تفسيرات باستخدام النموذج الحركي
يمكن تفسير الكثير من الملاحظات باستخدام النموذج الحركي. ومن هذه الملاحظات:
- تحتفظ المواد الصلبة بشكلها، لأن الجُسيمات تكون متراصّة بإحكام ومتقاربة جدًّا.
- تتّخذ المادة السائلة شكل وعائها، لأن جُسيماتها حرّة الحركة نسبيًّا.
- تملأ المادة الغازية وعاءها، لأن جُسيماتها تتحرّك فيه بحرِّية مُطلقة.
- تنتشر المواد الغازية من مكان إلى آخر، الأمر الذي يمكّننا على سبيل المثال من شم العطر في جميع
أنحاء الغرفة التي انتشرت فيها جُسيمات العطر، لأنها تتحرّك بحرّية مُطلقة.
- وعلى نحو مماثل تنتشر المواد الذائبة في المادة السائلة. كأن تذوب بلورات السكّر في الشراب وتنتشر جُسيماتها في جميع أنحاء المادة السائلة، حيث تحملها جُسيمات المادة السائلة المتحرّكة. وتكون حركة جُسيمات السكّر أسرع في الشراب الأكثر سخونة، لذا ينتشر السكّر فيه بسرعة أكبر.
- تتمدّد معظم المواد الصلبة عندما تنصهر، إذ تتباعد الجُسيمات في الحالة السائلة أكثر مما هي في الحالة الصلبة
- تتمدّد المواد السائلة كثيرًا عندما تغلي، وتتباعد جُسيمات المادة الغازية أكثر بكثير مما كانت عليه في الحالة السائلة، ويمكننا التفكير في هذا الموضوع بصورة معاكسة، فجُسيمات المادة الغازية تتقارب كثيرًا عندما تتكثّف، فإذا ما تم، بما يكفي، تبريد كامل هواء الغرفة التي أنت فيها، فسوف يتكثّف لتشكيل طبقة رقيقة سائلة على الأرضية
التبخّر
علمتَ أن درجة غليان الماء تبلغ 100 °C ، ولكن يمكن أن يتحوّل الماء إلى حالته الغازية من دون تسخينه إلى علمتَ أن درجة غليان الماء تبلغ 100 °C ، ولكن يمكن أن يتحوّل الماء إلى حالته الغازية من دون تسخينه إلى 100 °C . ألا تلاحظ أن الماء في البِرَك التي شكّلتها الأمطار الغزيرة، يجفّ في النهاية، رغم أن درجة حرارة 100 °C . ألا تلاحظ أن الماء في البِرَك التي شكّلتها الأمطار الغزيرة، يجفّ في النهاية، رغم أن درجة حرارة
التبخُّر Evaporation : تحوُّل المادَّة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عند درجة حرارة أقلّ من درجة غليانها.
تتبخّر المادة السائلة بسرعة أكبر عندما تقترب درجة حرارتها من درجة غليانها. فدرجة الحرارة المرتفعة في
المناطق الاستوائية تجعل بِرك المياه تجفّ سريعًا بعد كل عاصفة مطرية، حيث تصل درجة الحرارة إلى 30 °C ، لكن البِرَك في المناطق الباردة قد تستمرّ لعدة أيام، حيث تكون درجة حرارة الجوّ قريبة من 0 °C .
كيف نستخدم النموذج الحركي للمادة في شرح التبخّر؟ تخيّل كوب ماء يتبخّر منه الماء تدريجيًّا كيف نستخدم النموذج الحركي للمادة في شرح التبخّر؟ كيف تتحرّك الجُسيمات التي تشكّل الماء داخل المادة
السائلة، ويتحرّك بعضها أسرع من بعضها الآخر، حتى أن بعضها قد يتحرّك بسرعة كافية لمغادرة سطح الماء، وتصبح هذه الجُسيمات المُغادرة بخارًا في الهواء. علمًا أن جميع جُسيمات الماء في النهاية قد تغادر بهذه الطريقة من الكوب، ويكون الماء قد تبخّر بشكل كُلّي. تخيّل كوب ماء يتبخّر منه الماء تدريجيًّا
التبخّر والتبريد
إذا كنت مبلّلً بالماء، بسبب وقوفك تحت المطر، أو أنك كنت تسبح. سوف تلاحظ أن جسمك يبرد بسرعة، لأن الماء الذي يبلّله يتبخّر؛ الأمر الذي يجعلك تشعر بالبرودة. فكيف يعمل التبخّر على جعل الأشياء أبرد؟
، فالجُسيمات التي تغادر سطح المادة السائلة تكون أسرع من سواها وأكبر طاقة أيضًا. وعندما تغادر هذه الجُسيمات ينخفض متوسّط طاقة الجُسيمات المتبقية في المادة السائلة؛ فيؤدي ذلك إلى انخفاض درجة حرارة المادة السائلة؛ ويسبّب البرودة. وبما أن التبخّر في الحقيقة يُسبّب تبريد المادة السائلة، فإن التعرُّق يسبّب تبريد الجلد أيضًا. فإذا استطاعت جُسيمات العرق أن تغادر أثناء التبخّر، تنخفض درجة حرارة العرق المتبقّي، مما يخفض درجة حرارة الجلد أيضًا. عندما يكون الجو مُشبعًا ببخار الماء (ذا رطوبة مرتفعة) فلا يمكن أن يتبخّر العرق بسرعة، ويمكن أن يشكّل ذلك خطرًا على صحّة الناس، لاحتمال أن ترتفع درجة حرارة أجسامهم في هذه الظروف.
قام روبرت براون Robert Brown من التحقّق من حركة جُسيمات مادة غازيّة مُستخدِمًا مجهرًا لدراسة حُبيبات اللقاح. عندها لاحظ وجود جُسيمات صغيرة تهتز؛ فاعتقد في البداية أنها قد تكون كائنات حية. ولكن عندما كرّر تجربته بحُبيبات صغيرة من الغبار مُعلَّقة في الماء، رآها تتحرّك أيضًا. وأصبحت هذه الحركة تُعرف الآن باسم الحركة البراونية Brownian motion . وهي تحدُث لأن تلك الجُسيمات المُتحرّكة تصطدم باستمرار بجُسيمات الماء السريعة الحركة.
نستطيع في الوقت الحاضر إجراء تجربة مماثلة باستخدام حُبيبات الدخان. ولما كانت جُسيمات الأكسجين النيتروجين التي تشكّل الهواء أصغر بكثير ممّا يمكن رؤيته، فإن علينا أن ننظر إلى شيء أكبر ونبحث في تأثير جُسيمات الهواء عليه. نستخدم حجرة دخان تحتوي على هواء مع كمّية صغيرة من الدخان، حيث تُضاء الحجرة من جانبها ويُستخدَم مجهر لمُشاهدة حُبيبات الدخان تظهر حُبيبات الدخان كبقع من الضوء صغيرة جدًّا إلى درجة تستحيل معها رؤية أي تفاصيل عن شكلها. كل ما نلاحظه هو الطريقة التي تتحرّك بها. إذا استطعت التركيز على حبّة واحدة سترى أنها تسلك إلى حدّ ما مسارًا متذبذبًا وعشوائيًّا، نتيجة اصطداماتها المتكرّرة بجُسيمات الهواء. غير أن ملاحظة الحركة البراونية للدخان أو حُبيبات اللقاح لا تعني أننا أثبتنا أن الهواء والماء يتكوّنان من جُسيمات متحرّكة. ذلك أننا لم نرَ لا جُسيمات الهواء ولا جُسيمات الماء.
تذكّر
عندما نلاحظ الحركة البراونية، لا نرى جُسيمات الهواء أو الماء، بل نرى تأثيرها في جُسيمات أكبر ومرئية في الوقت نفسه، حيث تكون حُبيبات الدخان أكبر بكثير من جُسيمات الهواء، لكن جُسيمات الهواء تتحرّك بسرعة كبيرة عندما تصطدم بحُبيبات الدخان
الحركة البراونية Brownian motion : حركة الحُبَيبات الصغيرة المعلّقة في مادَّة سائلة أو غازيّة، بسبب التصادم الجُسيمي.