الفيزياء

العلاقة التي تجمع بين المادة والطاقة

2002 في رحاب الكيمياء

الدكتور نزار رباح الريس , الدكتورة فايزة محمد الخرافي

KFAS

العلاقة التي تجمع بين المادة والطاقة الفيزياء

يهتم علم الكيمياء بالمادة وبالتغيرات التي تحدث لها .. فما هي المادة ؟ إنها كل ما له جوهر وشغل حيزا . 

وتوجد المادة في أحوال ثلاثة هي الحالة الصلبة والسائلة والغازية وتعرف هذه بأحوال المادة .  ويمكن للمادة أن توجد على اي من هذه الأحوال.

فالماء مادة سائلة … فإذا ما تحول إلى ثلج اصبح مادة صلبة .. وإذا سخنا الماء حتى الغليان تحول إلى غاز (بخار الماء) .

وتتميز المواد الصلبة بشكل وحجم محددين .  وهي تحتفظ بشكلها وحجمها دون تغيير إلى أن تؤثر عليها قوة خارجية تؤدي إلى تغيير في شكلها أو حجمها .

 

أما السؤال فإن لها حجماً محدداً ، لكن شكلها يعتمد على الإناء الذي يحتويها، والضغط لا يقلل حجم السائل . 

وجميع السوائل لها قابلية للتبخر أو التحول إلى الحالة الغازية ، لكن هذه القابلية تختلف من سائل لآخر ، فبعضها سهل التبخر مثل الاثير والكحول والبعض الآخر صعب التبخر مثل الزيوت المختلفة .

اما الغازات فليس لها شكل أو حجم محددين ، فالغاز يأخذ شكل الإناء الذي يحتويه ، وهو يشغل جميع الحجم أو الفراغ المتوافر له .  وعلى عكس السوائل والمواد الصلبة فإن للضغط تأثيراً كبيراً على الغازات .

وحينما نتحدث عن التغيرات التي تطرأ على المادة ، فلا بد لنا ان نتعرض لموضوع الطاقة التي تحدث هذه التغيرات . 

 

ومن الصعب علينا أن نعطي تعريفاً بسيطاً للطاقة لأنها توجد باشكال مختلفة . فهناك الطاقة الحرارية وطاقة الضوء والطاقة الكهربائية والكيميائية والميكانيكية والنووية وغيرها .

ويمكن للإنسان أن يحول الطاقة من شكل آخر ، فالطاقة الميكانيكية للمياه والشلالات يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية باستخدام مولد كهربائي ، ويمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية أو حرارية .

ولا تتحول المادة من حالة إلى أخرى إلا بامتصاص الطاقة أو فقدانها ، فعندما يتحول الماء إلى ثلج تنطلق طاقة حرارية ويسمى هذا تغير مولد للحرارة وعلى العكس ، وعندما يتحول الثلج إلى ماء ،  فإن ذلك يصحبه امتصاص للطاقة وهذا ما يسمى بتغير ماص للحرارة . 

وعندما يحترق الخشب تنبعث طاقة ضوئية وحرارية ، وذلك نتيجة اتحاد كل من الهيدروجين والكربون في الخشب مع الأكسجين الجوي ليتكون الماء وثنائي أكسيد الكربون .

 

والآن وبعد أن تعرضنا لكل من المادة والطاقة .. يحق لنا أن نتساءل … هل هناك علاقة بين المادة والطاقة ؟

لقد عرف العلماء منذ قديم الزمان أن المادة يمكن أن تتحول من صورة إلى أخرى ،  وأن كمية المواد الداخلة في التفاعل او التغير مساوية لكمية المواد الناجمة عن هذا التغيير ، وقد عرف هذا بقانون حفظ المادة . 

ومن ناحية أخرى فإن بالإمكان تحويل الطاقة من شكل إلى آخر وأن كمية الطاقة الداخلية في هذا التغير تبقى ثابتة ، وقد عرف ذلك بقانون حفظ الطاقة .

 

ثم جاء البرت آينشتاين (Albert Einstein) ليعلن لأول مرة أن المادة والطاقة هما شيئان متكافئان عند ظروف معينة ، وتحت هذه الظروف يمكن تحويل إحداهما إلى الأخرى . 

ولقد عبر عن هذه العلاقة بالمعادلة البسيطة التالية : E= mc2 هي الطاقة ، m تعني الكتلة ، c هي سرعة الضوء .

ومن هنا يمكن القول إن كلا من قانوني حفظ المادة والطاقة هما في حقيقة الأمر قانون واحد ، ومن هنا فقد استعضنا عن هذين القانونين بقانون حفظ الكتلة – الطاقة . وهكذا نرى أن الطاقة مادة … وأن المادة طاقة … وذلك تحت ظروف معينة .

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المادة السلبية.. أسرع من إيقاع الضوء والزمن
.أحمد مغربي طبيب ومترجم وكاتب متخصص بالموضوعات العلمية، لبنان
هل يمكن السفر بأسرع من الضوء؟ إذا كان إيقاع الزمن يسير بسرعة الضوء، وفق نظرية آينشتاين عن النسبية، ألا يكون التحرك بسرعة الضوء أو أكثر سفراً في الزمن أيضاً؟ أليس بموجب معادلة آينشتاين الشهيرة عن المادة والطاقة E=a.mc2 تتبدد المادة وتتحوّل إلى طاقة صرفة عندما تصل إلى التحرّك بسرعة الضوء، فكيف يمكن التنقل أسرع من الضوء من دون حدوث ذلك؟
 يألف عُشاق السينما أفلاماً عن آلة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪جسور مدينة كونيجسبيرغ: لغز أثمر ولادة فرع رياضياتي جديد
أحمد محمد جواد الحكيم باحث وأكاديمي في علم الرياضيات
تتسم معظم الألغاز التي يتناقلها الناس عادة بالبساطة، وتسعى إلى تحقيق المتعة والتسلية والترفيه واختبار القدرات العقلية للفرد، من خلال التحدي والإثارة. لكن مع بساطة هذه الألغاز فقد استحوذ قسم منها على اهتمام بعض علماء الرياضيات، الذين احتاجوا من أجل حلها إلى نهج جديد من التفكير العقلي يعتمد كثيراً على الحدس وقوة التمثيل البياني لهذه الألغاز، بدلا من الطريقة الاستنتاجية المنطقية.
ومن ... (قراءة المقال)