حالات المادّة والتحوّل بينها
يقارن ترتيب دقائق المادّة وحركتها في الحالات الصلبة والسائلة والغازية، ويفسّر تحوّل الماء من حالة إلى أخرى بالتسخين والتبريد.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: حالات المادة: أساسيات — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (١): حالات المادّة — الجزء الأول، ص ٥١
خطوات التجربة
افتح شاشة «الحالات»، واختر «الماء»، ثم اضغط زرّ «صلب». هذا يشبه مكعّب الجليد في نشاط الكتاب: صِف ترتيب الدقائق وحركتها.
اسحب منزلق الموقد نحو «تسخين» وأبقِه هناك، وراقب «درجة الحرارة» وحركة الدقائق حتى يصير الماء سائلًا.
أعِد المنزلق إلى الوسط حين يصير الماء سائلًا، وقارن ترتيب الدقائق بما كان في الحالة الصلبة.
سخّن مرة أخرى حتى يصير الماء غازًا، ولاحظ أين تذهب الدقائق في الإناء وكيف تتحرّك.
اسحب المنزلق نحو «تبريد» وأبقِه حتى يعود الماء صلبًا، لتجيب عن سؤال الكتاب: هل يمكن إعادة بخار الماء إلى جليد؟
أكمل جدولًا كجدول الكتاب للحالات الثلاث: ترتيب الدقائق، وحركتها، وهل تملأ الإناء كله أم تبقى في جزء منه.
الفكرة العلمية
تتكوّن المادّة من دقائق صغيرة جدًّا. في الحالة الصلبة تكون الدقائق متماسكة ومتراصّة، وتهتزّ في أماكنها دون أن تنتقل، فيبقى للجسم الصلب شكله. وفي الحالة السائلة تكون الدقائق متقاربة لكنها أقلّ تماسكًا، فتنزلق بعضها فوق بعض، ولذلك يأخذ السائل شكل الإناء. وفي الحالة الغازية تكون الدقائق متباعدة وتماسكها ضعيف جدًّا، فتتحرّك بحرّية وتنتشر في الإناء كله. والتسخين يجعل الدقائق تتحرّك أسرع وتتباعد، فينصهر الجليد ثم يتبخّر الماء، والتبريد يعكس ذلك. والدقائق نفسها تبقى في الحالات الثلاث، فلا تتحوّل إلى مادّة أخرى، كما بقي الطلبة أنفسهم في لعبة الملعب. لاحظ أن المحاكاة تُظهر عددًا قليلًا من الدقائق في إناء مغلق، ولا تُظهر حجم المادّة كما يظهر في الكأس المدرّجة.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
كيف ظهرت دقائق الماء في الحالة الصلبة في المحاكاة؟
- ساكنة تمامًا لا تتحرّك
- متراصّة ومرتّبة، وتهتزّ في أماكنها
- متباعدة وتتحرّك في كل الاتجاهات
- متقاربة وتنزلق بعضها فوق بعض
اعرض الإجابة
ب) متراصّة ومرتّبة، وتهتزّ في أماكنها
الدقائق في الصلب متماسكة ومتراصّة، لكنها ليست ساكنة؛ فهي تهتزّ في أماكنها. من اختار «ساكنة تمامًا» ظنّ أن بقاء الدقيقة في مكانها يعني أنها لا تتحرّك. ووصف الانزلاق يخصّ السائل، والتباعد يخصّ الغاز.
ماذا حدث لدقائق الماء حين سخّنته في المحاكاة؟
- كبر حجم كل دقيقة
- زاد عدد الدقائق
- تحوّلت الدقائق إلى مادّة أخرى
- صارت تتحرّك أسرع وتتباعد
اعرض الإجابة
د) صارت تتحرّك أسرع وتتباعد
التسخين يجعل الدقائق تتحرّك أسرع فتتباعد. لكنها لا تكبر ولا يزيد عددها: الذي يزداد هو المسافة بينها. وهذا الخلط بين «المسافة بين الدقائق» و«حجم الدقيقة» من أكثر الأخطاء شيوعًا. ولو تحوّلت إلى مادّة أخرى لما عاد الماء جليدًا بالتبريد.
لماذا ملأ الماء الإناء كله حين صار غازًا، ولم يملأه وهو سائل؟
- لأن دقائق الغاز متباعدة وتماسكها ضعيف جدًّا فتتحرّك بحرّية
- لأن دقائق الغاز أكبر من دقائق السائل
- لأن الغاز لا كتلة له
- لأن عدد دقائق الغاز أكبر
اعرض الإجابة
أ) لأن دقائق الغاز متباعدة وتماسكها ضعيف جدًّا فتتحرّك بحرّية
دقائق الغاز ضعيفة التماسك، فتتحرّك بحرّية في كل الاتجاهات وتنتشر في الإناء كله. والدقائق هي نفسها في الحالتين، فلم يتغيّر حجمها ولا عددها. وللغاز كتلة، لكن دقائقه متباعدة.
سخّنت الماء حتى صار غازًا ثم برّدته حتى صار صلبًا. هل عادت الدقائق إلى ترتيبها الأول؟ ماذا تستنتج؟
اعرض الإجابة
نعم، عادت الدقائق متراصّة ومرتّبة كما كانت. فالماء لم يتحوّل إلى مادّة جديدة؛ تغيّرت حالته فقط بتغيّر حركة دقائقه وتباعدها. ويمكن إعادة بخار الماء إلى جليد بتبريده.
في لعبة الملعب كان الطلبة متماسكي الأيدي ثم تباعدوا وقفزوا بحرّية. اربط كل مرحلة من اللعبة بحالة من حالات الماء رأيتها في المحاكاة.
اعرض الإجابة
الصفوف المرتّبة مع وضع الأيدي على الأكتاف والقفز في المكان تشبه الحالة الصلبة: دقائق متراصّة تهتزّ في أماكنها. والوقوف العشوائي مع تشبيك الأيدي يشبه السائل: دقائق متقاربة تتحرّك قليلًا. وفكّ الأيدي والقفز في كل الاتجاهات يشبه الغاز: دقائق متباعدة تتحرّك بحرّية.