لماذا يطفو الجليد؟ - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 لماذا يطفو الجليد؟ والبلازما

المفاهيم الأساسية

البلازما: حالة من حالات المادة، شبه غازية، تتكون من أيونات موجبة وإلكترونات حرة، وتتميز بقدرتها على التوصيل الكهربائي.

الرسم التوضيحي

```mermaid

```mermaid

mindmap

root((حالات المادة))

```

الحالة الصلبة

مثال: الجليد

الحالة السائلة

مثال: الماء

الحالة الغازية

مثال: بخار الماء

البلازما

تعريف: غاز متأين (أيونات + إلكترونات)

خصائص

: موصل للكهرباء

: يتوهج

أمثلة

: النجوم

: الصواعق

: إشارات النيون

: مصابيح الفلورسنت

```

نقاط مهمة للحفظ

• سلوك الماء الفريد: كثافة الماء تصل إلى أقصى قيمة عند 4°م، ثم تقل بعد ذلك.
• سبب طفو الجليد: كثافة الجليد أقل من كثافة الماء عند 4°م بسبب تركيبته البلورية المفتوحة.
• أهمية بيئية: لو غرق الجليد لتجمدت البحيرات من القاع للأعلى، مما يمنع ذوبانها الكامل في الصيف.
• تكوين البلازما: تسخين الغاز بشدة يؤدي إلى انتزاع الإلكترونات من الذرات وتكوين أيونات.
• الفرق الرئيسي: البلازما موصلة للكهرباء بينما الغازات العادية عازلة.

لماذا يطفو الجليد؟

لأن المادة تتمدد عند تسخينها فقد تتوقع أن الجليد أكثر كثافة من الماء، وفي ضوء توقعاتك لا بد أن يغطس الجليد في الماء! لكن الحقيقة أنه عند رفع درجة حرارة الماء من C° 0 إلى C° 4 فإنه يتقلص بدلاً من أن يتمدد، وذلك بسبب تزايد قوى الترابط بين جزيئات الماء، وانهيار بلورات الجليد وضمورها. وهذه القوى التي بين جزيئات الماء قوى كبيرة والبلورات المكونة للجليد لها تركيب مفتوح بصورة كبيرة. عندما ينصهر الجليد تبقى بعض البلورات المتناهية في الصغر، ومع استمرار التسخين تأخذ البلورات المتبقية في الانصهار، ويتناقص حجم الماء حتى تصل إلى C° 4. لكن بمجرد أن ترتفع درجة حرارة الماء فوق C° 4 يتزايد حجمه بسبب تزايد الحركة الجزيئية. والنتيجة أن الماء يكون أكبر كثافة عند C° 4 ؛ لذا يطفو الجليد فوق الماء. وهذه الحقيقة مهمة جداً في حياتنا وفي البيئة من حولنا؛ فلو كان الجليد يغطس تحت الماء لبدأ تجمد البحيرات عند قيعانها بدلاً من سطوحها، وما انصهر العديد من البحيرات تماماً في فصل الصيف.

البلازما Plasma

إذا سخنت مادة صلبة فإنها تنصهر لتكون سائلاً. ومع استمرار التسخين يتحول السائل إلى غاز، فماذا يحدث إذا استمر تسخين الغاز؟ تصبح التصادمات بين الجزيئات كبيرة إلى حد يكفي لانتزاع الإلكترونات من الذرات، وتنتج أيونات موجبة الشحنة. إن الحالة شبه الغازية للإلكترونات السالبة الشحنة والأيونات الموجبة الشحنة تسمى البلازما. وتعد البلازما حالة أخرى من حالات المواد للمادة.

قد يبدو أن البلازما حالة غير شائعة، رغم أن معظم المواد في الكون في حالة البلازما؛ فمعظم مكونات النجوم البلازما في درجات حرارة عالية جداً، كما أن أكثر المواد الموجودة بين النجوم والمجرات تتكون من ذرات الهيدروجين الفعالة النشطة التي لا تحتوي على إلكترونات، ويكون غاز الهيدروجين في حالة البلازما.

الشكل ٦-١ تنتج التأثيرات الضوئية الملونة في إشارات النيون عن البلازما المضيئة المتكونة في الأنابيب الزجاجية.

والفرق المبدئي بين الغاز والبلازما أن البلازما لها قدرة على التوصيل الكهربائي، في حين أن الغازات ليس لها هذه القدرة، والصواعق المضيئة تتكون أيضاً في حالة البلازما. وإشارات النيون كما في الشكل ٦-١ أعلاه، ومصابيح الفلورسنت، ومصابيح غاز الصوديوم تحتوي جميعها البلازما المتوهجة.

20

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: لماذا يطفو الجليد؟ --- لماذا يطفو الجليد؟ لأن المادة تتمدد عند تسخينها فقد تتوقع أن الجليد أكثر كثافة من الماء، وفي ضوء توقعاتك لا بد أن يغطس الجليد في الماء! لكن الحقيقة أنه عند رفع درجة حرارة الماء من C° 0 إلى C° 4 فإنه يتقلص بدلاً من أن يتمدد، وذلك بسبب تزايد قوى الترابط بين جزيئات الماء، وانهيار بلورات الجليد وضمورها. وهذه القوى التي بين جزيئات الماء قوى كبيرة والبلورات المكونة للجليد لها تركيب مفتوح بصورة كبيرة. عندما ينصهر الجليد تبقى بعض البلورات المتناهية في الصغر، ومع استمرار التسخين تأخذ البلورات المتبقية في الانصهار، ويتناقص حجم الماء حتى تصل إلى C° 4. لكن بمجرد أن ترتفع درجة حرارة الماء فوق C° 4 يتزايد حجمه بسبب تزايد الحركة الجزيئية. والنتيجة أن الماء يكون أكبر كثافة عند C° 4 ؛ لذا يطفو الجليد فوق الماء. وهذه الحقيقة مهمة جداً في حياتنا وفي البيئة من حولنا؛ فلو كان الجليد يغطس تحت الماء لبدأ تجمد البحيرات عند قيعانها بدلاً من سطوحها، وما انصهر العديد من البحيرات تماماً في فصل الصيف. --- SECTION: البلازما Plasma --- البلازما Plasma إذا سخنت مادة صلبة فإنها تنصهر لتكون سائلاً. ومع استمرار التسخين يتحول السائل إلى غاز، فماذا يحدث إذا استمر تسخين الغاز؟ تصبح التصادمات بين الجزيئات كبيرة إلى حد يكفي لانتزاع الإلكترونات من الذرات، وتنتج أيونات موجبة الشحنة. إن الحالة شبه الغازية للإلكترونات السالبة الشحنة والأيونات الموجبة الشحنة تسمى البلازما. وتعد البلازما حالة أخرى من حالات المواد للمادة. قد يبدو أن البلازما حالة غير شائعة، رغم أن معظم المواد في الكون في حالة البلازما؛ فمعظم مكونات النجوم البلازما في درجات حرارة عالية جداً، كما أن أكثر المواد الموجودة بين النجوم والمجرات تتكون من ذرات الهيدروجين الفعالة النشطة التي لا تحتوي على إلكترونات، ويكون غاز الهيدروجين في حالة البلازما. --- SECTION: الشكل ٦-١ --- الشكل ٦-١ تنتج التأثيرات الضوئية الملونة في إشارات النيون عن البلازما المضيئة المتكونة في الأنابيب الزجاجية. والفرق المبدئي بين الغاز والبلازما أن البلازما لها قدرة على التوصيل الكهربائي، في حين أن الغازات ليس لها هذه القدرة، والصواعق المضيئة تتكون أيضاً في حالة البلازما. وإشارات النيون كما في الشكل ٦-١ أعلاه، ومصابيح الفلورسنت، ومصابيح غاز الصوديوم تحتوي جميعها البلازما المتوهجة. 20 وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: إشارة نيون كلمة السعودية Description: A bright red-orange neon sign displaying the Arabic word 'السعودية' (Saudi Arabia) in a stylized, glowing script. The sign is set against a dark background, emphasizing its luminescence. The letters are outlined with a distinct glow, characteristic of neon lighting. There are small square elements with '00' inside them, possibly decorative or part of the sign's structure, at the top-left and bottom-left of the word. Context: Illustrates an application of plasma, specifically in neon signs, as explained in the accompanying text about plasma.