كيف تؤثر درجة الحرارة على حالة المادة؟

درجة الحرارة هي قياس متوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات داخل المادة ويمكن قياسها باستخدام ثلاثة مقاييس مختلفة: مئوية وفهرنهايت وكلفن. بغض النظر عن المقياس المستخدم ، تظهر درجة الحرارة تأثيرها على المادة بسبب علاقتها بالطاقة الحركية. الطاقة الحركية هي طاقة الحركة ويمكن قياسها على أنها حركة الجزيئات داخل الجسم. إن دراسة تأثير درجات الحرارة المختلفة على الطاقة الحركية يحدد آثارها على حالات المادة المختلفة.

تتكون المادة الصلبة من جزيئات معبأة بإحكام معًا ، مما يمنح الجسم بنية صلبة مقاومة للتغيير. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ الطاقة الحركية للجزيئات داخل المادة الصلبة في الاهتزاز ، مما يقلل من جاذبية هذه الجزيئات. هناك عتبة درجة حرارة ، يشار إليها باسم نقطة الانصهار ، حيث يصبح الاهتزاز كافيًا بما يكفي لتتحول المادة الصلبة إلى سائل. تحدد نقطة الانصهار بدورها درجة الحرارة التي سيتحول عندها السائل إلى الحالة الصلبة ، لذا فهي أيضًا نقطة التجمد.

في السائل ، لا يتم ضغط الجزيئات بإحكام كما في المادة الصلبة ، ويمكنها التحرك. يعطي هذا السائل خاصية مهمة تتمثل في قدرته على اتخاذ شكل الحاوية التي يتم الاحتفاظ بها. مع زيادة درجة حرارة السائل - وبالتالي الطاقة الحركية - تبدأ الجزيئات في الاهتزاز بسرعة أكبر. ثم يصلون إلى العتبة التي تصبح فيها طاقتهم كبيرة جدًا بحيث تهرب الجزيئات إلى الغلاف الجوي ، ويتحول السائل إلى غاز. تسمى عتبة درجة الحرارة هذه بنقطة الغليان إذا كان التغيير من سائل إلى غاز مع زيادة درجة الحرارة. إذا كان التغيير من غاز إلى سائل حيث تنخفض درجة الحرارة تحته ، فهذه هي نقطة التكثيف.

تمتلك الغازات أعلى طاقة حركية مقارنة بأي حالة من حالات المادة ، وبالتالي تحدث عند أعلى درجات الحرارة. لن تؤدي زيادة درجة حرارة الغاز في نظام مفتوح إلى تغيير حالة المادة لأن جزيئات الغاز ستصبح متباعدة بشكل لا نهائي. ومع ذلك ، في النظام المغلق ، ستؤدي زيادة درجة حرارة الغازات إلى زيادة الضغط المستحق إلى الجزيئات تتحرك بشكل أسرع وزيادة تواتر الجزيئات التي تضرب جوانب وعاء.

يعتبر الضغط أيضًا عاملاً عند فحص تأثيرات درجة الحرارة على حالات المادة المختلفة. وفقًا لقانون بويل ، ترتبط درجة الحرارة والضغط ارتباطًا مباشرًا ، مما يعني أن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة مقابلة في الضغط. يحدث هذا مرة أخرى بسبب الزيادة في الطاقة الحركية المرتبطة بزيادة درجة الحرارة. عند الضغط ودرجات الحرارة المنخفضة بدرجة كافية ، قد تتجاوز المادة الصلبة المرحلة السائلة وتتحول مباشرة من مادة صلبة إلى غاز من خلال عملية تسمى التسامي.