მოგზაურობა ატომში

განსაკუთრებული გულისფანცქალით ელოდებიან მოსწავლეები პირველ გაკვეთილს ფიზიკაში და ინფორმაციას ამ „საშინელი“, მაგრამ საინტერესო საგნის შესახებ. ასე სმენიათ მშობლებისგან, უფროსკლასელებისგან. ამიტომ ძალზე მნიშვნელოვანია როგორ წარიმართება მათი პირველი შეხვედრა ფიზიკასთან. პირველი შეხვედრა იმიტომ, რომ წარსული გაკვეთილები მათემატიკას უფრო ჰგავდა, ვიდრე ფიზიკას. ახლა კი ნამდვილი ფიზიკა იწყება და ისინი სამყაროს შეცნობის კარიბჭესთან იმყოფებიან…

ბერძნულად „ფიზიკა“ ბუნებას ნიშნავს და პირველად იგი (φύσις) არისტოტელემ შემოიტანა, ჩვენს წელთაღრიცხვამდე IV საუკუნეში. ბუნების ნაწილი ვართ ჩვენ და ჩვენ გარშემო მყოფი ყველაფერი. მათ შორის: მზე, ვარსკვლავები, პლანეტები, ტყეები, მდინარეები, სახლები, ქალაქები.

ბუნება მრავალფეროვანია და ეს მრავალფეროვნება ერთი სიტყვით – მატერიით შეიძლება გამოვხატოთ. მატერია ორი ფორმით ვლინდება ბუნებაში: ნივთიერება და ველი (ნახ.1).

 

 

მატერიას  წარმოადგენს ნებისმიერი ნივთიერება. მაგალითად, ჰაერი, რკინა, წყალი. ნივთიერი ფორმით  წარმოდგენილ მატერიას ვეხებით, შევიგრძნობთ. ნივთიერებისგან შედგება ჩვენ ირგვლივ არსებული საგნები. მათ ფიზიკის ენაზე ფიზიკურ სხეულებს უწოდებენ. მაგალითად, რეზინის ბურთი შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ, როგორც ნივთიერი მატერიის სახე. ამასთან იგი ფიზიკური სხეულია, რადგან  ფორმა და მოცულობა აქვს. ფიზიკური სხეულებია: კალამი, ცარცი, მაგიდა, ტელეფონი, თვითმფრინავი, ჭიქაში ჩასხმული წყალი და ა.შ.

მატერიის მეორე სახეს წარმოადგენს ველი. მატერიის ფორმად, როგორც ველი, შეგვიძლია განვიხილოთ მაგნიტური ველი, ელექტრული ველი, გრავიტაციული ველი. ეს ველებიც მატერიის გამოვლინებაა და მათ ჩვენ ვერ შევიგრძნობთ – არც სუნი აქვთ და არც გემო. ამ ველების არსებობა სხვადასხვა მოქმედებებით ვლინდება. მაგალითად,

  • მაგნიტის მიერ მის ირგვლივ არსებული მაგნიტური ველის გავლენით ცოტა მოშორებით მყოფი რკინის ნაჭერი მიიზიდება;
  • აბრეშუმზე ხახუნით დამუხტული მინის ჯოხი მის ირგვლივ აღძრული ელექტრულის ველის გავლენით ქაღალდის ნაკუწებს მიიზიდავს;
  • დედამიწის გრავიტაციული ველის მოქმედება კი ყველასთვის ცნობილია – დედამიწის ზედაპირიდან აწეული საგნები სწორედ ამ ველის მოქმედებით ეცემა დედამიწაზე.

ჩვენ ირგვლივ ბუნება მუდმივად იცვლება. ნებისმიერ ცვლილებას ბუნებაში მოვლენა ეწოდება. ყველა მოვლენის საფუძველთა საფუძველს ფიზიკური მოვლენა წარმოადგენს. მაგალითად, წვიმის (ბუნებრივი მოვლენა) წარმოქმნა მდინარეებიდან, ტბებიდან და ზღვებიდან წყლის აორთქლებასთან არის დაკავშირებული; წელიწადის დროთა ცვლილება კი დედამიწის მზის გარშემო ბრუნვას უკავშირდება. ფიზიკურ მოვლენებს წარმოადგენს ასევე ცოცხალ ორგანიზმში მიმდინარე ბიოლოგიური პროცესები: სისხლდენა, სახსრების მოძრაობა, ოფლით გაგრილება, ორგანოების კვება, უჯრედებში ნივთიერებათა მოძრაობა, უჯრედების გამრავლება და ა.შ.

ფიზიკის, როგორც მეცნიერების, ამოცანაა ფიზიკური მოვლენების კვლევა, მათი როგორც თეორიული, ასევე ექსპერიმენტული შესწავლა, სხვადასხვა კანონზომიერებების დადგენა და მათი ადამიანის სასარგებლოდ გამოყენება.

ფიზიკური მოვლენები იყოფა ოთხ ჯგუფად: მექანიკური, სითბური, ელექტრომაგნიტური და ოპტიკური (ნახ.2).

 

  • მექანიკური მოვლენები უკავშირდება სხეულების მოძრაობას და მასთან დაკავშირებულ პროცესებს.
  • სითბურ მოვლენებს წარმოადგენს: სხეულების ტემპერატურის ცვლილება, დნობა, აორთქლება, დუღილი.
  • ელექტრომაგნიტური მოვლენები დაკავშირებულია დამუხტულ ნაწილაკებთან, მათ მოძრაობასთან და ურთიერთქმედებასთან. დღეს ასეთი მოვლენების კვლევა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან სწორედ ელექტრომაგნიტური მოვლენების კანონზომიერებების ღრმად შესწავლა და მათი გამოყენება წარმოადგენს დღევანდელი თანამედროვე ტექნოლოგიური ეპოქის უმთავრეს მიღწევას. დღეს მსოფლიოში ეკონომიკის გაციფრულების პროცესში, ტექნოლოგიები განსაზღვრავს სახელმწიფოთა შესაძლებლობებს როგორც ეკონომიკურ, ასევე პოლიტიკურ ასპექტში.
  • ოპტიკურ მოვლენებს წარმოადგენს სინათლის გავრცელებასთან დაკავშირებული ყველა პროცესი – ჩრდილის წარმოქმნა, ცისარტყელის გამოჩენა, სინათლის არეკვლა, გარდატეხა, სხეულთა ფერები, თვალთან და მხედველობასთან დაკავშირებული თავისებურებები და ა.შ.

ამრიგად, ფიზიკა შეისწავლის მატერიის (ნივთიერების და ველების) აგებულებას, მის თვისებებს და მატერიის ძირითად ცვლილებებს (ფიზიკურ მოვლენებს).

 

ატომები და მოლეკულები

ჩვენ ირგვლივ განუწყვეტლივ იცვლება სამყარო. იცვლებიან ფიზიკური სხეულები და სხვადასხვა პირობებში სხვადასხვა თვისებებს ავლენენ. ბუნებრივად გვიჩნდება კითხვა: რატომ ხდება ასე? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად საჭიროა, ვიცოდეთ, რისგან შედგება ეს სხეული, როგორია მისი შინაგანი სტრუქტურა (აგებულება)?

ფიზიკური სხეული ნივთიერებისგან შედგება. ვიცით, რომ ნივთიერება შეიძლება იყოს მყარ, თხევად და აირად მდგომარეობაში. გარეგნულ განსხვავებას მყარ სხეულებს, სითხეებსა და აირებს შორის ყველა ადვილად ვამჩნევთ, მაგრამ არ ვიცით, რა ფიზიკური თვისებებით განსხვავდებიან ისინი ერთმანეთისგან. ამ საქმეშიც ნივთიერების შედგენილობის გაცნობა დაგვეხმარება. ნივთიერების აგებულების ცოდნა დაგვეხმარება ასევე ვიწინასწარმეტყველოთ, თუ როგორ წარიმართება ესა თუ ის მოვლენა. როგორ დავაჩქაროთ ან შევანელოთ ის. იმისთვის, რომ გავერკვეთ, რისგან შედგება ნივთიერება (მაგალითად, შაქარი), ის უნდა გავტეხოთ და დავაქუცმაცოთ, რაც შეიძლება მცირე ზომის ნაწილაკებად. ეს პროცესი  შეიძლება გაგრძელდეს მანამდე, სანამ მიკროსკოპითაც ვერ დავინახავთ შაქრის მცირე ნაწილაკს. ეს ხომ არ ნიშნავს, რომ  ნაწილაკები გაქრა?

ჩვენს წელთაღრიცხვამდე მე-5 საუკუნეში მოღვაწე ბერძენი სწავლული, ფილოსოფოსი დემოკრიტოსი თვლიდა, რომ ნივთიერებას დისკრეტული (ნაწილაკური) აღნაგობა აქვს და იგი შედგება თვალით უხილავი უმცირესი ნაწილაკებისაგან – მოლეკულებისგან და ატომებისგან. მოლეკულა ნიშნავს მცირე მასას, ატომი კი – განუყოფელს. დემოკრიტოსის მოსაზრებებს საუკუნეების განმავლობაში არ აღიარებდნენ. ჭეშმარიტად ითვლებოდა მხოლოდ არისტოტელეს მოსაზრება, რომლის მიხედვითაც ყველა ნივთიერებას სხვადასხვა სახის ნივთიერებებად გარდაქმნა შეეძლო.

ცდებმა და დაკვირვებებმა დაადასტურა, რომ ქიმიური რეაქციების დროს   ნივთიერების შემადგენელი მოლეკულები იშლება ატომებად. ატომი კი აღარ იშლება. სწორედ მოლეკულები განსაზღვრავენ ამა თუ იმ ნივთიერების ქიმიურ თვისებებს. ესე იგი დაქუცმაცებული შაქრის ნაწილაკები კი არ გაქრა, არამედ გადაიქცა თვალით უხილავი ზომის ნაწილაკებად, რომლებიც განსაზღვრავს შაქრის თვისებებს.

ამრიგად, ფიზიკური სხეული შედგება ნივთიერებისაგან. ნივთიერება შედგება მოლეკულებისაგან. მოლეკულები კი – ატომებისაგან. თუმცა არსებობენ ერთატომიანი მოლეკულები (ნახ.3).

 

ნივთიერების ნაწილაკური აღნაგობა დასტურდება სხვადასხვა ცდით: მაგალითად, ფოლადის ბურთულა, რომელიც თავისუფლად გადის რგოლში, გახურებისას ამ რგოლში იჭედება (სურ.3); მინის მილში ჩასხმული სითხის გაცხელებისას შეინიშნება მისი მოცულობის ზრდა (სურ.4). ხელით შეგვიძლია ბურთის შეკუმშვა, ზამბარის ან რეზინის გაჭიმვა-შეკუმშვა. ეს ცდები ასაბუთებს იმას, რომ ნივთიერება შედგება ნაწილაკებისაგან, რომელთა შორის შუალედებია და თუ გარკვეული მიზეზით ნაწილაკები ერთმანეთს დაშორდა, სხეულის მოცულობა იზრდება, ხოლო თუ ნაწილაკები ერთმანეთს მიუახლოვდა, სხეულის მოცულობა მცირდება.

 

 

ერთი და იმავე ნივთიერების ყველა მოლეკულა ერთნაირია. მოლეკულა შეიძლება იყოს შედგენილი ერთნაირი ატომებისგან, მაგალითად, წყალბადი (H2  ), ჟანგბადი (02). ასეთ ნივთიერებებს მარტივს უწოდებენ. თუ მოლეკულა შედგება სხვადასხვა სახის ატომისაგან, მაშინ ეს ნივთიერება რთულია, მაგალითად, წყალი (H20). იგი შედგება ორი ატომი წყალბადისა და ერთი ატომი ჟანგბადისგან.

1908-1911 წლებში ინგლისელი ფიზიკოსის, ერნსტ რეზერფორდის, მიერ ჩატარებული ცდების შემდეგ დადგინდა ატომის აღნაგობა (პლანეტარული მოდელი). რეზერფორდმა დაადგინა, რომ ატომი შედგება ატომბირთვისა და მის გარშემო მოძრავი ელექტრონებისაგან. მოგვიანებით შეისწავლეს ატომბირთვის აღნაგობაც. ატომბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. მათ სხვანაირად ნუკლონებს უწოდებენ (ნახ. 4). ატომის მასა თავმოყრილია ატომბირთვში, რადგან პროტონი და ნეიტრონი ელექტრონზე გაცილებით მძიმე ნაწილაკებია. ნეიტრონის მასა ოდნავ აღემატება პროტონის მასას. პროტონი კი 1840-ჯერ მძიმეა ელექტრონზე.

          მიზიდვა-განზიდვის უნარის მქონე ნაწილაკებს დამუხტული ნაწილაკები ეწოდება. დამუხტულია პროტონები, რადგან ისინი  ერთმანეთს განიზიდავენ. მათ ერთნაირი (დადებითი, +) მუხტი გააჩნია, ერთმანეთს განიზიდავენ ელექტრონებიც. მათ უარყოფითი მუხტი გააჩნიათ. ხოლო პროტონი და ელექტრონი, როგორც დადებითი და უარყოფითი ნაწილაკები, ერთმანეთს მიიზიდავენ. პროტონის და ელექტრონის მუხტის ზომა ერთნაირია და ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია, რადგან მასში პროტონების  რაოდენობა ელექტრონების რაოდენობის ტოლია.

 

ლალი
თუ ნეიტრალურმა ატომმა დაკარგა ელექტრონი, მაშინ ბირთვის დადებითი მუხტი გადააჭარბებს უარყოფით მუხტს და და ატომი დადებითად დაიმუხტება, ხოლო თუ – პირიქით, ატომი მიიერთებს ელექტრონს, იგი უარყოფითად დაიმუხტება. დამუხტულ ატომს იონი ეწოდება. ესე იგი ატომი თუ ელექტრონს კარგავს, იგი დადებით იონად გადაიქცევა, თუ ელექტრონს იძენს –  უარყოფით იონად. პროტონს, ნეიტრონს და ელექტრონს ელემენტარულ ნაწილაკებს უწოდებენ.

ამგვარად, გავეცანით მატერიის ცნებას, მის ფორმებს, სამყაროს ფუნდამენტს – ატომს და მის აღნაგობას. გავარკვიეთ, რითი განსხვავდება ატომი მოლეკულისაგან და იონისაგან.

 

ლიტერატურა

  1. ილუსტრაციები სითბური გაფართოების შესახებ

https://www.flickr.com/photos/goalfinder/6964033833/in/photostream/

  1. ა. პერიშკინი, ნ. როდინა. ფიზიკა VII კლასი. 1989 წ;
  2. ელენე სურგულაძე. მანანა კასრაძე. ფიზიკა VII კლასი. 2003 წ;
  3. გიორგი გედენიძე, ეთერ ლაზარაშვილი. ფიზიკა VII კლასი. 2001 წ.

 

 

 

 

 

 

კომენტარები

comments