تويت
عنـوان الوحدة8 : المادة
الدرس الأول: الخصائص الفيزيائية للمواد
مصطلحات ومفاهيم علمية
ستتعرف في هذا الدرس على المصطلحات والمفاهيم العلمية التالية:
| الخصائص الفيزيائية | Physical properties |
| الكتلة | Mass |
| الوزن | Weight |
| الكثافة | Density |
| الطفو | Buoyancy/Floating |
خصائص المواد
يمكن تمييز المواد بعضها عن بعض عن طريق الخصائص الفيزيائية للمادة.
مفهوم الخصائص الفيزيائية
الخصائص الفيزيائية: خصائص المادة التي يمكن ملاحظتها أو قياسها.
أمثلة:
- اللون.
- الرائحة.
- الكتلة.
- الحجم.
- الوزن.
- الكثافة.
الكتلة
الكتلة: كمية المادة الموجودة في الجسم.
أدوات قياس الكتلة
تقاس الكتلة باستعمال الموازين المختلفة، مثل:
- الميزان ذو الكفتين.
- الميزان الإلكتروني.
الغرام (g)، أو الكيلوغرام (kg).
الوزن
إذا رميت جسماً إلى الأعلى، فإنه يرتفع حتى يصل ارتفاعاً معيناً ثم يسقط على الأرض؛ بسبب الجاذبية الأرضية.
الوزن: مقدار قوة جذب الأرض لأي جسم.
يزداد وزن الجسم بزيادة كتلته.
أداة قياس الوزن
يقاس الوزن باستعمال الميزان النابضي.
وحدة قياس الوزن
النيوتن (N).
كتلتي ووزني على الأرض وعلى القمر
كتلة جسمي على سطح الأرض، وسطح القمر متساوية، ولكن وزني مختلف؛ بسبب اختلاف كتلة كل من الأرض والقمر؛ ولأن كتلة الأرض أكبر من كتلة القمر، فإن مقدار جاذبية الأرض لجسمي أكبر من مقدار جاذبية القمر لجسمي.
يبلغ وزني على القمر وزني على القمر.
مثال:
إذا كانت كتلة جسمي على الأرض 36 Kg ، فكم تبلغ كتلتي على سطح القمر؟
إذا كان وزني على الأرض 360 N ، فكم يبلغ وزني على الأرض والقمر؟
كتلة جسمي على الأرض = كتلة جسمي على القمر = 36 Kg
وزني على الأرض = 360 N
وزني على القمر = 360 x = 60 N
الكثافة
ترتبط الكثافة بمفهومي:
- الكتلة: كمية المادة الموجودة في الجسم.
- الحجم: الحيز الذي يشغله الجسم.
مفهوم الكثافة
الكثافة: الكتلة الموجودة لكل وحدة حجم.
وحدة قياس الكثافة
غرام لكل سنتمتر مكعب (g/cm3).
حساب الكثافة
تحسب كثافة جسم بقياس كتلته (بالغرام)، وحجمه (بالسنتمتر المكعب)، ثم قسمة الكتلة على الحجم:
قوة الطفو
Buoyancy
تؤثر كثافة المادة على طفوها أو انغمارها في الماء.
- فإذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة الماء، فإن الجسم يطفو على الماء.
- وإذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة الماء، فإن الجسم ينغمر في الماء.
كثافة الخشب أقل من كثافة الماء؛ لذا فهو يطفو على سطح الماء، وكثافة الحجر أكبر من كثافة الماء؛ لذا فالحجر ينغمر في الماء.
تفسير أرخميدس لطفو الجسم وانغماره
يطفو الجسم عندما تكون قوة الدفع إلى الأعلى أكبر من وزن الجسم نحو الأسفل.
أو يطفو الجسم إذا كانت قوة الطفو < قوة الجاذبية (وزن الجسم)
ينغمر الجسم عندما يكون وزن الجسم نحو الأسفل أكبر من قوة الدفع نحو الأعلى.
أو ينغمر الجسم إذا كانت قوة الجاذبية (وزن الجسم) < قوة الطفو
لماذا يغرق مسمار من الحديد ولا تغرق سفينة مصنوعة من الحديد؟
- يغرق المسمار؛ لأن كتلته أكبر من حجمه، فتزيد كثافته فيغرق، وهذا يعني أن قوة الطفو أكبر من قوة الجاذبية (الوزن).
- تطفو السفينة؛ لأنها تحوي غرفاً وتجاويف مليئة بالهواء؛ وهذا يعني أن كتلتها أقل من حجمها، فتقل كثافتها فتطفو، وهذا يعني أن قوة الجاذبية (الوزن) أكبر من قوة الطفو.
أسئلة المحتوى وإجاباتها
أتحقق صفحة (51):
أعدد بعض الخصائص الفيزيائية للمادة.
الكتلة، والوزن، والكثافة، والطفو، والانغمار.
أتأمل الصورة صفحة (51):
أفسر: كيف تطفو السفينة الضخمة على سطح الماء؟
لأن في السفينة فجوات وتجاويف مليئة بالهواء؛ ما يجعل كثافتها أقل من كثافة الماء فتطفو على سطح الماء.
إجابات أسئلة مراجعة الدرس
السؤال الأول:
الفكرة الرئيسة: ما الخصائص التي أصف بها أي مادة أستعملها يومياً؟ ما أهمية هذا الوصف؟
أصف أي مادة بخصائصها الفيزيائية، كاللون، والوزن، والكتلة، والحجم، والكثافة، والرائحة.
تكمن أهمية الخصائص الفيزيائية في كونها تميز المواد بعضها من بعض.
السؤال الثاني:
المفاهيم والمصطلحات: أكتب المفهوم المناسب في الفراغ:
- كمية المادة الموجودة في الجسم: ( الكتلة ).
- مقدار قوة جذب الأرض لأي جسم: ( الوزن ).
السؤال الثالث:
أستنتج: لماذا يستعمل الشخص الذي لا يجيد السباحة إطاراً من الهواء ليطفو على سطح الماء؟
لأن كثافة الإطار المملوء بالهواء أقل من كثافة الماء، وقوة دفع الماء له نحو الأعلى أكبر من قوة وزنه نحو الأسفل.
السؤال الرابع:
أستنتج: لماذا تختلف قيمة الكثافة باختلاف المادة؟
لأن لكل مادة كتلة وحجماً مختلفين، ومكونات تختلف في تراصها معاً.
السؤال الخامس:
التفكير الناقد: لماذا لا توجد مظاهر للحياة على سطح القمر مثل تلك التي على سطح الأرض؟
لأن الجاذبية على القمر تساوي سدس جاذبية الأرض؛ لذا تتطاير المواد المختلفة عليه، فضلاً عن عدم وجود ماء، ونباتات، وأيّ مقومات تمكن الأحياء من العيش عليها.
السؤال السادس:
أختار الإجابة الصحيحة:
الصورة التي تمثل أكثر المواد كثافة هي:
الإجابة: (د) الفولاذ.
العلوم مع الكتابة
أكتب فقرة توضح كيف يرتفع المنطاد عالياً، ثم ينخفض نحو سطح الأرض، ثم أتبادل الفقرات مع زملائي.
تطفو المناطيد عالياً في الهواء؛ لأن كثافة غاز الهيليوم أو الهيدروجين المعبأ بداخله أقل من كثافة الهواء.
العلوم مع الرياضيات
ألقيت قطعة مصنوعة من مادة ما، كتلتها (40)g ، في مخبار مدرج، مستوى الماء فيه عند التدريج (30)mL ، فارتفع الماء إلى التدريج (34)mL . أجد كثافة هذه المادة.
الفرق في مستوى الماء = (34)mL – (30)mL = (4)mL = حجم المادة
الكثافة = الكتلة ÷ الحجم
الكثافة = (40)g / (4)mL
الكثافة = (10)g/mL
الدرس الثاني: تحولات المادة
مصطلحات ومفاهيم علمية
ستتعرف في هذا الدرس على المصطلحات والمفاهيم العلمية التالية:
| التغير الفيزيائي | Physical Change |
| الانصهار | Melting |
| التبخر | Evaporation |
| الغليان | Boiling |
| التكاثف | Condensation |
| التجمد | Freezing |
| التسامي | Sublimation |
| التمدد الحراري | Thermal expansion |
| الانكماش الحراري | Thermal shrinkage |
التغيرات في حالة المادة حالات المادة
تعلم أن للمادة ثلاث حالات:
- الحالة الصلبة.
- الحالة السائلة.
- الحالة الغازية.
التغير الفيزيائي
التغير الفيزيائي: تغير شكل المادة من دون تغير نوع المادة المصنوعة منها، أو مكوناتها.
مثال (2):
عندما أضع مكعباً من الثلج في طبق بمكان مشمس، سيتحول مكعب الجليد إلى ماء سائل؛ أي أن حالته تغيرت من الحالة الصلبة إلى السائلة، ولكن المادة المكونة للثلج والماء هي نفسها ولم يحدث لها تغيير؛ لذا نقول أن تحول الثلج إلى ماء سائل هو تغير فيزيائي.
عندما أترك الطبق تحت أشعة الشمس مدة أطول، سيختفي الماء، أي أن حالته تغيرت من الحالة السائلة إلى الغازية (بخار)، ولكن المادة المكونة للماء والبخار هي نفسها ولم يحدث لها تغيير؛ لذا نقول أن تحول الماء سائل إلى بخار هو تغير فيزيائي.
مثال (2):
عندما أمزق قطعة من الورق، فإن شكلها قد تغير، ولكن المادة المصنوع منها الورقة لم يتغير؛ لذا نقول إلى تمزيق الورقة هو تحول فيزيائي.
تأثير ارتفاع درجة الحرارة في المواد المختلفة
تسخين المواد يؤدي إلى تحرك جسيماتها على نحو أسرع، فتتباعد عن بعضها.
تأثير ارتفاع درجة الحرارة في المواد الصلبة
- عند تسخين المواد الصلبة، تتحول إلى الحالة السائلة، في ما يعرف بالانصهار.
- قد يؤدي تسخين بعض المواد الصلبة إلى تحولها إلى الحالة الغازية مباشر، في ما يعرف بالتسامي، كما يحدث عند تسامي الثلج الجاف (ثاني أكسيد الكربون) واليود.
- عند تسخين المواد السائلة، تتحول إلى الحالة الغازية، في ما يعرف بالتبخر.
- في حال استمرار تسخين المادة السائلة، تزداد عملية التبخر، حتى تصل إلى حالة الغليان.
تأثير انخفاض درجة الحرارة في المواد المختلفة
تبريد المواد يؤدي إلى تحرك جسيماتها على نحو أبطأ، فتتقارب من بعضها.
تأثير انخفاض درجة الحرارة في المواد الغازية
- عند تبريد المواد الغازية، تتحول إلى الحالة السائلة، في ما يعرف بالتكاثف.
- عند تبريد المواد السائلة، تتحول إلى الحالة الصلبة، في ما يعرف بالتجمد.
تمدد المادة وانكماشها
- عند ارتفاع درجة حرارة المادة، يزداد حجمها، وهو ما يعرف بالتمدد الحراري.
- عند انخفاض درجة حرارة المادة، يقل حجمها، وهو ما يعرف بالانكماش الحراري.
- تنكمش المواد الغازية وتتمدد بصورة أكبر من المواد السائلة.
- تنكمش المواد السائلة وتتمدد بصورة أكبر من المواد الصلبة.
مثال:
- يتمدد السائل الموجود في ميزان الحرارة ويزداد حجمه عند ارتفاع درجة الحرارة.
- ينكمش السائل الموجود في ميزان الحرارة ويقل حجمه عند انخفاض درجة الحرارة.
تستخدم ظاهرة انكماش السائل وتمدده في ميزان الحرارة في قياس درجة حرارة الوسط الموضوع فيه ميزان الحرارة.
أفكر:
أفسر: تترك مسافات بين قضبان سكك حديد القطارات.
العلاقة بين تغير حالة المادة ودرجة حرارتها
لكل مادة نقية درجة انصهار، ودرجة غليان خاصة بها.
فمثلاً:
درجة غليان الماء النقي 100 oC ، ودرجة انصهاره 0 oC .
عند تسخين المادة الصلبة، تبدأ درجة حرارة المادة بالارتفاع، وتثبت عندما تبدأ المادة بالانصهار، وتسمى تلك الدرجة بدرجة الانصهار.
بعد ان تنصهر جميع المادة الصلبة تعود درجة حرارة المادة السائلة بالارتفاع، وتثبت عندما تبدأ المادة بالتبخر، وتسمى تلك الدرجة الحرارية بدرجة الغليان.
عند تبريد المادة السائلة، تبدأ درجة حرارة المادة بالانخفاض، وتثبت عندما تبدأ المادة بالتجمد، وتسمى تلك الدرجة بدرجة التجمد.
إجابات أسئلة مراجعة الدرس
السؤال الأول:
الفكرة الرئيسة: ماذا يحدث للماء عند وضعه في كأس بالمجمدة؟
ستتغير حالته الفيزيائية من سائلة إلى صلبة، ويتحول إلى جليد.
السؤال الثاني:
المفاهيم والمصطلحات: أكتب المفهوم المناسب في الفراغ:
- تغير يؤدي إلى تغيير شكل الجسم من دون تغيير نوع المادة ومكوناتها: ( التغير الفيزيائي ).
- تحول المادة الصلبة إلى حالة غازية مباشرة من دون مرورها بالحالة السائلة: ( التسامي ).
السؤال الثالث:
أوضح كيف يؤثر التسخين في حجم المادة؟
يؤدي التسخين إلى ازدياد حجم المادة بسبب تباعد جزيئاتها بعضها عن بعض.
السؤال الرابع:
أستنتج: ماذا يحدث لجسيمات المادة السائلة عند تبريدها؟
تتقارب جسيمات المادة السائلة بعضها من بعض؛ ما يؤدي إلى تراصّها، وتحولها إلى الحالة الصلبة.
السؤال الخامس:
التفكير الناقد: لماذا تُمدد أسلاك الكهرباء بين الأعمدة بحيث لا تكون مشدودة؟
لأن الأسلاك مصنوعة من مواد تتمدد بالتسخين، وتتقلص بالتبريد. فعند انخفاض درجات الحرارة شتاءً تتقلص هذه الأسلاك، ثم تنقطع إذا كانت مشدودة؛ ما يؤدي إلى فصل التيار.
السؤال السادس:
أختار الإجابة الصحيحة:
الصورة التي تمثل الانكماش الحراري للمادة هي:
الصورة الأولى تمثل تقلص السائل داخل ميزان الحرارة عند تبريده.
العلوم مع الرياضيات
مقارنة الأطوال
أحضر يوسف كأساً زجاجية فيها (25) mL ، من سائل معين، ثم وضعها في مجمدة الثلاجة حتى تجمد السائل. وعندما قاس الحجم بعد التجمد وجده (24.4) mL . أحدد مقدار انكماش السائل.
حجم السائل قبل التجمد: 25 mL
حجم السائل بعد التجمد: 24.4 mL
مقدار الانكماش = الحجم الابتدائي – الحجم النهائي
25 mL – 24.4 mL = 0.6 mL
إجابات أسئلة مراجعة الوحدة
السؤال الأول:
المفاهيم والمصطلحات: أكتب المفهوم المناسب في الفراغ:
- مقدار الكتلة الموجودة في حجم محدد من المادة: ( الكثافة ).
- قوة تؤثر في الجسم فتدفعه إلى الأعلى عند وضعه في سائل أو غاز: ( الطفو ).
- النقصان في حجم المادة الناتج من تغير درجة حرارتها: ( الانكماش الحراري ).
- تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة: ( التكاثف ).
السؤال الثاني:
أحدد العمليات التي تحدث للمواد في المخطط الآتي، وذلك بكتابة اسم العملية المناسبة بدلاً من الرقم:
- التسامي.
- الانصهار.
- التبخر.
- التكاثف.
- التجمد.
السؤال الثالث:
أستعمل الجدول: أي المادتين في جدول البيانات الآتي تطفو على الماء: الشمع أم الفضة؟ أيهما تغرق؟ أوضح إجابتي.
سيطفو القطن على سطح الماء؛ لأن كثافة القطن أقل من كثافة الماء، في حين تغرق الفضة فيه؛ لأن كثافتها أكبر من كثافة الماء.
السؤال الرابع:
أوضح: ما العلاقة بين حجم المادة ودرجة حرارتها؟
العلاقة طردية؛ فكلما ارتفعت درجة حرارة المادة زاد حجمها، والعكس صحيح.
السؤال الخامس:
أستنتج: لماذا يطفو قارب صيد كبير الحجم على سطح الماء، وتغرق صنارة حديدية صغيرة الحجم؟
لأن القارب فيه فجوات وتجاويف مليئة بالهواء؛ ما يجعل كثافته أقل من كثافة الماء فيطفو على سطح الماء، اما الصنارة فلا يوجد فيها أي فجوات، وكثافتها (الحديد) أكبر من كثافة الماء، فتغرق.
السؤال السادس:
أعدد بعض التطبيقات العملية لكل من التمدد الحراري، والانكماش الحراري.
- الفواصل في قضبان السكك الحديدية.
- أسلاك الكهرباء والهاتف بين الأعمدة.
- مقياس درجة الحرارة.
السؤال السابع:
أطرح سؤالاً على زملائي في الصف تكون إجابته التسامي.
عند وضع أقرص النفثالين العطرية الصلبة في درجة حرارة الغرفة، فإن رائحتها تنتشر في الأرجاء، ثم تزول كلها بعد مدة من الزمن.
ما اسم العملية التي تتحول فيها هذه الأقراص إلى مادة عطرية غازية منتشرة في الهواء؟
الإجابة: التسامي.