עניין: מקור, מאפיינים, מצבים ודוגמאות - מַדָע - 2025

המשנה הוא זה שהצליח מונית, תופס מקום בחלל, והוא מסוגל לקיים אינטראקציה כבידתית. היקום כולו מורכב מחומר, שמקורו ממש לאחר המפץ הגדול.

החומר קיים בארבעה מצבים: מוצק, נוזלי, גז ופלזמה. לאחרון יש קווי דמיון רבים עם גז, אך מאפיינים ייחודיים הופכים אותו לצורה הרביעית של הצבירה.

חומר מורכב מאטומים. האטומים מורכבים מנוטרונים, פרוטונים ואלקטרונים

תכונות החומר מחולקות לשתי קטגוריות: כללי ומאפיינים. אלופים מאפשרים לאחד להבדיל בין החומר לבין מה שאינו. לדוגמא, מסה היא מאפיין של חומר, כמו גם מטען חשמלי, נפח וטמפרטורה. תכונות אלה נפוצות לכל חומר שהוא.

בתורו, המאפיינים הם המאפיינים המסוימים שבאמצעותם נבדל סוג חומר אחד מסוג אחר. קטגוריה זו כוללת צפיפות, צבע, קשיות, צמיגות, מוליכות, נקודת התכה, מודול הדחיסה, ורבים נוספים.

ממה עשוי החומר?

האטומים הם אבני הבניין של החומר. בתורו, האטומים מורכבים מפרוטונים, אלקטרונים ונויטרונים.

מטען חשמלי

מטען חשמלי הוא מאפיין מהותי לחלקיקים המרכיבים חומר. לפרוטונים יש מטען חיובי ואלקטרונים נטענים באופן שלילי, נויטרונים חסרי מטען חשמלי.

באטום, פרוטונים ואלקטרונים נמצאים בכמויות שוות, ולכן האטום - והחומר באופן כללי - נמצא בדרך כלל במצב ניטרלי.

איור המייצג אטום. פרוטונים ונויטרונים נמצאים באותו מספר בגרעין. אלקטרונים נמצאים ברמות מסלול שונות סביב הגרעין

מקור החומר

מקור החומר הוא ברגעים הראשונים של היווצרות היקום, שלב בו החלו להיווצר יסודות קלים כמו הליום, ליתיום ודויטריום (איזוטופ של מימן).

צוות המדע של NASA / WMAP / אמנות מאת דנה ברי

שלב זה ידוע בשם גרעין המפץ הגדול, תהליך יצירת גרעינים אטומיים ממרכיביהם: פרוטונים וניוטרונים. רגעים קצרים לאחר המפץ הגדול היקום התקרר ופרוטונים ונויטרונים התחברו יחד ליצירת גרעינים אטומיים.

היווצרות כוכבים ומקורם של היסודות

מאוחר יותר, כאשר הכוכבים נוצרו, הגרעין שלהם סנתז את היסודות הכבדים ביותר באמצעות תהליכי היתוך גרעיני. כך מקורו של חומר רגיל, ממנו נוצרים כל העצמים הידועים ביקום, כולל יצורים חיים.

עם זאת, מדענים כיום מאמינים שהיקום אינו מורכב כולו מחומר רגיל. הצפיפות הקיימת של עניין זה אינה מסבירה רבים מהתצפיות הקוסמולוגיות, כמו התפשטות היקום ומהירות הכוכבים בגלקסיות.

כוכבים נעים מהר יותר מכפי שצפוי החומר הרגיל שחזה, וזו הסיבה שמונחת קיומו של חומר שאינו נראה לעין ואחראי. זה קשור לחומר אפל.

קיומו של סוג שלישית של חומר מתפרסם גם הוא, הקשור למה שמכונה אנרגיה אפלה. זכור כי חומר ואנרגיה שווים זה לזה, לפי מה שאיינשטיין ציין.

מה שתיאר בהמשך מתייחס אך ורק לחומר הרגיל שאנחנו עשויים ממנו, שיש לו מסה ומאפיינים כלליים אחרים והרבה מאוד ספציפיים, תלוי בסוג החומר.

תכונות של חומר

- נכסים כלליים

התכונות הכלליות של החומר משותפות לכל זה. לדוגמא, לפיסת עץ ולפיסת מתכת יש מסה, תופסים נפח ונמצאים בטמפרטורה מסוימת.

מסת, משקל ואינרציה

מסה ומשקל הם מונחים שבדרך כלל מבולבלים. עם זאת, יש הבדל מהותי ביניהם: מסת הגוף הוא זהה - אלא אם כן הוא חווה אובדן - אך המשקל של אותו אובייקט יכול להשתנות. אנו יודעים שהמשקל על כדור הארץ ועל הירח אינו זהה, מכיוון שכוח הכבידה גדול יותר.

לכן המסה היא כמות סקלרית, בעוד שהמשקל הוא וקטורי. המשמעות היא שלמשקל של אובייקט יש גודל, כיוון וחוש, מכיוון שהוא הכוח איתו כדור הארץ - או הירח או אובייקט אסטרונומי אחר - מושך את האובייקט לכיוון מרכזו. כאן הכיוון והחוש הם "לכיוון המרכז", בעוד שהעוצמה תואמת את החלק המספרי.

כדי לבטא את המסה מספיקים מספר ויחידה. לדוגמה, הם מדברים על קילו תירס, או טון פלדה. במערכת היחידות הבינלאומית (SI) היחידה למסה היא הקילוגרם.

דבר נוסף שאנחנו יודעים בוודאות, מהניסיון היומיומי, הוא שקשה יותר להזיז חפצים מסיביים מאוד מאשר חפצים קלים יותר. האחרונים קלים יותר לשנות תנועות. זהו מאפיין של חומר הנקרא אינרציה, הנמדד באמצעות מסה.

כרך

החומר תופס כמות מסוימת של שטח, שאינו תפוס על ידי עניין אחר. לפיכך זה בלתי חדיר, מה שאומר שהוא מציע התנגדות לחומר אחר התופס באותו מקום.

לדוגמה, בהשריה של ספוג, הנוזל ממוקם בנקבוביות הספוג, מבלי לתפוס את אותו מקום בו הוא נמצא. הדבר נכון גם לסלעים שברים ונקבוביים המכילים שמן.

טֶמפֶּרָטוּרָה

האטומים מסודרים למולקולות בכדי לתת מבנה לחומר, אך לאחר השגתם, חלקיקים אלה אינם בשיווי משקל סטטי. נהפוך הוא, יש להם תנועת רטט אופיינית, שתלויה בין היתר בנטייתם.

תנועה זו קשורה לאנרגיה הפנימית של החומר, הנמדדת דרך הטמפרטורה.

- תכונות אופייניות

הם רבים והמחקר שלהם תורם לאפיון האינטראקציות השונות שהחומר מסוגל לבסס. אחד החשובים שבהם הוא הצפיפות: קילו ברזל ואחד מעץ שוקלים זהים, אך קילו הברזל תופס פחות נפח מקילו העץ.

צפיפות היא היחס בין המסה לנפח שהיא תופסת. לכל חומר יש צפיפות האופיינית לו, למרות שאינו ניתן לציין, מכיוון שהטמפרטורה והלחץ יכולים לבצע שינויים חשובים.

מאפיין נוסף מאוד מיוחד הוא האלסטיות. לא לכל החומרים יש אותה התנהגות כאשר הם נמתחים או דחוסים. חלקם עמידים מאוד, אחרים מעצבים בקלות.

בדרך זו יש לנו תכונות רבות של חומר המאפיינות את התנהגותה באינספור סיטואציות.

מצבים של החומר

מים במצב נוזלי, מוצק וגזי.

החומר נראה לנו במצבים של צבירה, תלוי בכוח המגובש בין החלקיקים המרכיבים אותו. בדרך זו ישנם ארבע מצבים המתרחשים באופן טבעי:

-מוצק

- ליקודים

-גַז

-פְּלַסמָה

מוצק

לחומר של מצב מוצק יש צורה מוגדרת היטב, מכיוון שחלקיקי המרכיבים הם מלוכדים מאוד. יש לו גם תגובה אלסטית טובה, שכן כאשר הוא מעוות, חומר המצב המוצק נוטה לחזור למצבו המקורי.

נוזלים

נוזלים לובשים את צורת המכולה המכילה אותם, אך למרות זאת, יש להם נפח מוגדר היטב, שכן הקשרים המולקולריים, הגם שהם גמישים יותר מאשר במוצקים, עדיין מספקים לכידות מספקת.

גזים

חומר במצב הגזי מאופיין בכך שחלקיקיו המרכיבים אינם קשורים היטב. למעשה, יש להם ניידות רבה, וזו הסיבה שגזים חסרים צורה ומתרחבים עד שהם ממלאים את נפח המכולה המכילה אותם.

שלושת מצבי החומר הידועים ביותר. יוסל 7

פְּלַסמָה

פלזמה היא חומר במצב גזי וגם מיוננת. כבר הוזכר בעבר כי באופן כללי, החומר נמצא במצב ניטרלי, אך במקרה של פלסמה, אלקטרונים אחד או יותר נפרדו מהאטום והשאירו אותו עם מטען נטו.

אף על פי שהפלזמה היא המוכרת פחות ממצבי החומר, האמת היא שהיא שופעת ביקום. לדוגמה, פלזמה קיימת באטמוספירה החיצונית של כדור הארץ, כמו גם בשמש וכוכבים אחרים.

במעבדה ניתן ליצור פלזמה על ידי חימום גז עד שהאלקטרונים נפרדים מהאטומים, או על ידי הפצצת הגז בקרינה אנרגטית גבוהה.

דוגמאות לחומר

אובייקטים נפוצים

כל חפץ נפוץ עשוי מחומר, כמו:

• סֵפֶר
• כיסא
• שולחן
• עֵץ
• זכוכית.

חומר אלמנטרי

בחומר אלמנטרי אנו מוצאים את האלמנטים המרכיבים את טבלת התקופות של האלמנטים, שהם החלק היסודי ביותר בחומר. ניתן לחלק את כל העצמים המרכיבים חומר לאלמנטים קטנים אלה.

• אֲלוּמִינְיוּם
• בריום
• אַרגוֹן
• בּוֹר
• סִידָן
• גליום
• הוֹדִי.

חומר אורגני

זהו העניין שנוצר על ידי אורגניזמים חיים ומבוסס על כימיה של פחמן, יסוד קל שיכול ליצור בקלות קשרים קוולנטיים. תרכובות אורגניות הן שרשראות ארוכות של מולקולות בעלות רבגוניות רבה והחיים משתמשים בהן כדי לבצע את תפקידיה.

אנטי חומר

זהו סוג של חומר בו האלקטרונים טעונים באופן חיובי (פוזיטרון) והפרוטונים (אנטי-פרוטונים) טעונים באופן שלילי. לנויטרונים, למרות שהם ניטרלים אחראים, יש גם החלקיקים שלהם הנקראים אנטי-נויטרון, עשויים עתיקות.

לחלקיקים אנטי-חומר יש מסה זהה לחלקיקי חומר ומתרחשים בטבע. פוזיטרונים התגלו בקרניים קוסמיות, הקרינה שמגיעה מהחלל החיצון, מאז שנת 1932. וכל מיני חלקיקים נוצרו במעבדות , באמצעות מאיצים גרעיניים.

אפילו נוצר אנטי אטום מלאכותי, המורכב מפוזיטרון המקיף אנטי-פרוטון. זה לא נמשך זמן רב, מכיוון שאנטי-חומר משמיד בנוכחות חומר, מייצר אנרגיה.

חומר אפל

החומר ממנו מורכב כדור הארץ נמצא גם בשאר היקום. גרעיני הכוכבים פועלים כמו כורי ביקוע ענקיים שבהם נוצרים ללא הרף אטומים כבדים יותר ממימן והליום.

עם זאת, כפי שאמרנו בעבר, התנהגות היקום מרמזת על צפיפות גבוהה בהרבה מכפי שנצפה. ההסבר עשוי להיות בסוג של חומר שלא ניתן לראות, אך מייצר אפקטים שניתן לצפות בהם ומתורגמים לכוחות כבידה עזים יותר מכפי שצפיפות החומר הניתן לצפייה מייצרת.

מאמינים כי חומר אפל ואנרגיה מהווים 90% מהיקום (הראשון תורם 25% מכלל הסכומים). כך, רק 10% חומר רגיל והשאר יהיו אנרגיה אפלה, שתופץ בצורה הומוגנית ברחבי היקום.

הפניות

1. ליברטקס כימיה. תכונות פיזיקליות וכימיות של חומר. התאושש מ: chem.libretexts.org.
2. יואיט, פול. 2012. מדע פיזיקלי רעיוני. 5. אדון פירסון.
3. Kirkpatrick, L. 2010. פיזיקה: השקפת עולם רעיונית. 7. מַהֲדוּרָה. Cengage.
4. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. מַהֲדוּרָה. גבעת מקגרו.
5. ויקיפדיה. חוֹמֶר. התאושש מ: es.wikipedia.org.
6. Wilczec, F. מקורו של המיסה. התאושש מ: web.mit.edu.