین اهمیت بالاتری داره،چون از پایین‌ترین دمای ممکن که بهش صفر کلوین یا صفر مطلق میگن شروع میشه و ادامه پیدا میکنه
صفر کلوین برابر ۲۷۳٫۱۵- سانتیگراد هست که دانشمندان در آزمایشگاه‌های پیشرفته توانستند تا حد زیادی به این دما نزدیک بشن(۳۸ پیکو کلوین ). با کاهش دما حرکت کاهش پیدا میکنه، تا اینکه در صفر کلوین حرکت ذرات متوقف میشه. اما رسیدن به این دما مانند رسیدن به سرعت نور محدودیت‌های علمی مخصوص به خودش رو داره (مثل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ).
نکته دیگری که لازمه در این باره بدونید ، مبحثی به نام دمای منفی هستش، که درباره دمای زیر صفر کلوین صحبت میکنه، که بررسی این مورد گیج کننده و خارج از محدوده این بحثه، و همین مقدار کافیه که بدونید رسیدن به دمای زیر صفر کلوین ،به معنای اینکه دانشمندان تونستند به صفر کلوین برسند نیست.
حالا اگر از دمای صفر کلوین شروع کنیم و کم کم دمای ماده را افزایش بدیم چه اتفاقی می‌افته؟ همانطور که در کلیپ‌های قبلی توضیح دادیم بین ذرات ماده نیروهایی وجود داره و این نیرو باعث میشه ذرات به همدیگه متصل بشن.
مثلاً این نیرو بین اتم‌های شیشه خیلی قوی‌تر از مولکولهای آبه ،و همین باعث میشه در دمای عادی ،آب به صورت مایع و شیشه به صورت جامد باشه.
و هرچی این نیرو قوی‌تر باشه ،ماده مورد نظر مقاومت بیشتری از خودش در مقابل ذوب شدن نشون میده .اما عامل عمومی هم وجود داره که بررسیش اهمیت زیادی داره. در کنار نیروهای بین اتمی و بین مولکولی ،فشار محیط هم میتونه بر حالت ماده موثر باشه.
برای نمونه اگر ما در سطح آب‌های آزاد قرار داشته باشیم ، آب در دمای ۱۰۰ درجه شروع به جوشیدن میکنه، اما اگر بالای کوه اورست قرار داشته باشیم آب در حدود ۶۸ درجه شروع به جوشیدن میکنه، و کلیپ‌های زیادی هم در اینترنت هستند که با ایجاد خلا روی آب ، آب را در دماهای پایین به جوش میارن ، وعلت این موضوع اینه که مولکولهای موجود در هوا هم دارای وزنی هستند و این وزن باعث میشه مولکولهای هوا به همدیگه فشار وارد کنند و هرچه این فشار بین مولکول‌ها بیشتر باشه، مولکولهای آب باید انرژی بیشتری داشته باشند تا بتونن به فضای بین مولکولهای هوا وارد بشن .
مثل جمعیت متراکمی که هرچه شلوغ‌تر باشه، شما برای ورود به این جمعیت باید قدرت و انرژی بالاتری داشته باشید.
برای بیان فشار معمولاً از واحد اتمسفر، بار یا پاسکال استفاده میشه .فشار هوا در سطح دریا تقریباً یک اتمسفر هست و این به این معناست که وقتی شما در ساحل هستید، تقریباً به هر سانتی‌متر مربع از بدن شما یک کیلوگرم داره فشار وارد میشه اما درست مانند مانند ماهی که در اعماق اقیانوس زندگی میکنه، شما متوجه این فشار نمی‌شید.
با توجه به اینکه مساحت بدن یک انسان بالغ حدود ۱۹ هزار سانتی‌متر مربعه، در فشار یک اتمسفر حدود ۱۹ تن فشار بر بدن یک انسان بالغ وارد میشه . وقتی شما هوای داخل یک ظرف رو تخلیه می کنید ،ظرف مچاله میشه، در حقیقت علت این اتفاق همون فشار هواست ،چون در داخل ظرف دیگه این فشار وجود نداره که با فشاری که از بیرون بهش وارد میشه، مقابله کنه.
همچنین جالبه بدونید تجهیزات وکیومی، مثل هولدر های وکیوم موبایل ، به واسطه وجود فشار هوا کارایی دارند و این وسایل در خلا کامل کارایی خودشون رو از دست میدن.
حتی دیگر لوازم هم مثل سرنگ در شرایط خلا کارایی نخواهند داشت.
حتی دونستن این موضوع در زندگی روزمره میتونه جان شما رو نجات بده ، وقتی خودرو به داخل آب سقوط میکنه
به دلیل فشار آبی که در بیرون وجود داره ،شما قادر نیستید درب خودرو رو باز کنید ،تا زمانی که آب وارد ماشین بشه و فشار داخل ماشین و فشار بیرون از ماشین برابر بشه ، به همین علت نیازه در سریعترین زمان ممکن از شیشه خودرو خارج بشید و برای باز کردن درب خودرو تلاش نکنید.
این نکته را هم اضافه کنم که شیشه برقی خودروها اغلب تا ۱۰ دقیقه بعد از سقوط در آب به کارکرد خودش ادامه میده و عدم آگاهی نسبت به این موضوع سالیانه خیلی ها رو به کام مرگ میکشونه.
نکته دیگری که باید بدونید در رابطه با دیاگرام فاز یا نمودار فازی هست ، هر ماده‌ای با توجه به ساختار خودش نمودار فازی مخصوص به خودش رو داره.
منبع تصویر فرادرس
در این نمود نمودار ،در محور عمودی فشار رو نمایش میدن و در محور افقی دما . در عکس زیر نمودار فاز عنصر کربن رو می‌تونید ببینید. اگر دقت کنید در پایین نمودار یعنی فشارهای پایین، کربن با افزایش دما مستقیماً از حالت جامد به حالت گاز تبدیل میشه(تصعید).
و در بالای نمودار یعنی در فشارهای بسیار بالا ،الماس شکل می‌گیره و به همین علت هم تولید الماس کار چالش برانگیزی است.حالا برمی‌گردیم به موضوع افزایش دما. با افزایش دما انرژی جنبشی ذرات افزایش پیدا میکنه و با افزایش حرکت ذرات ، پیوندهایی که بین اون‌ها وجود داره می‌شکنه و در نتیجه ماده از حالت جامد به مایع تبدیل میشه و اگر به روند افزایش دما ادامه بدیم ماده از حالت مایع به حالت گا تبدیل میشه.
حالت های ماده به جامد مایع و گاز ختم نمیشه و حالت های دیگری از ماده وجود دارند، که معروف‌ترین اون‌ها حالت پلاسما نام داره ،که بالای ۹۹درصد از ۴ درصد ماده شناخته شده در جهان در این حالت قرار داره و تنها کمتر از یک درصد از ماده به صورت حالت‌های معروف شناخته شده برای ما، یعنی جامد، مایع، و گاز هستند.
پس از رسیدن از حالت مایع به حالت گاز اگر همچنان به افزایش دما ادامه بدیم به مرحله‌ای میرسیم که الکترون‌های موجود در اتم شروع به جدا شدن از اتم میکنند و بدین ترتیب ، ترکیب یا سوپی از اتم‌ها با بار مثبت و الکترون‌ها با بار منفی شکل می‌گیره.
این موضوع به ماده اجازه میده تا خواص الکترومغناطیسی از خودش نشون بده. و باعث میشه ماده بتونه نسبت به میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی واکنش داشته باشه.
به این علت پلاسما به عنوان یک حالت مجزا از حالت گاز شناخته میشه.
پلاسما معمولا بسیار داغه و خورشید ما و ستاره‌هایی که در آسمان شب می‌بینیم از پلاسما تشکیل شدند اما نوع خاصی از پلاسما رو هم میشه در دمای پایین ایجاد کرد که به پلاسمای سرد معروف هستش.
لامپ‌های پلاسما یا چراغ خواب‌های پلاسما نمونه زیبایی از این حالت هستند .
یکی از سوالاتی که اغلب مردم بهش توجهی ندارند و به بچه‌هام درست آموزش داده نمیشه اینه که چرا وقتی همه نورها رو با هم مخلوط می‌کنیم.در نهایت به نور سفید میرسیم ولی وقتی تمامی رنگها رو با هم مخلوط کنیم در نهایت به رنگ مشکی میرسیم. پاسخ این سوال در جذب و نشر امواج نهفته است.
نور سفید از تمامی رنگها تشکیل شده، ( مثال نور خورشید اه باعث تشکیل رنگین کمان میشه)
وقتی نور سفید به یک سطح قرمز برخورد میکنه ، سطح مورد نظر تمام رنگ هارو جذب خودش میکنه به جز رنگ قرمز و درنهایت رنگ قرمز به سمت ما بازتاب داده میشه و به این علته که ما جسم رو به رنگ قرمز می بینیم .
به طور مشابه این اتفاق برای رنگ های دیگر هم رخ میده . درنتیجه اگر ما تمامی رنگها رو مخلوط کنیم در نهایت به رنگ مشکی میرسیم ، و هیچ نوری به سمت ما بازتاب داده نمیشه.
و به این دلیل هست که شما با پیراهن مشکی در آفتاب احساس گرمای بیشتری می‌کنید.
اما مایع نور مثل رنگ نیست که چیزی رو جذب خودش کنه و باعث حذفش بشه، بلکه نورها رو وقتی با هم مخلوط کنیم با همدیگه جمع میشن و در نهایت به نور سفید میرسیم. نور سفید از سه رنگ اصلی تشکیل میشه که بهش به اختصار آر جی بی میگن (RGB) که مخفف سه رنگ قرمز سبز و آبیه و به کمک این سه رنگ نور که در پیکسل های مانیتوریا گوشی شما وجود داره، می‌تونید هر رنگی رو تولید کنید.
حالا این امواج که فرکانس بالایی هم دارند چگونه تولید میشن ؟
خاطرتون باشه در کلیپ قبلی توضیح دادم که حرکت الکترون‌ها باعث تولید امواج الکترومغناطیسی میشن و متوجه شدیم که افزایش دما،موجب افزایش حرکت یا ارتعاش ذرات میشه، این افزایش ارتعاش، شامل الکترون‌ها میشه. الکترون در حالت ثابت میدان الکتریکی داره و حرکتش باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی میشه،سپس میدان مغناطیسی جدید ایجاد شده با میدان الکترون تداخل میکنه و باعث تغییر در میدان الکتریکی ،الکترون میشه، در نهایت تکرار این فرایند باعث ایجاد امواج الکترومغناطیس خواهد شد.
در قدم بعدی با افزایش دما و افزایش سرعت نوسان ذرات ،امواج ولید شده نیز به فرکانس‌های بالاتر یا طول موج‌های کوتاه‌تر میل میکنند و حالا با این پیش زمینه به سوال ویدیوی قبل پاسخ میدیم.
با عبور جریان برق از داخل رشته سیم لامپ، به دلیل مقاومت، دمای رشته تنگستن داخل لامپ بالا میره، در نتیجه با افزایش انرژی جنبشی ذرات ،ذرات می‌تونن امواجی رو با فرکانس‌هایی بسیار بالاتر از فرکانس جریان برق ایجاد کنند. تقریبا از این ویدیو به بعد به مباحث پیچیدتری مثل کوانتوم میرسیم . ویدیوهایی که تا اینجا تولید شدن همه در حوزه اطلاعات عمومی قرار می‌گیرند و دیدن این ویدیو برای درک ویدیوهای بعدی الزامیه.
جهت از دست ندادن مطالب بعدی کانال آیس استار را در آپارات ، یوتیوب و اینستاگرام دنبال کنید
این مطلب توسط آیس استار تهیه و تدوین شده و انتشار آن تنها با درج متن زیر(داخل پرانتز) همراه با لینک های فعال موجود در آن مجاز میباشد.
(نویسنده : وحید نورافشان
منبع : آیس استار
جهت از دست ندادن مطالب بعدی در کانال های آیس استار را دنبال کنید
www.icestar.ir
تماشا در یوتیوب
ترکیب رنگ نور ها
سرد ترین نقطه جهان و صفر کلوین
حالت مواد و کاربرد پلاسما
اطلاعات بیشتر(ویکی پدیا)
حالت های ماده
