הגדרת מצב החומר

פיזיקה וכימיה לומדים שניהם חומר, אנרגיה ואינטראקציות ביניהם. מחוקי התרמודינמיקה, מדענים יודעים שחומר יכול לשנות מצבים וסכום החומר והאנרגיה של מערכת הוא קבוע. כאשר מוסיפים או מוסרים אנרגיה לחומר, הוא משנה מצב ליצירת א מצב צבירה. מצב של עניין מוגדר כאחת הדרכים בהן משנה יכול לקיים אינטראקציה עם עצמה ליצירת הומוגני שלב.

משתמשים בביטויים "מצב החומר" ו"שלב החומר "זה בזה. לרוב זה בסדר. מבחינה טכנית מערכת יכולה להכיל מספר שלבים של אותו מצב של חומר. לדוגמה, מוט פלדה (מוצק) עשוי להכיל פריט, צמנט ואוסטניט. תערובת של שמן וחומץ (נוזל) מכילה שני שלבים נוזליים נפרדים.

בחיי היומיום קיימים ארבעה שלבי חומר: מוצקים, נוזלים, גזים, ו פלזמה. עם זאת, התגלו מספר מצבים נוספים של חומר. חלק ממצבים אחרים אלה מתרחשים בגבול בין שני מצבים של חומר שבהם חומר לא באמת מציג את המאפיינים של אף מצב. אחרים הם אקזוטיים ביותר. זוהי רשימה של כמה מצבי חומר ותכונותיהם:

מוצק: למוצק יש צורה ונפח מוגדרים. חלקיקים בתוך מוצק נארזים זה בזה קרוב מאוד קבועים בסידור מסודר. ניתן להזמין מספיק את הסידור ליצירת גביש (למשל, NaCl או גביש מלח שולחני, קוורץ), או שהסידור עלול להיות לא סדר או אמורפי (למשל שעווה, כותנה, זכוכית חלון).

נוזל: לנוזל יש נפח מוגדר אך חסר צורה מוגדרת. חלקיקים בתוך נוזל אינם ארוזים זה לזה קרוב למוצק, ומאפשרים להם להחליק זה מול זה. דוגמאות לנוזלים כוללות מים, שמן ואלכוהול.

גז: גז חסר צורה מוגדרת או נפח מוגדר. חלקיקי הגז מופרדים באופן נרחב. דוגמאות לגזים כוללות אוויר והליום בכדור פורח.

פלזמה: כמו גז, לפלזמה חסר צורה מוגדרת או נפח. עם זאת, חלקיקי פלזמה טעונים חשמלית ומופרדים על ידי הבדלים עצומים. דוגמאות לפלזמה כולל ברקים וההורורה.

זכוכית: כוס היא אמורפי מוצק ביניים בין סריג גבישי לנוזל. לעיתים זה נחשב למצב נפרד של חומר מכיוון שיש לו תכונות המבדלות ממוצקים או נוזלים ומכיוון שהוא קיים במצב גרוע.

מיותר: נוזל מיותר הוא מצב נוזלי שני המתרחש בסמוך אפס מוחלט. שלא כמו נוזל רגיל, לסופר נוזלים יש אפס צמיגות.

בונד-איינשטיין עיבוי: א בונד-איינשטיין עיבוי יכול להיקרא המדינה החמישית של החומר. בתוך בוס-איינשטיין עיבוי חלקיקי החומר מפסיקים להתנהג כישויות אינדיבידואליות ויכולים להיות מתוארים בתפקוד גל יחיד.

עיבוי פרמיוני: כמו עיבוי של בוזה-איינשטיין, חלקיקים במעבה פרמיוני עשויים להיות מתוארים על ידי תפקוד גל אחיד אחד. ההבדל הוא שהעיבוי נוצר על ידי פרמיונים. בגלל עקרון ההדרה של פאולי, פרמיונים אינם יכולים לחלוק את אותו מצב קוונטי, אך במקרה זה זוגות פרמיונים מתנהגים כבוזונים.

דרופלון: זהו "ערפל קוונטי" של אלקטרונים וחורים שזורמים כמו נוזל.

חומר מנוון: חומר מנוון הוא למעשה אוסף של מצבים אקזוטיים של חומר המופיעים בלחץ גבוה במיוחד (למשל, בתוך ליבות הכוכבים או כוכבי הלכת המסיביים כמו יופיטר). המונח "מנוון" נובע מהאופן בו החומר יכול להתקיים בשתי מדינות עם אותה אנרגיה, מה שהופך אותם להחלפה.

סינגולריות כבידה: ייחודיות, כמו במרכז חור שחור, היא לא מצב של עניין. עם זאת, זה מציין כי זה "אובייקט" שנוצר על ידי מסה ואנרגיה חסרי חומר.

חומר יכול לשנות מצבים כאשר מוסיפים או מוסרים אנרגיה מהמערכת. בדרך כלל, אנרגיה זו נובעת משינויים בלחץ או בטמפרטורה. כאשר החומר משתנה קובע שהוא עובר מעבר שלב או שינוי שלב.

• גודשטיין, ד. ל. (1985). מדינות החומר. דובר פיניקס. ISBN 978-0-486-49506-4.
• מורתי, ג.; et al. (1997). "סופרפלואידים וסופרסולידים על סריג דו-ממדי מתוסכל". סקירה גופנית ב. 55 (5): 3104. doi:10.1103 / PhysRevB.55.3104
• סאטון, א. פ. (1993). מבנה אלקטרוני של חומרים. פרסומי מדעי אוקספורד. עמ '. 10–12. ISBN 978-0-19-851754-2.
• וליגה, לורי (22 ביוני 2005) פיסיקאים של MIT יוצרים צורה חדשה של חומר. חדשות MIT.
• וואהב, M.A. (2005). פיזיקה של מצב מוצק: מבנה ותכונות של חומרים. אלפא מדע. עמ '. 1–3. ISBN 978-1-84265-218-3.