Physics Lecture Notes - Properties of Matter - PDF

‫مقرر الفيزياء‬ ‫خواص المادة‬ ‫طالب الفرقة األولى‬ ‫كلية التربية‬ ‫‪1‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬ ...

‫مقرر الفيزياء‬ ‫خواص المادة‬ ‫طالب الفرقة األولى‬ ‫كلية التربية‬ ‫‪1‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫(معامل المرونة الطولي)‬ ‫أ‪ -‬معامل يونج‬ ‫اكتشف العالم يونج أن النسبة بين االجهاد و االنفعال فى مرحلة المرونة للمادة المرنة تساوي دائما مقدارا‬ ‫ثابتا للمادة الواحدة‪.‬بمعنى أن الحديد له قيمة مميزة عن النحاس عنه فى الذهب و هكذا سمى هذه النسبة‬ ‫بمعامل ينج ويكتب على الشكل التالى‪:‬‬ ‫) ‪( 2.1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪3‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪4‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪5‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫نسبة بواسون‬ ‫يتضح مما سبق أنه عند التأثير بقوة شد على جسم (وليكن سلك مثال) أن األنفعال الحادث يؤدى إلى‬ ‫إستطالتة فى أتجاة القوة‪.‬ولكن يحدث فى نفس الوقت إنكماش للسلك فى اتجاه نصف القطر أى فى‬ ‫االتجاه العمودى على اتجاه تأثير القوة‪.‬بمعنى أنة بجانب اإلنفعال الطولى يوجد ايضا انفعال‬ ‫مستعرض وتعرف النسبة بين االنفعال المستعرض الى االنفعال الطولى بنسبة بواسون (‪.)σ‬وتعطى‬ ‫بالعالقة القادمة‬ ‫‪6‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪7‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫ب ‪ -‬معامل المرونة القصي أو معامل الصالبة‬ ‫و هو النسبة بين القوة المماسية المؤثرةعلى واحدة المساحة و‬ ‫زاوية القص‪.‬ويكتب على الشكل التالى‪:‬‬ ‫‪ sin θ= θ = X/h‬حيث‬ ‫عندما تكون ‪ θ‬صغيرة جدا يكون ‪θ =sin θ‬‬ ‫‪8‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪9‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪10‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫ج ‪ -‬معامل المرونة الحجمي و معامل االنضغاطي‬ ‫هو المعامل الذي يربط بين ازدياد الضغط و نقص الحجم المقابل له‪:‬‬ ‫االشارة السالب تدل على نقصان الحجم مع زيادة الضغط‪.‬يعتمد هذا العامل على توزيع الجزئيات ففي حالة‬ ‫الجامد تكون كبيرة و صغيرة في حالة السائلة و أصغر في حالة الغاز‪.‬‬ ‫و يسمى مقلوب معامل المرونة الحجمي بمعامل االنضغاطي(في الغاز يكون أكبر مايمكن)‪:‬‬ ‫‪11‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪12‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪13‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪14‬‬ ‫المحاضرة الثالثة ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫الفصل الثالث‬ ‫الموائع‬ ‫علم الموائع‬ ‫ هو علم يهتم بدراسة سكون الموائع وحركتها‪.‬‬ ‫ كما يهتم بتطبيقات ذلك على الخزانات والقناطر ومحطات توليد الكهرباء‬ ‫وشبكات المياه وشبكات أنابيب نقل النفط‪.‬‬ ‫ وكذلك يهتم هذا العلم بدراسة الموائع المثالية أي غير قابلة لالنضغاط‬ ‫وليست لها لزوجة‪.‬‬ ‫ ويهتم أيضا ً بالموائع الحقيقية أي تلك التي لها لزوجة وانضغاطية‪.‬‬ ‫تعرف ( الموائع) بأنها المواد التي تتميز بقدرتها علي االنسياب وتشمل‬ ‫السوائل والغازات ؛ ويتميز السائل عن الجسم الصلب بأن السوائل دائما ً‬ ‫تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه‪ ،‬بينما الغازات تأخذ شكل الوعاء الذي‬ ‫توضع فيه وحجمه‪.‬‬ ‫‪15‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫الفروق األساسية بين المواد الصلبة والموائع‬ ‫السوائل‬ ‫المادة الصلبة‬ ‫الجزيئات متباعدة من بعضها‬ ‫الجزيئات قريبة من بعضها‬ ‫قوى الجذب قليلة‬ ‫توجد قوى جذب كبيرة بين الجزيئات‬ ‫مما يجعلها تحتفظ بشكلها‬ ‫تتشوه تحت أقل إجهاد‬ ‫تحتاج إلى إجهاد معين قبل أن تبدأ‬ ‫السيولة‬ ‫ال ترجع إلى شكلها األصلي‬ ‫ترجع إلى شكلها األصلي عند إزالة‬ ‫االجهادات المماسية‬ ‫‪16‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫مقارنة بين السوائل والغازات (الموائع)‪:‬‬ ‫السوائل‬ ‫الغازات‬ ‫الجزيئات قريبة من بعضها البعض‬ ‫الجزيئات بعيدة عن بعضها البعض‬ ‫غير قابلة لإلنضغاط نسبيا‬ ‫سهولة قابليتها لالنضغاط‬ ‫قوى التماسك بين الجزيئات تمسكها مع‬ ‫تتمدد بال حدود عند إزالة الضغط‬ ‫بعضها مما ال يجعلها تتمدد بال حدود‬ ‫الخارجي‬ ‫تغير طفيف على الكثافة عند تغير الضغط‬ ‫تتأثر الكثافة كثيراً بالتغير في الضغط‬ ‫والحرارة مع امكانية وجود سطح حر‬ ‫والحرارة‬ ‫‪17‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫خواص الموائع‬ ‫‪ -1‬كثافة المائع‬ ‫‪18‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫‪ 2.‬األنضغاطية‬ ‫يمكن ضغط المائع بضغط خارجي يسلط على حجم منه‪.‬واالنضغاطية تعرف‬ ‫بداللة متوسط معامل المرونة الحجمي‬ ‫‪ 3.‬التوتر السطحى‬ ‫تقدم ظاهرة التوتر السطحي تفسيرا ً لكثير من الظواهر الشائعة في حياتنا‪.‬فعلى‬ ‫سبيل المثال تأخذ قطرات السوائل أشكال شبه كروية بسبب ظاهرة الشد السطحي‪،‬‬ ‫وذلك ألن الكرة هي الشكل الهندسي ذو مساحة السطح األقل‪.‬كما أن تباين مدى‬ ‫قوة قوى تماسك جزيئات السائل وقوى االلتصاق بالمادة المحيطة بالسائل يفسر لنا‬ ‫لماذا يبلل سائل معين بعض المواد في حين أنه ال يبلل مواد أخرى‪.‬فعلى سبيل‬ ‫المثال فإن الماء ال ينتشر على األسطح المغطاة بالشمع وذلك ألن قوى تماسك‬ ‫جزيئات الماء مع بعضها البعض أكبر من قوى التصاق الماء بالسطح المشمع‪،‬‬ ‫وبالتالي تتجمع قطرات الماء فوق ذلك السطح على شكل قطرات يمكن أن تسقط‬ ‫بسهولة دون أن تبلل السطح‪.‬‬ ‫‪19‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫النظرية الجزيئية والتوتر (الشد) السطحى‪:‬‬ ‫يحدث التوتر السططحي بسطبب التجطاذب بطين جزيئطات السطائل بواسططة التغيطر فطي‬ ‫قوى الجزيئات الداخليّة كما هو موضح فى الشكل (‪.)3.1‬في معظم السوائل كطل‬ ‫جططزيء )‪ (A‬داخططل السططائل يتططأثر بقططوى تجططاذب متسططاوية مططن جميططع االتجاهططات‬ ‫بواسطة جزيئات السائل المحيطة به ‪ ،‬ولذا تكون القطوى المطؤثرة عليطه متزنطة أي‬ ‫صلة هذه القوى تساوى صفر ‪.‬وعند سطح السائل تسحب الجزيئات )‪(B‬‬ ‫تكون مح ّ‬ ‫بواسطة الجزيئات األخرى داخل السائل‪.‬‬ ‫(طاقة الجزيئات على سطح السائل اكبر من طاقة الجزيئات داخل السائل)‪.‬‬ ‫‪20‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬ ‫و يعرف الشغل المبذول لزيادة مساحة سطح سائل ما بمقدار وحدة المساحات‬ ‫عند ثبوت درجة الحرارة بمعامل التوتر السطحى لهذا السائل ‪‬و يتضح من‬ ‫التعريف أن وحداته هي جول‪ /‬متر مربع‪.‬‬ ‫وهناك تعريف آخر لمعامل التوتر السطحى ‪‬بأنه القوة المؤثرة عموديا على‬ ‫وحدة األطوال من السائل‪.‬‬ ‫‪21‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬  ‫الطاقة السطحية ‪:Surface Energy‬‬ ‫لكي نقوم بزيادة مساحة سطح السائل فإنه من الضروري أن نحضر بعض جزيئات من داخل السائل إلى سطح‬ ‫السائل وهذا يتطلب التغلب على قوى التماسك بين جزئيات السائل وهذا يعنى بذل شغل للتغلب على هذه القوة‪.‬‬ ‫وعلى هذا األساس فإنه يتضح أن طاقة الجزيئات على سطح السائل أكبر من طاقة الجزيئات داخل السائل‬ ‫ويطلق على هذه الزيادة اسم طاقة السطح‪.‬‬ ‫ولحساب قيمة الشغل المسبب لزيادة طاقة السطح وقيمة القوة المسببة له نبحث الحالة التي يزداد فيها سطح‬ ‫السائل‪.‬‬ ‫لنأخذ غشاء من سائل على إطار من السلك ذو ثالثة أضالع ويتحرك سلك طوله ‪ L‬بحرية على الضلعين‬ ‫اآلخرين كما هو موضح فى الشكل (‪.)3.2‬فإذا أثرنا على هذا السلك بقوة ‪ F‬في مستوى اإلطار وعموديا ً على‬ ‫السلك‪ ،‬فيكون الشغل المبذول بهذه القوة أثناء حدوث إزاحة قدرها ‪ b‬يعطى بالعالقة ‪:‬‬ ‫والقوة المؤثرة على السطح ‪ AC‬تعطى بالعالقة‬ ‫‪22‬‬ ‫المحاضرة الرابعه ‪-‬الفرقة األولي ‪ -‬كلية التربية‬ ‫ولكن ما دام السطح متزن ووفق قانون نيوتن لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومضاد له في االتجاه‬ ‫بمعنى أن السطح في هذه الحالة يتعرض لضعف القوة‪. F.‬‬ ‫‪23‬‬