حالات المادة وتغيراتها
| الموقع: | منصة النفيس للتعليم الإلكتروني |
| المقرر: | الكتاب الإلكتوني في الفيزياء للسنة الأولى متوسط |
| كتاب: | حالات المادة وتغيراتها |
| طبع بواسطة: | مستخدم ضيف |
| التاريخ: | الأربعاء، 17 سبتمبر 2025، 5:55 PM |
1.1. معاينة أجسام مادية في حالات فيزيائية مختلفة وتغيراتها
نشاط التعرّف على حالات المادة الثلاث
تجربة
- لديك بيشر بسعة 100 mL وحوض واسع به ماء.
- جرّب ولاحظ:
- ثَبِّتْ في قاع البيشر قطعة منديل ورقي (يمكنك استعمال شريط لاصق)، ثم انكس البيشر وضعه في الحوض.
- أخرج البيشر بحذر وضعه منكوسًا على الطاولة ثم امسح يديك إذا كانت مبللة.
- استخرج قطعة المنديل. هل هي مبللة؟
- فسِّر ما تلاحظ.
- ضع الآن البيشر منكوسًا داخل الحوض، ثم قم بإِمالته قليلاً. ماذا تلاحظ؟
استنتاج
- من التجربتين السابقتين، ما هي حالة المادة في كل بيشر؟
1.2. خصائص الحالة الصلبة
نشاط 1 : ما هي خصائص الأجسام الصلبة؟
- تمعن في الوثائق التالية.
- إليك الصور التي تمثل أجساماً مختلفة.
- ما هي الأجسام الصلبة الموجودة في الشروط العادية والأجسام الصلبة الموجودة في الشروط غير العادية؟
- صنّف بعض الأجسام الصلبة في الصور السابقة من حيث:
- إمكانية إمساكها بأصابع اليد.
- ثبات أو تغير شكلها.
- ثبات أبعادها.
- قساوة، ليونة أو قابلية انضغاطها.
استنتاج
- ما هي الصفات المشتركة للأجسام الصلبة؟
1.3. خصائص الحالة السائلة
نشاط 1: هل للسائل شكل خاص؟ وكيف يكون سطحه الحر؟
إليك الوسائل التالية: قارورة فيها ماء، ملون غذائي، بيشر، مخبار، حوجلة.
تجربة 1
- أضف للماء الموجود في القارورة ملوِّنا غذائيا.
- خذ 100ml من الماء الملوّن في البيشر، ثم اسكب هذه الكمية في مخبار مدرّج (وثيقة 4).
- خذ نفس الكمية ثم اسكبها في الحوجلة.
- ماذا تلاحظ في ما يخص شكل السائل؟
فسّر
- هل يأخذ الماء نفس الشكل مهما كان الإناء؟
استنتج
- هل السوائل قابلة للسكب؟ وهل يتغير حجمها عند تغيير الإناء الموضوعة فيه؟
تجربة 2 : السطح الحر للسائل
السطح الحر لسائل، هو سطح السائل الذي يلامس الهواء في حالة الراحة.
- في رأيك، هل يحافظ السطح الحر لسائل دوما على شكله؟
- اقترح تجارب تتعرف من خلالها على شكل السطح الحر لسائل في حالة الراحة.
- ناقش اقتراحاتك مع زملائك بتوجيه من الأستاذ.
- أنجز التجارب التي اتفقتم عليها.
- هل الرمل سائل؟ علل.
استنتج
- كيف يكون السطح الحر لسائل في حالة الراحة؟
نشاط 2: هل السوائل قابلة للانضغاط؟
جرّب ولاحظ
- خذ كمية من الماء الملوّن بحقنة بلاستيكية ثم سُدّها بإحكام (انظر الوثيقة 5).
- بحذر، وباستعمال مكبس الحقنة، اضغط على الماء الموجود بداخلها.
أسئلة للمناقشة
- ماذا تحس عندما تضغط على المكبس؟
- ماذا يحدث لو واصلت في الضغط على المكبس؟
استنتج
- هل السوائل قابلة للانضغاط؟
1.4. خصائص الحالة الغازية
نشاط 1: هل الغازات قابلة للانضغاط؟
- خذ حقنة بلاستيكية فارغة ثم قم بسدّها بإحكام.
- اضغط على مكبس الحقنة.
- ماذا تلاحظ عند الضغط على المكبس؟
استنتاج:
- هل الغازات قابلة للانضغاط؟
نشاط 2: هل الغازات لها شكل ثابت؟
الوسائل: قارورة مشروب غازي، سدادة يخرج منها أنبوب بلاستيكي، كرات منفوخة مختلفة الأشكال.
جرب ولاحظ
- خذ قارورة المشروب الغازي وأغلقها بسدادة يخرج منها أنبوب بلاستيكي متصل بإحدى الكرات المنفوخة جزئيًا بالهواء.
- ماذا تلاحظ بعد بضع ثوانٍ.
- أعد التجربة باستخدام كرة منفوخة ثانية تختلف في شكلها عن الأولى.
- ماذا تلاحظ بعد بضع ثوانٍ في كل تجربة؟
استنتاج:
- كيف يكون الشكل الذي يأخذه الغاز؟
1.5. النموذج الحبيبي للمادة
نقترح عليك نموذجا يسمح بشرح خواص المادة. تتكون المادة من حبيبات صغيرة جدا لا يمكن رؤيتها، وتتميز هذه الحبيبات بالخصائص التالية:
- احتفاظها بنفس الأبعاد ونفس الكتلة.
- عدم تغير عددها في الجسم الواحد.
- عدم تشوهها.
- يفصل بينها فراغ.
- يمكنها أن تكون مضطربة.
توظيف النموذج الحبيبي للمادة
استنادًا إلى التمثيل الحبيبي للمادة (الوثيقة 8)، يمكنك التعرف على الحالات الفيزيائية للمادة:
- الحالة الصلبة: الحبيبات متقاربة جدًا ومرتبة بشكل منتظم، مع مسافات صغيرة بينها. هذا يفسر ثبات الشكل والحجم في المواد الصلبة.
- الحالة السائلة: الحبيبات متقاربة لكنها أقل ترتيبًا من الحالة الصلبة، وتتحرك بشكل حر نسبيًا، مما يفسر قدرة السوائل على أخذ شكل الإناء مع الحفاظ على حجم ثابت.
- الحالة الغازية: الحبيبات متباعدة جدًا وتتحرك بحرية تامة، مما يفسر إمكانية ضغط الغازات واتخاذها شكل الإناء الذي توضع فيه.
تمثيل المواد باستخدام النموذج الحبيبي
في الزجاجيات (الوثيقة 9)، توجد المواد التالية: قطعة جليدية مكعبة، زيت، هواء. سيتم تمثيل كل مادة باستخدام النموذج الحبيبي:
1. قطعة جليدية مكعبة
في الحالة الصلبة مثل قطعة الجليد:
- الحبيبات متقاربة جدًا ومرتبة بشكل منتظم.
- تتواجد الحبيبات في شبكة متماسكة مما يعكس الشكل الثابت والصلابة.
- المسافات بين الحبيبات صغيرة، مما يجعل الجليد يحتفظ بشكله وحجمه الثابت.
2. زيت
في الحالة السائلة مثل الزيت:
- الحبيبات متقاربة لكن غير منظمة.
- تتحرك الحبيبات بحرية أكبر مقارنة بالحالة الصلبة، مما يفسر قدرة الزيت على أخذ شكل الإناء.
- المسافات بين الحبيبات أكبر من الحالة الصلبة، مما يتيح للزيت التدفق وتغيير شكله حسب الوعاء.
3. هواء
في الحالة الغازية مثل الهواء:
- الحبيبات متباعدة جدًا وتتحرك بحرية تامة.
- لا توجد ترتيب منتظم بين الحبيبات، مما يسمح للهواء بملء أي حجم ويأخذ شكل الإناء.
- المسافات بين الحبيبات كبيرة جدًا مقارنة بالحالة السائلة أو الصلبة.
يمكنك تصور التمثيل الحبيبي لكل مادة من خلال النظر إلى ترتيب الحبيبات والمسافات بينها، مما يساعد في فهم خصائص المادة في كل حالة فيزيائية.
2.1. كيف تتغير حالة جسم مادي
النشا ط 1- الحالة الفيزيائية للجسم المادي
إليك الصور التالية والتي تمثل مناظر وأجساماً مادية مختلفة:
- حمم بركانية
- جبل جليدي
- جليد على فرع شجرة
- طائرة نفاثة
- فوارة في بحيرة
أسئلة:
- حدد الصور التي تمثل الأجسام السائلة الموجودة في الشروط غير العادية.
- لماذا تتحول الحمم البركانية تدريجياً إلى صخور؟
- لماذا تتكون الجبال الجليدية في المحيطات؟
- لماذا يتشكل الضباب؟
- لماذا نرى وراء الطائرات النفاثة دخانًا أبيض؟ ممّ يتكون؟
- كيف يتشكل الجليد؟
- كيف تتشكل الفوارة في البحيرة (الغيْزر)؟
استنتاج:
لماذا يحدث تحوّل فيزيائي لجسم مادي من حالة إلى أخرى؟
2.2. دراسة تغيرات حالة المادة
النشاط 1 : هل تحافظ المادة على كتلتها أثناء تحول حالتها الفيزيائية؟
الوسائل المستعملة
أنبوب اختبار، ماء مقطر، بيشر سعته 100 mL، جليد، ملح الطعام، محرار، حوض زجاجي، ميزان الكتروني.
جرّب ولاحظ
- حضّر خليطاً من الجليد وملح الطعام في الحوض الزجاجي. إذا كانت درجة حرارة المخبر مرتفعة، استعمل سائلاً مبرّداً كنت قد وضعته في الثلاجة، ثم ضع كمية منها في البيشر إلى 3/4 من حجمه.
- ضع 50 mL من الماء البارد (حوالي 6°C) في البيشر وباستعمال الميزان الإلكتروني، زِن كمية الماء المستعملة.
- ضع أنبوب الاختبار داخل البيشر، وأضف بداخله محراراً، ثم انتظر بعض الدقائق إلى غاية تحول كمية الماء إلى جليد.
- بإستعمال الميزان الإلكتروني ، زن كمية الجليد الناتجة ،قارن بين كتلة الجليد المستعملة وكتلة الماء الناتجة.
فسر
- كيف تحصلنا على الجليد؟
- ما هو دور المزيج (جليد + ملح الطعام)؟
- ماذا يمثل الجليد الناتج؟
- كيف نسمي هذا التحول؟
- هل تتغير كتلة الماء أثناء هذا التحوّل؟
إستنتج
- ما هو سبب تَغَيُّر الحالة الفيزيائية للجسم المادي من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة؟
النشاط 2 : دراسة التحول صلب - غاز
الوسائل المستعملة
كمية من بلورات اليود، بيشر 500mL، منبع حراري.
جرّب ولاحظ
- ضع كمية من بلورات اليود في البيشر ثم ضعه فوق منبع حراري. ماذا تلاحظ؟
- ضع فوق البيشر قارورة زجاجية فيها قطع جليدية. ماذا تلاحظ؟
أسئلة
- كيف يسمى التحول الفيزيائي للجسم المادي من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية؟
استنتاج
ما هو سبب تَغَيُّر الحالة الفيزيائية للجسم المادي من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية؟
النشاط 3 : هل للضغط تأثير في تغير حالة الجسم؟
الوسائل المستعملة
جهاز تفريغ الهواء، بيشر 100mL، ماء، محرار.
تجربة 1
سخن الماء حتى الغليان ثم ضع كمية قليلة منه (50mL) في قارورة بلاستيكية وسدها بإحكام مباشرة (الوثيقة 14)، ثم اتركها عند درجة الحرارة السائدة في المكان (أو ضعها في حوض به ماء بارد لربح الوقت).
أسئلة
- ما هو الغاز الذي تحويه القارورة في بداية التجربة (مباشرة بعد سدها)؟
- بين بداية التجربة ونهايتها، كيف تغير كل من:
- درجة حرارة الغاز داخل القارورة؟
- حجم القارورة؟
- ضغط الغاز داخل القارورة؟
استنتاج
هل تَغَيِّر الحالة الفيزيائية للجسم المادي له تأثير على الضغط؟
تجربة 2
خذ قارورة بلاستيكية فارغة من الماء وسُدها بإحكام ثم ضعها في مجمد الثلاجة لبضعة ساعات. أخرجها. ماذا تلاحظ؟
استنتاج
ما الذي يميز الهواء عن الماء؟
تجربة 3
- ضع 100mL من الماء في البيشر ثم سخنه دون الغليان (حوالي 40°C).
- ضع البيشر داخل الناقوس الزجاجي المزود بجهاز تفريغ الهواء. شغل جهاز تفريغ الهواء.
أسئلة
- ماذا تلاحظ؟
- كيف يؤثر الضغط في درجة حرارة غليان الماء؟
استنتاج
هل للضغط تأثير في تَغَيِّر الحالة الفيزيائية للجسم المادي؟
3. احتفظ بالأهم
الجسم المادي هو كل جسم يشغل حيزاً من الفراغ، أي له حجم وله كتلة ويتكون من حبيبات دقيقة لا تُرى بالعين المجردة. ويمكن للجسم المادي في الشروط العادية (من الضغط ودرجة الحرارة) أن يتواجد في حالة من إحدى حالاته: الصلبة، السائلة والغازية.
بعض التحولات الفيزيائية
- يمكن للجسم المادي أن يتحول من حالة لأخرى، ويدعى بالتحول الفيزيائي.
- تعتبر درجة الحرارة والضغط من العوامل المسببة في حدوث تحول فيزيائي.
- تحافظ المادة على نوعها وكتلتها أثناء تحول حالتها الفيزيائية، ولكن يتغير حجم البعض منها في معظم الأحيان.
مخطط للتحويلات الفيزيائية
- التبخر
- التكاثف
- التجمد
- الانصهار
- التسامي
الحالة الغازية
- التبخر هو تحول حالة المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية دون أن يحدث الغليان.
- يجب التفريق بين بخار الماء، وهو غاز عديم اللون، وبين الضباب، الذي يمثل قطرات صغيرة من الماء المعلقة في الهواء، وبين الأبخرة الناتجة عن الاحتراق التي تمثل حبيبات مادة صلبة معلقة في الهواء.
النموذج الحبيبي
في التحول صلب - سائل:
تتباعد حبيبات المادة في الجسم الصلب بعضها عن البعض وتصبح أكثر حركة ويكتسب الجسم المادي عندئذ خصائص الجسم السائل، أي يصبح له قابلية للسكب والجريان ويتخذ شكل الإناء الذي يحويه.
في التحول سائل - غاز:
تتباعد حبيبات المادة في الجسم المادي السائل عن بعضها البعض وتصبح مضطربة وتتحرك في كل الاتجاهات ويكتسب الجسم المادي عندئذٍ، خصائص الجسم الغازي حيث يتوسع في كامل الفضاء الذي يحيط به.