מצבי צבירה והמודל החלקיקי
שלושת מצבי צבירה — מוצק, נוזל וגז — ואיך המודל החלקיקי מסביר את ההבדלים ביניהם ואת המעברים ממצב למצב. עם תרגיל פתור וסרטון.
התשובה בקצרה
כל חומר בנוי מחלקיקים זעירים שנמצאים בתנועה מתמדת. מצב הצבירה נקבע לפי המרחק ביניהם וחופש התנועה שלהם:
- במוצק החלקיקים צפופים ומסודרים, ורק רוטטים במקומם. לכן יש לו צורה ונפח קבועים.
- בנוזל החלקיקים קרובים אבל מחליקים זה על פני זה. הנפח קבוע, והצורה משתנה לפי הכלי.
- בגז החלקיקים רחוקים ונעים בחופשיות לכל כיוון. אין לו צורה ולא נפח קבוע — הוא ממלא כל כלי.
למי זה מיועד: מצבי צבירה נלמדים בכיתה ז’, בפרק החומר והאנרגיה. כדאי להכיר קודם את ההבדל בין חום וטמפרטורה.
המודל החלקיקי
המודל החלקיקי אומר שכל חומר — מים, ברזל, אוויר — בנוי מחלקיקים זעירים מכדי לראות אותם, ושהם אף פעם לא עומדים במקום. ההבדל בין קרח, מים ואדים הוא לא בחלקיקים עצמם, אלא בכמה חזק הם נמשכים זה לזה וכמה מהר הם נעים.
ככל שהטמפרטורה עולה, החלקיקים נעים מהר יותר. במוצק הם רק רוטטים סביב מקום קבוע. כשמחממים מספיק, הם משתחררים ומתחילים לנוע זה ליד זה — זה נוזל. ובחימום נוסף הם מתנתקים לגמרי ומתפזרים — זה גז. כמה אנרגיה צריך כדי לחמם חומר עד שהוא משנה מצב? זה תלוי במסה שלו ובחום הסגולי שלו.
תרגיל פתור
הנתונים: מים נמסים ב-0 מעלות צלזיוס ורותחים ב-100 מעלות.
השאלה: באיזה מצב צבירה יהיו מים בטמפרטורה של מינוס 5 מעלות, של 25 מעלות ושל 110 מעלות?
- מינוס 5 מתחת לטמפרטורת ההתכה: −5 < 0
- 25 בין טמפרטורת ההתכה לטמפרטורת הרתיחה: 0 < 25 < 100
- 110 מעל טמפרטורת הרתיחה: 110 > 100
התשובה: במינוס 5 המים מוצקים — קרח. ב-25 הם נוזל. וב-110 הם גז — אדי מים.
מעברים בין מצבים
למעבר ממוצק לנוזל קוראים התכה, ולמעבר ההפוך — קיפאון. למעבר מנוזל לגז קוראים אידוי, וכשהוא קורה בכל הנוזל בבת אחת — רתיחה. המעבר ההפוך, מגז לנוזל, נקרא התעבות.
לכל חומר יש טמפרטורת התכה וטמפרטורת רתיחה משלו. מים נמסים ב-0 מעלות ורותחים ב-100. ברזל נמס רק ביותר מ-1,500 מעלות — ולכן בטמפרטורת החדר הוא מוצק.
הענן הלבן שיוצא מהקומקום הוא אדי מים?
לא. אדי מים הם גז, והם שקופים לגמרי — אי אפשר לראות אותם. הענן הלבן הוא טיפות מים זעירות: האדים יוצאים מהקומקום, פוגשים אוויר קר יותר ומתעבים חזרה לנוזל. אם תסתכלו מקרוב, תראו שממש צמוד לפיה יש רווח שקוף — שם האדים עוד לא הספיקו להתעבות.
איפה רואים את זה בחיים
-
כוס קרה שמזיעה
אדי המים שבאוויר פוגשים את הדופן הקרה ומתעבים לטיפות. המים לא חדרו דרך הכוס — הם הגיעו מהאוויר.
-
כביסה שמתייבשת
המים בבגדים מתאדים לאט, גם בלי לרתוח. אידוי קורה בכל טמפרטורה, רק בקצב אחר.
-
קרח שנמס במשקה
החום מהמשקה מגביר את תנועת החלקיקים בקרח, עד שהם משתחררים מהסידור הקבוע.
שאלות נפוצות
מה ההבדל בין אידוי לרתיחה?
אידוי קורה רק על פני הנוזל, ובכל טמפרטורה — כמו שלולית שמתייבשת בשמש. רתיחה קורה בכל הנוזל בבת אחת, ורק בטמפרטורת הרתיחה. לכן במים רותחים רואים בועות שעולות מהתחתית.
למה הטמפרטורה לא עולה בזמן שהמים רותחים?
כי כל האנרגיה שמוסיפים הולכת לניתוק החלקיקים זה מזה ולא להגברת המהירות שלהם. רק כשכל המים הפכו לאדים, הטמפרטורה ממשיכה לעלות. אותו דבר קורה בזמן שקרח נמס.
יש חומר שעובר ישר ממוצק לגז?
כן, זה נקרא המראה. קרח יבש — פחמן דו-חמצני קפוא — הופך ישר לגז בלי לעבור דרך מצב נוזלי, ולכן הוא לא משאיר שלולית.
המודל החלקיקי מבלבל אתכם?
בקורס הפיזיקה לכיתה ז’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.
לקורס כיתה ז’או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ז’, להורדה