אנו מסבירים מהו החומר בפיזיקה ומה המאפיינים שלו. בנוסף, המדינות שהיא מציגה והמבנה שלה.
מהו חומר (פיזיקה)?
לפי הגישה של ה גוּפָנִי, חומר מתייחס לכל ישות שניחנה בה מסה משלו ומסוגל לכבוש א מֶרחָב ברגע מסוים. כל העצמים הפיזיים עשויים מחומר, ממכונית ועד א אָטוֹם וה חלקיקים יסודות שמרכיבים אותו.
מושג החומר בשדה הפיזיקה הוגדר והוגדר מחדש במשך מאות שנים, מימי קדם (כאשר התעורר רעיון האטומים), ועד לתקופתם של אייזק ניוטון ואחר כך אלברט איינשטיין. גילוי החומר התת-אטומי וחנוכת הפיזיקה של החלקיקים היו האירוע המהפכני ביותר בתחום בכל הנוגע לחשיבה על חומר.
לכן, ההגדרה הראשונית של החומר שנתנו הספיקה לענפי הפיזיקה הקלאסיים, אבל היא בעייתית בתחום המדע. מכניקה קוואנטית, שם המושגים של "מסה" ו"מרחב" הרבה יותר מסובכים.
מאפייני החומר בפיזיקה
לחומר תכונות ספציפיות מסוימות, כגון מסה ו כרך, כלומר החומר תופס א אזור נקבע במרחב-זמן. משמעות הדבר היא שלחומר יש תכונות מדידות, כגון פרופורציות (אורך, רוחב, גובה), ה צְפִיפוּת, ה מִשׁקָל, קשיות, נזילות, גמישות ועוד רבים אחרים. להכיר את החומר זה להבין בדיוק את התכונות הפיזיקליות שלו, שונות בתכלית מאלו של, למשל, ה אֵנֶרְגִיָה.
מצד שני, החומר חייב להיות באחד מהמצבים או השלבים הידועים, לפי התפלגות, קיבוץ ומאפיינים שלו. חלקיקים. כך, העניין מוצג במדינה מוצק, נוזל י גזי, אם כי גם, בתנאים קיצוניים מסוימים של לחץ וטמפרטורה, ניתן למצוא אותו במצב פלזמטי (גז מיונן). ישנם עוד מצבים מורכבים יותר של חומר שנלמדים בתחומים מתקדמים של פיזיקה ושאינם יציבים.
בנוסף לחומר, יש את אנטי חומר, שניתן להבין כחומר המורכב מאנטי-חלקיקים. לכל חלקיק יסודי שקיים, יש עוד חלקיק זהה אבל עם מטען חשמלי הפוך, מה שגורם להשמדה של שניהם בעת אינטראקציה.
מצבי החומר
ישנם שלושה מצבים עיקריים של חומר, לפי הפיזיקה: מוצק, נוזלי וגזי, אם כי ישנם גם מצבים אחרים פחות שכיחים, כגון פלזמה או עיבוי פרמיוני, שניתן לשחזר רק במעבדה. לכל מצב פיזיקלי מאפיינים שונים שקשורים רבות לאופן שבו חלקיקי המערכת הנחקרת מסודרים במרחב ולאנרגיה שיש להם.
- מוצק. חלקיקי החומר המוצק קרובים מאוד זה לזה, טורפים כוחות משיכה חזקים מאוד. לכן, הם מתנהגים כגוף אחד, עם לכידות רבה, צְפִיפוּת וצורה קבועה. הם מציגים עמידות בפני פיצול ויש להם נזילות נמוכה או ללא: לא ניתן לדחוס אותם, וכאשר הם נשברים או מקוטעים, מתקבלים מהם מוצקים אחרים בגודל קטן יותר.
- נוזלים. חלקיקי החומר הנוזלי מוחזקים יחד על ידי כוחות משיכה, הרבה יותר חלשים ופחות מסודרים מאלה של מוצקים. מסיבה זו, נוזלים חסרים צורה קבועה ויציבה, כמו גם לכידות ו סיבולת, כך שהם מקבלים את הצורה של המיכל שמכיל אותם. יש להם נזילות רבה (ניתן להחדירם לחללים קטנים) ומתח פנים שגורם להם להיצמד למשטחים, הם לא ניתנים לדחיסה במיוחד ולמעט מיםהם נוטים להתכווץ בנוכחות קור.
- גזים. חלקיקי החומר הגזי נמצאים במצב כה של פיזור ומרחק שהם כמעט ולא מצליחים להישאר ביחד לחלוטין: כוח המשיכה ביניהם חלש, מה שגורם למצב של אי סדר ביניהם. לא מצליח להתאחד וליצור גוף קומפקטי מאסיבי, ה כוח משיכה אין לזה השפעה ניכרת עליהם. הם תופסים נפח גדול בהרבה מנוזלים ומוצקים, מכיוון שהם נוטים להתרחב עד שהם תופסים את כל מֶרחָב שמכיל אותם. חסר להם צורה ונפח קבועים ולעיתים חסרי צבע ו/או חסרי ריח.
ניתן להפוך חומר ממצב אחד לאחר, רק על ידי שינוי התנאים של טֶמפֶּרָטוּרָה י לַחַץ שאליו אתה נמצא. התכונות הכימיות שלו, לעומת זאת, יישארו זהות.
מבנה החומר
כל החומר הידוע מורכב מיחידות מיקרוסקופיות הנקראות אטומים הנוצרים, בתורם, על ידי שלושה חלקיקים תת-אטומיים:
- אלקטרונים. בעלי מטען שלילי וגודל קטן, חלקיקים אלה מקיפים את גרעין האטום בקבוצה של מסלולים הנקראים אורביטלים, עם כמות גדולה או קטנה יותר של אֵנֶרְגִיָה לפי קרבתו או מרחקו מהגרעין.
- פרוטונים. ניחנים במטען חיובי ומעלה, הם נמצאים בגרעין האטום, ומהווים את החלק העיקרי במסה ומשקלו.
- ניוטרונים. ללא כל מטען חשמלי, הם נמצאים בגרעין האטום יחד עם הפרוטונים, ומספקים מסה ומשקל לאטום למרות שהם אינם משפיעים אלקטרומגנטיות.
בהתאם למספר האלקטרונים, הפרוטונים והנייטרונים שיש לאטום, הוא יהווה את יסודות כימיים ידוע ומסווג בטבלה המחזורית. לדוגמה, האטום הפשוט ביותר שקיים הוא מימן, שיש לו רק אלקטרון אחד ופרוטון אחד.