სამყარო – მიწა, წყალი, ჰაერი, ცეცხლი

„აგრეგო“ ლათინური სიტყვაა და ნიშნავს – „ვაერთებ“, „ვაკავშირებ“. ამ სიტყვას უკავშირდება ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა, რომელშიც შეიძლება იგი არსებობდეს. ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა ეწოდება ნივთიერების ისეთ მდგომარეობას, რომელიც  მოცემულ პირობებში ნივთიერების განსაზღვრული ფორმისა და მოცულობის შენარჩუნების უნარის ხარისხით  ხასიათდება.

ძველი ბერძნები თვლიდნენ, რომ სამყაროში ყველაფერი შედგება მიწის, წყლის, ჰაერის და ცეცხლისგან.

თუ გავიხსენებთ, რომ თანამედროვე ფიზიკაც ოთხ აგრეგატულ მდგომარეობას აღიარებს: მყარს, თხევადს, აირადს და პლაზმურს  (სურ. 1), მაშინ უთუოდ დავინახავთ ძველი ბერძნების მიერ სამყაროს აღქმასთან კავშირს.

მიწა – ნივთიერების მყარი მდგომარეობაა;

წყალი  – ნივთიერების თხევადი მდგომარეობაა;

ჰაერი  – ნივთიერების აირადი მდგომარეობა;

ცეცხლი – ნივთიერების პლაზმური მდგომარეობა.

 

სურ. 1.  A – მყარი, B – სითხე, C – აირი, D – პლაზმა.

 

თითოეულ აგრეგატულ მდგომარეობაში ნივთიერების შემადგენელი ნაწილაკების განლაგება, მოძრაობა და ურთიერთქმედება განსხვავებულია. სწორედ ამ ნაწილაკების „ცხოვრების წესი“ განსაზღვრავს არსებულ პირობებში რომელ აგრეგატულ მდგომარეობაში იქნება ნივთიერება. მყარ, თხევად და აირად მდგომარეობებს გარეგნულად ერთმანეთისგან ადვილად ვარჩევთ. ზამთარში ტბებისა და მდინარეების ზედაპირზე წყალი იყინება – თხევადიდან მყარ მდგომარეობაში გადადის, ანუ ყინულად იქცევა. ყინულის ქვეშ კი წყალი თხევად მდგომარეობაში რჩება (სურ. 2).

 

სურ.2

ესე იგი, ნივთიერება – წყალი ერთდროულად ორ სხვადასხვა მდგომარეობაში იმყოფება: მყარი (ყინული) და თხევადი (წყალი). აქვე არსებობს წყალი მესამე – აირად მდგომარეობაში, რომელიც უხილავი ორთქლის სახით ჩვენს გარემომცველ ჰაერშია.

რა ვიცით ნივთიერების მეოთხე მდგომარეობის შესახებ, რომელსაც პლაზმური ეწოდება? მეცნიერება ამტკიცებს, რომ სამყაროს 99% პლაზმისგან შედგება. მზე გავარვარებული პლაზმისგან შემდგარი უზარმაზარი სფეროა. პოლარულ ნათებას, ელვას სწორედ პლაზმურ მდგომარეობაში მყოფი აირი იწვევს. პლაზმას წარმოადგენს ასევე ცეცხლიც (სურ. 3).

 

სურ. 3.

 

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მოლეკულებისა და ატომების განლაგება, მოძრაობა და ურთიერთქმედება განაპირობებს ნივთიერების აგრეგატულ მდგომარეობას.

თავდაპირველად განვიხილოთ მყარი აგრეგატული მდგომარეობა. ჩვეულებრივ პირობებში მყარი სხეულის, მაგალითად მეტალის გაჭიმვა ან შეკუმშვა რთულია. იგი ინარჩუნებს თავის მოცულობას. მისი ფორმის შესაცვლელად, მაგალითად, მოსაღუნად ან გასაწყვეტად, საჭიროა მასზე გარკვეული ზემოქმედება.

მყარ მდგომარეობაში ნაწილაკები ერთმანეთთან ახლოს და განსაზღვრულ ადგილებზეა განლაგებული. ამ მდგომარეობაში ნაწილაკები მხოლოდ ირხევიან. ნაწილაკებს შორის არსებული ურთიერთქმედების (მიზიდვა-განზიდვის) ძალები მათ აიძულებს თავიანთ (დისლოკაციის) ადგილზე რხევით მდგომარეობაში ყოფნას. ნაწილაკებისთვის ეს მდებარეობა წონასწორობას შეესაბამება და ნებისმიერი გარე ზემოქმედება მათთვის „შეშფოთებას“ ნიშნავს. ნაწილაკების სისტემა ამ ზემოქმედებას წინააღმდეგობით პასუხობს. ამიტომ ინარჩუნებს ფორმას და მოცულობას მყარი სხეული.

სითხე ადვილად იცვლის ფორმას. იგი იმ ჭურჭლის ფორმას იღებს, რომელშიც ასხამენ. ჩვეულებრივ პირობებში სითხის მხოლოდ პატარა წვეთებს აქვს საკუთარი ფორმა – ბურთულის ფორმა. სწორედ ამ ფორმას უწოდებენ  პირობითად, სითხის ფორმას. ნამის გაჩენისას მცენარის ფოთოლზე ასეთი, ბურთულის ფორმის მსგავსი წვეთები ხომ ადვილად შესამჩნევია?

მიუხედავად იმისა, რომ სითხე ადვილად იცვლის ფორმას, მისი მოცულობის შეცვლა ძალიან რთულია. ახლა ავხსნათ სითხის ეს თვისებები მისი აღნაგობის მიხედვით. მყარი სხეულისგან განსხვავებით, სითხეში მოლეკულები დაშორებულია მოლეკულის ზომის ტოლი მანძილით. ეს მანძილი საკმარისია, იმისთვის, რომ სითხემ მთლიანობა შეინარჩუნოს, თუმცა არასაკმარისია, იმისთვის, რომ თავის ადგილას დაამაგროს. სითხეში ნაწილაკებს შედარებით ადვილად შეუძლიათ ერთი ადგილიდან მეორეზე გადანაცვლება.

მთლიანობაში მათი მოძრაობა ასე შეიძლება აღიწეროს: რხევა – ახალ ადგილზე გადასვლა – კვლავ რხევა – კვლავ გადასვლა და ასე შემდეგ. სითხის ნაწილაკების ერთ ადგილზე ყოფნის დრო დიდი არ არის. ამიტომ ამბობენ სითხის ნაწილაკები „ბოშურ“ ცხოვრებას ეწევიანო. ნაწილაკების ასეთი „ცხოვრების წესით“ აიხსნება თვისება, რომლის მიხედვითაც სითხე ინარჩუნებს მოცულობას და ვერ ინარჩუნებს ფორმას.

აირის შეკუმშვით მისი მოცულობა რამდენჯერმე შეიძლება შემცირდეს. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ აირში ნაწილაკებს შორის მანძილი საკმაოდ დიდია. როგორც მეცნიერები ამბობენ, ეს მანძილი ნაწილაკის ზომაზე გაცილებით მეტია. ცნობილია, რომ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალები დაახლოებით ნაწილაკის ზომის ტოლ მანძილებზე მოქმედებს. შესაბამისად, აირის ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედება გაცილებით სუსტია, ვიდრე მყარ სხეულსა და სითხეში. აირის ნაწილაკებს შორის სუსტი მიზიდვა-განზიდვის არსებობით აიხსნება ის ფაქტი, რომ შეუძლებელია ბოთლის ან ჭიქის აირით ნახევრად ავსება. მოლეკულები, რომლებიც თითქმის არ იზიდავენ ერთმანეთს, თუ არ გავითვალისწინებთ ურთიერთდაჯახებებს, ყველა მიმართულებით შეუფერხებლად მოძრაობენ და სწრაფად ავსებენ მთელ ჭურჭელს. სწორედ ნაწილაკებს შორის  სუსტი ურთიერთქმედების გამო აირი ვერ ინარჩუნებს ვერც ფორმასა და ვერც მოცულობას.

 

 

სურ. 4

სურ. 4 -ზე გამოსახულია წყალი სამ აგრეგატულ მდგომარეობაში აღნაგობის შესაბამისი სქემატური სურათებით.

ჩვენთვის ცნობილია ატომის აღნაგობა. ვიცით, რომ ბირთვში არსებული დადებითი პროტონების რიცხვი ტოლია ბირთვის გარშემო მოძრავი უარყოფითი ელექტრონების რიცხვის. პროტონის და ელექტრონის მუხტის მოდული კი ერთნაირია. ამიტომ ატომი ჩვეულებრივ მდგომარეობაში ელექტრულად ნეიტრალურია. თუ რაიმე მიზეზით, მაგალითად, ენერგიის დასხივებით, მოხდება ატომის იონიზაცია – ელექტრონის მოწყვეტა ბირთვის ორბიტიდან, ნეიტრალური ატომიდან მივიღებთ ორ ნაწილაკს – დადებით იონს და უარყოფით ელექტრონს (სურ. 5).

 

 

სურ. 5.

 

 

 

სწორედ ასეთ იონიზირებულ აირს წარმოადგენს პლაზმა (სურ. 6). მაშასადამე, აირიდან პლაზმურ მდგომარეობაში ნივთიერების გადასაყვანად საჭიროა მისი ძლიერი გახურება. ყველაზე დაბალტემპერატურული 1%-იანი (100 ატომიდან ერთია იონიზირებული) პლაზმა ხასიათდება            100 000⁰C -ით. დედამიწის პირობებში ასეთი პლაზმას წარმოადგენს ელვა. ელვის დროს მანათობელი არხის ტემპერატურა შეიძლება 30 000⁰C-ს აღემატებოდეს, რაც 6-ჯერ მეტია მზის ზედაპირის ტემპერატურაზე.

 

სურ. 6.

ნივთიერების ერთი აგრეგატული მდგომარეობიდან მეორეში გადაყვანა შესაძლებელია ტემპერატურის შეცვლით. მყარ მდგომარეობაში ნივთიერებას შეესაბამება ყველაზე დაბალი ტემპერატურა. თუ გავზრდით მის ტემპერატურას აღნიშნული ნივთიერების დნობის ტემპერატურამდე, ნივთიერება გადნება და მყარიდან თხევად მდგომარეობაში გადავა. ამის შემდეგ თუ კიდევ გავზრდით სითხის ტემპერატურას ნივთიერების დუღილის ტემპერატურამდე, წარმოდგენილი სითხე ადუღდება და ნივთიერება სითხიდან აირად მდგომარეობაში გადავა. კიდევ თუ გავახურებთ მოხდება ნივთიერების აიონიზაცია და აირი პლაზმურ მდგომარეობაში გადავა. დიფუზიის შესწავლისას ავღნიშნეთ, რომ დიფუზიის სიჩქარე მყარ სხეულებში დაბალია, ვიდრე სითხეებში და კიდევ უფრო დაბალი, ვიდრე აირებში.

ახლა, როცა  აგრეგატული მდგომარეობები დავახასიათეთ ნივთიერების აღნაგობის საფუძველზე, გასაგები ხდება ნივთიერების სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობას რატომ შეესაბამება შემადგენელ ნაწილაკების განსხვავებული სიჩქარე, რაც დიფუზიის მოვლენის განსხვავებულ სიჩქარეს განაპირობებს.

 

ლიტერატურა

  1. ილუსტრაციები ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობის შესახებ აღებულია ვებგვერდებიდან

http://followtheart.info/kareff-Sun_17_11.html

https://sciencesinworld.wordpress.com/2014/06/13/964368/

  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;
  4. ეთერ ბასიაშვილი. ფიზიკა VII კლასი. 2005 წ .
  5. ლევან მნათობიშვილი, რუსუდან ქანთარია, ლეილა ჩიჩუა. ფიზიკა VII კლასი. 2006 წ.

 

კომენტარები

comments