شهدت مواقع التواصل الاجتماعي مؤخرًا زيادة ملحوظة في البحث حول حالة من حالات المادة تحت درجات الحرارة المرتفعة جدًا، مثل حالة البرق.
في هذه المقالة، سنستعرض جميع حالات المادة، ونوضح كيف تتغير حالة المادة تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة جدًا، بالإضافة إلى تقديم معلومات أساسية حول المادة بشكل عام.
حالة المادة تحت درجات الحرارة المرتفعة جدًا
للإجابة على هذا التساؤل، من الضروري أولاً التعرف على مفهوم المادة وأنواعها المختلفة.
ما هي المادة؟
المادة تشير إلى الكيانات التي تتكون من جزيئات، أو التي تُستخدم في تشكيل أنواع أخرى من المواد. تتميز المادة بخصائص فيزيائية وكيميائية وبيولوجية، ويمكن أن تتواجد في حالات مختلفة مثل الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية.
تستعمل المادة في مجالات متعددة، قد تكون غذائية أو ضارة بالصحة كالمواد السامة، ويمكن أن تكون مرئية أو غير مرئية للعين المجردة، مع إمكانية رصدها بعد معالجتها بوسائل محددة.
الخصائص الميكانيكية للمواد
تمتلك المواد خصائص ميكانيكية متنوعة، وقابلة للاختبار من خلال الشد. تشمل هذه الخصائص ما يلي:
المرونة
تشير إلى قدرة المادة على استعادة شكلها الأصلي بعد الضغط عليها، رغم تعرضها للتشوه.
قوة الشد النهائية
تعبّر عن الحد الأقصى من الضغط الذي يمكن أن تتحمله المواد قبل أن تنكسر.
قوة الإنتاج
تكون هذه القوة ناشئة عن الضغط الذي يؤثر على المادة بهدف إنتاج كميات معينة من مادة محددة.
الليونة
تعكس مدى التأثر الذي قد تتعرض له المادة نتيجة ضغوط معينة.
تكنولوجيا المواد
تعتبر تكنولوجيا المواد نظامًا مركزيًا يشمل جميع المراحل المتعلقة بعملية إنتاج المواد في شكلها النهائي، انطلاقًا من المواد الخام. هذه التكنولوجيا تعتمد على خصائص المواد خلال مراحل تصنيعها، إذ يتطلب تنوع الخصائص استراتيجيات مختلفة في تصنيع ومعالجة المواد. وتساهم تكنولوجيا المواد في تطوير خصائص جديدة، مما يؤدي إلى ظهور تطبيقات مبتكرة.
العلم المتعلق بالمادة يتداخل بشكل وثيق مع تكنولوجيا المواد، حيث يُعتبر أساسًا للأنظمة التكنولوجية المتنوعة التي تُعنى بدراسة خصائص المادة على المستوى الفيزيائي والكيميائي.
أهمية علم المواد
تكمن أهمية علم المواد في قدرته على إنتاج ابتكارات مستدامة في ميادين المواد والهندسة، مما يسهم في تحسين المواد المستخدمة.
يساهم العلم في تقديم حلول جديدة للتحديات اليومية في مجالات التكنولوجيا والمجتمع والبيئة، وينتج عن ذلك تطوير مواد بيولوجية، إلكترونية، ومعادن ضرورية في المجالات الهندسية.
ما هي حالات المادة؟
توجد عدة حالات للمادة، والتي تشمل:
الحالة الصلبة
تتميز المواد في حالتها الصلبة بوجود شكل وحجم ثابتين، نتيجة لتماسك جزيئاتها معًا. عادةً ما تتخذ المواد الصلبة أشكالًا بلورية، مثل السكر والألماس وكلوريد الصوديوم.
يوجد أيضًا مواد صلبة مثل الصخور والخشب. يمكن أن تتحول المواد السائلة أو الغازية إلى الحالة الصلبة عند تعرضها للتبريد، كما تظهر في الأنهار الجليدية التي كانت في الأصل مواد سائلة.
الحالة السائلة
تتميز المواد في حالتها السائلة بوجود حجم ثابت، لكن شكلها يعتمد على الوعاء الذي تحتويه، مثل الماء والزيوت.
يمكن تكوين الحالة السائلة من خلال تبريد الغازات، نتيجة لتقليل سرعة جزيئات الغاز بسبب البرودة. كما يمكن تحويل المواد الصلبة إلى الحالة السائلة من خلال تسخينها، كما يحدث مع الحمم البركانية.
الحالة الغازية
تتميز الجزيئات في الحالة الغازية بأنها متباعدة عن بعضها بشكل كبير وتمتلك طاقة حركية عالية مما يسمح لها بالانتشار بحرية وعدم الالتزام بشكل معين.
عند تخزين الغاز في وعاء محكم، تتمدد الجزيئات لتملأ الحيز المتاح. يتعرض الغاز للضغط عند تقليل حجم الوعاء، مما يؤدي إلى تقارب جزئياته وزيادة الضغط عند حدوث التصادمات أو بسبب ارتفاع درجات الحرارة.
ما هي حالة البلازما للمواد؟
تعرف حالة البلازما بأنها واحدة من حالات المادة الطبيعية، وهي تختلف تمامًا عن الحالات الأخرى (الصلبة، السائلة، الغازية). تحدث هذه الحالة عندما تفقد الذرات استقرارها بسبب تأثيرات خارجية، مما يؤدي إلى تغير سلوك المادة.
تشكل البلازما نتيجة تعرض الغازات لدرجات حرارة مرتفعة، مما يسمح بانفصال الإلكترونات عن النوى، مكونة أيونات. يمكن أيضًا إنتاج البلازما باستخدام تقنيات مثل الليزر أو الميكروويف.
نظرًا لطبيعتها المشحونة، تتفاعل البلازما مع المجالات الكهرومغناطيسية وتقوم بتوصيل الطاقة الكهربائية. لا تمتلك البلازما شكلاً ثابتًا وتتغير عند تعرضها لمجالات مغناطيسية، وتتواجد في ظواهر مثل النجوم، البرق، والشفق القطبي.
حالة المادة تحت درجات الحرارة المرتفعة جدًا
بعد الاستعراض لطبيعة المواد وحالاتها المتنوعة، نستطيع الآن تحديد حالة المادة تحت درجات الحرارة المرتفعة جدًا، مثل حالة البرق، حيث تكون البلازما.
تحدث البلازما عند تعريض المادة لدرجات حرارة شديدة أو إشعاعات أو جهد عالي، وهذا ما يحدث أثناء حدوث البرق.
تعتبر البلازما إحدى الحالات الكونية الطبيعية، حيث لا توجد حصريًا على الأرض، بل تُعتبر النجوم بمثابة كور بلازمية تحددها الحرارة الشديدة.
ويعتبر الغاز عنصراً رئيسياً في تكوين البلازما، مما يساهم في انتشارها وحركتها السريعة، حيث تستخدم الغازات النبيلة (الهليوم، النيون، الزينون) لإنتاج إشارات متوهجة تعتمد على الطاقة الكهربائية لتحويل الغازات إلى حالة البلازما.