المادة وعالم الاشياء

المادة وعالم الاشياء

نقطة الانصهار

 درجة الحرارة التي تتحول عندها مادة ما من الصلابة إلى السيولة. وتتفاوت نقاط الانصهار للمواد المختلفة تفاوتاً ملموسًا. فللتنجستن مثلاً، نقطة انصهار عالية جداً هي 3410°م، بينما ينصهر الهيدروجين الصلب عند درجة حرارة منخفضة هي -259°م.

تعتمد نقطة انصهار المادة جزئيًا على كون المادة نقية أو خليطًا. والمادة النقية قد تكون عنصراً نقيا مثل الحديد، أو مركبًا بسيطاً مثل الماء. أما الخليط فيتألف من مادتين أو أكثر لا تمتزجان كيميائيًا.

تنصهر المادة النقية عند درجة حرارة محددة أو ضمن مدى حراري محدود جدًا. فمثلاً عندما يسخن الحديد ترتفع درجة حرارته إلى أن يصل الفلز إلى نقطة انصهاره البالغة 1535°م. ويبقى الحديد عند تلك الدرجة إلى أن ينصهر بكامله.

ولا ينصهر الخليط عند درجة محددة. فالخليط البسيط، مثل الصفر والفولاذ (الصلب)، ينصهر في مدى حراري، حيث ينصهر الفولاذ الذي هو خليط من الحديد وعناصر أخرى، عند درجات تتراوح بين 1,400°م و 1,500°م. ولهذا ترتفع درجة حرارة الفولاذ 100°م في أثناء عملية الانصهار بدلا من بقائها ثابتة. ولاينصهر الخليط المركب، مثل الزجاج والقار والشمع في مدى حراري محدد. وبدلاً من ذلك تصبح المواد أكثر طراوة وميوعة تدريجيا كلما ارتفعت درجة حرارتها.

ولمعظم الخلائط البسيطة نقطة انصهار مختلفة عن أي من المواد النقية التي تحتوي عليها. فمثلاً ينصهر الصفر الذي هو سبيكة من النحاس والزنك ضمن مدى حراري من 900°م إلى 1000°م. غير أن نقطة انصهار النحاس، هي 1083,4°م، وللزنك 419,58°م.

يستطيع الكيميائيون تحديد درجة نقاء مادة ما، عن طريق معرفة نقطة انصهارها. ففي معظم الحالات، يكون جسم صلب مادة نقية إذا انصهر عند درجة حرارة محددة أو ضمن مدى محدود من درجات الحرارة. ويكون الجسم الصلب خليطًا إذا انصهر ضمن مدى محدَّد من درجات الحرارة.

وتتأثر نقطة انصهار المادة إلى حد ما بالضغط الجوي. فارتفاع الضغط يرفع نقطة انصهار معظم المواد. غير أن زيادة الضغط الجوي تخفض انصهار الماء والمواد القليلة الأخرى التي تتمدد بالتجمّد.

يتجمد السائل المكون من مادة نقية، عند نفس درجة الحرارة التي ينصهر عندها في الحالة الصلبة. ولهذا يمكن للشكلين الصلب والسائل أن يوجدا معاً عند الانصهار؛ أي عند تغير درجة الحرارة في أيهما. فمثلاً، إذا مزجت أي مقادير من الماء والثلج معاً، فستكون درجة حرارة المادة صفراً مئويًا. وهذه الدرجة هي النقطة التي ينصهر عندها الثلج ويتجمد فيها الماء. وعند عدم زيادة الحرارة أو نقصها، ينصهر الثلج بنفس معدل تجمد الماء. ولهذا تبقى مقادير الماء والثلج كما هي. وإذا سُخن ماء الثلج ينصهر الثلج، وإذا انخفضت الحرارة يتجمد الماء.

وقد يُوجد الشكلان، الصلب والسائل لخليط ما، معًا ضمن مدى من درجات الحرارة. ويتحدد هذا المدى بنوع ومقدار كل من المواد النقية في الخليط.

ولاتنصهر بعض المواد النقية عند تسخينها. وبدلاً من ذلك تتحول مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية. والزرنيخ، والثلج الجاف، واليود تمر بهذه العملية التي تسمى التسامي. ولا يمكن تحولها إلى الحالة السائلة إلا إذا حفظت تحت ضغط في إناء مغلق.

درجة التّجمّدْ

هي درجة الحرارة التي تتحوّل عندها المادة من حالة السيولة إلى حالة التجمد. وتختلف درجة التجمّد (نقطة التجمد) للمواد المختلفة إلى حد كبير. فالزئبق يتجمد عند درجة 38,87°م تحت الصفر ونقطة تجمّد الذهب 1,063°م.

وتتماثل نقطة تجمد المادة النقية ونقطة انصهارها. . فمثلاً يتجمّد الماء عند درجة صفر مئوية، وينصهر الشكل الجامد للماء، وهو الثلج، عند نفس درجة الحرارة. وحينما تكون المادة النقية عند نقطة تجمّدها يكون السائل والشكل الصلب للمادة في حالة اتزان مع بعضهما. وإذا لم تُضَف حرارة أو تزال فإنهما يبقيان على نفس الحالة إلى الأبد، لأن مقابل كل كمية متجمدة من السائل تنصهر كمية مماثلة من الصلب. وتُسمى الحرارة التي يجب أن تُضاف لصهر وحدة من مادة ما أو تنقص لتجميدها حرارة الاندماج.

يؤثِّر تركيب المادة على نقطة تجمدها، فالمواد النقية مثل العنصر النقي أو المركب البسيط، تتجمد عند درجة حرارة معينة. وعلى النقيض فإن التركيبات المخلوطة التي تتكون من عدة مواد غير متحدة كيميائيًا تتجمد في درجات حرارة مختلفة؛ فالبرونز، وهو إحدى سبائك النحاس والقصدير، يتصلب عندما تنخفض درجة الحرارة من 1,000°م إلى 800°م.

ويُمكن خفض نقطة تجمد معظم السوائل بإضافة مادة أخرى. وهذه الحقيقة هي أساس استخدام مضاد التجمد في مشْعاع السيارات (الرادييتر) أثناء الشتاء. ويحتوي مضاد التجمد على جلايكول الإثيلين الذي تبلغ نقطة تجمده -13°م. ويتجمد مخلوط من أجزاء متساوية من جلايكول الإثيلين والماء عند حوالي 37°م تحت الصفر.

وقد تؤثر الزيادة الكبيرة في الضغط على نقطة التجمد. وترفع زيادة الضغط نقطة تجمد الذهب والزئبق والمواد الأخرى التي تنكمش عند التجمد. وجميع هذه المواد تتجمد وينقص حجمها. ويُسبب الضغط زيادة هذا النقصان، وبذلك تتجمد المواد عند درجة حرارة فوق نقطة التجمد العادية.

وتسبب زيادة الضغط انخفاض نقطة التجمد لعدد قليل من المواد مثل الإثمد والبزموت والماء. ويزداد حجم هذه المواد وتتمدد عندما تبدأ في التجمد. ويمنع ازدياد الضغط المضاف تغير الحجم وحدوث التمدد عند نقطة التجمد العادية. ونتيجة لذلك يُمكن للمواد أن تتجمد في حالة واحدة فقط وهي عندما تنخفض درجة الحرارة. 

تبخر الماء 

تعريف التبخر وأهميته

تعريفه:

التبخر، وهو تحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية وانطلاقه، وهو في هذه الحالة إلى الجو، وهو عبارة عن عملية فيزيقية، كما أن التكثيف وهو عكس التبخر، عبارة عن عملية فيزيقية أخرى يتم بمقتضاها تحول البخار من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. ويحدث هاتان العمليتان نتيجة لظاهرة طبيعية معروفة، وهي أن أي جسم مائي مهما كان حجمه، سواء أكان نقطة مائية دقيقة عالقة بالجو أو بأحد الأجسام، أو غشاءً رقيقًا حول حبة صغيرة من الرمل أو محيطًا عظيم الضخامة، يتكون من جزيئات Molecules دائمة الحركة. وفي أثناء تحركها ينطلق بعضها من الجسم المائي إلى الهواء المجاور، ويعود بعضها الآخر من الهواء إلى الجسم المائي، فإذا كانت الجزيئات المنطلقة من الجسم المائي أكثر من الجزيئات العائدة إليه من الهواء يكون معنى هذا أن هناك تبخرًا، أما إذا كانت الجزيئات العائدة من الهواء أكثر من الجزيئات الواصلة إليه فمعنى هذا أن هناك تكثفًا، وتتوقف سرعة التبخر أو التكثف على مقدار الفرق بين العمليتين.

أهميته:

يعتبر التبخر حلقة أساسية في الدورة المائية العامة، ولولاه لما تحولت مياه البحار والمحيطات إلى مياه عذبة يعيش عليها كل ما هو حي على الأرض، بل إن الثلوج التي تكسو مساحات واسعة من العالم ما كان لها أن تتكون لو لم يكن هناك تبخر من مياه البحار والمحيطات، فلولا التبخر لما تكونت السحب ولما سقطت الأمطار ولما تكون الندى أو الضباب أو أي مظهر آخر من مظاهر التكثف في الطبيعة.

ولكن بجانب هذه الأهمية الكبرى فإن التبخر له من ناحية أخرى بعض السلبيات، ولو في حالات خاصة؛ إذ إنه يتسبب في ضياع كميات كبيرة من مياه الأنهار والبحيرات، ومياه التربة والنباتات لدرجة تؤدي إلى عجز الميزانية المائية لكثير من المناطق، أو إلى رفع نسبة الرطوبة في الهواء في بعض الأيام الحارة بصورة تجعل الجو ثقيلًا مرهقًا حتى إنه قد لا يكون صالحًا للعمل وبذل الجهد في بعض الأحيان.

ويحدث معظم التبخر. الذي له دخل كبير في المناخ، من سطح البحار، والمحيطات التي تعتبر المصدر الرئيسي لكل المياه الموجودة في الجو أو على سطح اليابس أو في طبقات القشرة الأرضية. إلا أن التبخر يحدث كذلك بكميات كبيرة من النباتات والأنهار والبحيرات ومن سطح التربة. بل ومن أي سطح آخر يحتوي على أي مقدار من الماء ولو في صورة جليد. 

وبخار الماء هو أحد المواد التي توجد دائمًا عالقة بالهواء حتى في أشد الأماكن جفافًا، إلا أن نسبته تتباين تباينًا كبيرًا من مكان إلى آخر. وعلى الرغم من أن نسبة الوزن الكلي لبخار الماء العالق بجو الأرض تقدر عمومًا بنحو 5% فقط من الوزن الكلي فإن هذه النسبة الصغيرة هي المسئولية عن كل مظاهر التكثف وعن كل المياه التي تسقط على سطح الأرض أو تتجمع في التربة وطبقات القشرة الأرضية، ولولاها لما وجدت الحياة على الأرض ولكان مناخها مختلفًا تمام الاختلاف عن المناخ الموجود فعلًا.

مكوّنات الهواء

الهواء هو خليط من الغازات المختلفة، أهمّ مكوّناته النتروجين بنسبة 78 % والأكسجين بنسبة 21 %، وتكون الباقي من بخار الماء ومن غازات عديدة منها ثاني أكسيد الكربون وغاز الأرغون وغاز النيون والهليوم. غير أن الأكسجين هو أهم شيء بالنسبة إلى حياة الكائنات على الأرض وهو جسم غازي ثنائي الذرة يتكون عندما يتفاعل مع تأثيرات الضوء خاصة في المناطق الاستوائية، ثم توزعه الريح على كامل مناطق الكرة الأرضية.

وقد توصّل العالم الفرنسي (أنطوان لافوازييه) سنة 1775 إلى ضبط الوظائف الأساسية لهذا الجسم الغازي وهو أول من أطلق عليه اسم (أكسجين) وبين أنه يوجد في الهواء وفي الماء وفي أغلب المواد العضوية النباتية والحيوانية، وهو ضروري لتنفس الكائنات، كما بين أنه هو العامل الأساسي لتأكسد المعادن (الصدأ) وأساسي في تركيبة الحوامض.

خصائص الهواء

- الهواء غاز لا لون له ولا طعم له ولا رائحة له.

- الهواء ليس له شكل معين فهو يأخذ شكل الوعاء الذي يحويه.

عندما ننفخ بالونة دائريّة ثمّ نفرغها في بالونة إسطوانيّة، نلاحظ أن شكل الهواء في البالونة الدّائريّة يختلف عن شكل الهواء في البالونة الإسطوانيّة فنستنتج أنه ليس للهواء شكل معين بل يأخذ شكل الإناء الّذي يوضع فيه.

- الهواء قابل للانضغاط والتوسّع.

نقوم بحجز كمية من الهواء داخل حقنة ونسد فوهتها.

عندما نقوم بدفع المكبس، يتقلص حجم الهواء ويرتفع ضغطه.

وعند سحب المكبس، يزداد حجم الهواء وينخفض ضغطه.

فنستنتج أن الهواء قابل للانضغاط والتوسع.

- للهواء كتلة.

عندما نأخذ كرة منتفخة ونزنها ثم نفرغها من الهواء ونعيد وزنها نلاحظ أن كتلتها وهي منتفخة أكبر من كتلتها وهي فارغة من الهواء فنستنتج أن الفارق بينهما هو وزن كتلة الهواء.

وكتلة 1 لتر من الهواء في الظروف العادية يساوي 1.3 غرام. 

- الهواء قابل للانتشار.

إذا وضعنا فوهة بالونة غير منفوخة في فوهة بالونة منفوخة، نلاحظ انتقال كميّة من الهواء من البالونة المنفوخة إلى البالونة الأخرى. فنستنتج أن الهواء قابل للانتشار. 

- يتمدد الهواء بمفعول الحرارة ويتقلّص بمفعول البرودة. 

عندما نغطي فوهة قارورة ببالونة ونضعها في حوض مملوء بالماء ثم نسخنه، نلاحظ انتفاخ البالونة لأن تأثير حرارة الماء الموجود في الحوض نتج عنه صعود الهواء إلى فوق ممّا ساعد على انتفاخ البالونة. 

فنستنتج أن الهواء يتمدد بمفعول الحرارة.

وإذا أخذنا قارورة مملوءة بالهواء ونقوم بسدّ فوهتها بسدّاد يمرّ منه أنبوب توصيل منغمر طرفه في حوض مملوء بماء ملوّن ثمّ نضع القارورة في حوض آخر مملوء بالثّلج. نلاحظ انتقال كميّة من الماء الملوّن من الحوض إلى القارورة. لأن الهواء الموجود في القارورة أصبح باردا تحت تأثير الثّلج، فنزل إلى قعرها وتقلص فتنقلت كميّة من الماء الملوّن معوّضة الهواء الّذي تقلّص.

فنستنتج أن الهواء يتقلص بمفعول البرودة.

- الهواء البارد أثقل من الهواء الحار.

لماذا توضع خزانات التجميد في الجزء العلوي في الثلاجات؟

توضع هذه الخزانات في الجزء العلوي من الثلاجات للحصول على الدورة المطلوبة للهواء داخل الثلاجة، فالهواء البارد أثقل أو أكثف من الهواء الدافئ وببرودة الهواء بوساطة الثلج يسقط إلى قاع الثلاجة، وهذا يدفع الهواء الدافئ الأقل كثافة إلى أعلى حيث يأتي في ملامسة الثلج فيبرد، وبهذه الطريقة تتوافر دورة ثابتة للهواء تحاول حفظ كل الهواء المحبوس عند درجة حرارة واحدة.

- الهواء عازل للكهرباء.

دورة الماء في الطبيعة

تمهيد :

تحتوي الأنظمة البيئية المختلفة على جمادات وأحياء متنوعة . وتشمل الجمادات الكثير من المواد الأساسية والضرورية لحياة الكائنات الحية التي تعيش في هذه الأنظمة البيئية . ومن المواد التي تحتاجها الأحياء وتستهلكها بشكل كبير ودائم نذكر هنا : الأكسجين ، ثاني أكسيد الكربون والماء .

إنَّ هذه المواد لا تَنْفَد ، لأن لدى كرتنا الأرضية أنظمة تدوير طبيعية تعيد هذه المواد مرة بعد مرة ، بما يجعلها متوفرة بنسب ثابتة (متوازنة) وصالحة للاستخدام والاستهلاك مجدداً في الأنظمة البيئية المتخلفة . 

هل تساءلت يوماً ، من أين يأتي الماء ؟ وإلى أين يذهب ؟ وكيف يذهب إلى هنالك ؟

أو هل تساءلت ، ما هو المطر ؟ ومن أي يأتي ؟

ولماذا تحمل الغيوم كميات كبيرة من الماء وإلى أين يذهب الماء بعد هطول الأمطار ؟

سنحاول هنا توضيح الإجابة على هذه التساؤلات من خلال دراستنا لموضوع دورة الماء في الطبيعة . 

كم عُمر الماء ؟

هل تَعرف أن الماء الذي تشربه أو تستعمله اليوم ، هو نفس الماء الموجود في الطبيعة حولنا منذ القِدَمْ ، وهل تعرف أن غالبية كميات الماء على الأرض وُجِدَتْ عند تَشكُّل كرتنا الأرضية قبل ملايين السنين .  

إن الماء الذي تشربه اليوم هو نفس الماء الذي استعمله الإنسان قديماً ، ولكن نوعيته تتجدد دائماً من خلال الدورة الطبيعية لهذا الماء .

لكن ما هي أهمية الماء ؟

لا بَّدّ أنك تعرف أن الماء ضروري للحياة وهو يأتي في الأهمية ، بعد الهواء الذي نتنفس . فالماء من أهم المكونات لأنسجة الكائنات الحية ، وهو يكوّن نحو 75% من تركيب جسم الإنسان . 

يستطيع الإنسان العيش دون طعام مدة شهر ، ولكنه لا يستطيع البقاء على قيد الحياة لأكثر من أسبوع بدون ماء .

في الحقيقة يعتقد بعض العلماء أن الحياة بدأت في الماء وتشير الأبحاث الحديثة كما تؤكد الصور التي التقطت للأرض من سفن الفضاء تؤكد القول بأن الأرض هي "كوكب الماء" وإن كمية الماء التي وجدت منذ القدم مع كوكبنا هذا هي ثابتة لا تتغير !

يغطي الماء ثلاثة أرباع سطح الكرة الأرضية ، إلا أن ما في متناول أيدينا من هذا الماء لا يزيد عن 1% .

  فأكثر من 97% من هذا الماء هو ماء مالح في المحيطات والبحار .

  وأقل من 3% من الماء في الكرة الأرضية هو ماء عذبٌ صالح للشرب .

  وهنالك نحو 75% من الماء الصالح للشرب متجمد في القمم الجليدية .

يُقدر حجم الماء الذي يستطيع الإنسان الإستفادة منه بحوالي 14000 كيلومتر مكعب في السنة . ويتجاوز استهلاك سكان العالم من الماء في أيامنا هذه مقدار 3000 كيلومتر مكعب سنوياً موزعة على النحو التالي

  الري                        نحو 70%

  الصناعة                    نحو 25%

  الاستخدام المنزلي           نحو 5%

إن ما يستخدمه أهل الأرض من الماء في ازدياد مضطرد ويتوقع أن يتضاعف مقدار الماء المستخدم خلال عقد من الزمن . 

لكن ما هو الماء ؟

لقد سبق ودرست مفهوم المادة والحالات التي توجد فيها .

فمثلاً : أنت تعرف أن الخشب مادة صلبة  والهواء مادة غازية ، وأن الماء مادة سائلة .

تتكون المواد في حالاتها الثلاث ، من دقائق صغيرة جداً تسمى الذرات (مفردها ذرة) ويحدث أن تتجمع أعداد من (ذرات) دقائق المادة الصغيرة لتكون ما نطلق عليه اسم الجزيئات (ومفردها جزيء).

توجد فراغات بين دقائق المادة ، وتكون هذه الفراغات أصغر في الحالة الصلبة منها في الحالة السائلة . وكذلك فإن هذه الفراغات بين دقائق المادة الصلبة أو السائلة هي أصغر بكثير مما هي عليه في حالة المادة الغازية .

يمكن غالباً تحويل المادة من حالة إلى أخرى بالتسخين أو التبريد ، أي بإكسابها طاقة أو إفقادها طاقة .

يحتوي جزيء الماء على ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين واحدة ، ونكتب هذا الجزيء على صيغة H2O .

حالات الماء :

عندما نذكر الماء ، يتبادر إلى أذهاننا الحالة السائلة للمادة . ولكنك الآن تعرف أن الماء يتواجد ، كما هو الحال في الطبيعة ، في الحالات الثلاثة للمادة .

  الحالة الغازية مثل بخار الماء .

  الحالة السائلة مثل مياه المحيطات والبحار والأنهار .

  الحالة الصلبة مثل الثلج أو الجليد . 

حقائق حول الماء :

  كثافة الماء النقي عند درجة : +4ه ْس هي (1)غ / سم3 أو (1000) كغ /م3 .

  درجة غليان الماء النقي عند مستوى سطح البحر هي :  100ه ْ سيليسيوس أو 212ه ْ فهرنهيت .

  درجة تجمد الماء (أو درجة انصهار الجليد) :  صفر سيليسيوس أو 32 ْ فهرنهيت .

وسنتعرف بعد قليل ، كيف تقوم دورة الماء في الطبيعة في تغيير الماء من حالةٍ إلى حالةٍ ماديةٍ أخرى عن طريق عمليات فيزيائية مثل التبخر والتكاثف والانصهار والتجمد .

ما هي دورة الماء في الطبيعة ؟

عندما يجف الماء المسكوب على الأرض نقول أن الماء قد تبخر . (أي تحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية)

وعندما يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء على زجاج النافذة مثلاً ، نقول أن الغاز قد تكثف . (أي تحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة).

وعندما يذوب الجليد نقول أن الماء الصلب قد انصهر . (أي تحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة) .

تشكل حالات التبخر والتكثيف والتجمد والانصهار مراحل من دورة الماء في الطبيعة وهي تتضمن حركة الماء من سطح الكرة الأرضية إلى السماء ثم العودة مجدداً إلى الأرض . 

إن هذه الحركة اللامنتهية للماء في الطبيعة نسميها دورة الماء . 

من هنا يمكننا القول أن دورة الماء في الطبيعة هي سلسلة دائمة ومتصلة من العمليات التي تتضمن :

تحريك الماء على سطح الكرة الأرضية وفي باطنها ، وكذلك في غلافها الجوي وبالتالي تغيير أماكن تواجده بالنسبة للكرة الأرضية .

تغيير الحالة الفيزيائية للماء (السائلة ، الغازية ، الصلبة) .

يمكن لدورة الماء في الطبيعة ، أن تنقي (تنظف) الماء ولكنها لا تستطيع أن تجلب لنا ماءً جديداً إضافياً .  فالماء ببساطة لا يفنى ولا يُستحدث من العدم وكميته ثابتة ولكن يمكن للماء أن يتحول من حالة إلى أخرى ومن مكان لآخر . 

كيف تعمل دورة الماء ؟

تعتبر الشمس المصدر الرئيسي للطاقة اللازمة لبدء سلسلة العمليات التي تتم في دورة الماء في الطبيعة .

التبخر :

تقوم الشمس بتسخين الماء في المحيطات والبحيرات والأنهار فيتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (بخار ماء) وهكذا يتبخر الماء من أسطح المحيطات والبحيرات والأرض ليلتحق على شكل بخار ماء بالهواء . تقوم تيارات الهواء الساخنة الملامسة بسطح الكرة الأرضية برفع الهواء وبخار الماء هذا إلى طبقات الجو العليا .

التبخر : تحوّل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية .

يحدث التبخر عند جميع درجات الحرارة إلا أنه يزداد بزيادة تسخين الماء ، ويمكن تفسير ذلك بالرجوع لسرعة الجزيئات في الماء، حيث لا تتحرك الجزيئات جميعها بالسرعة نفسها إن بعضها يتحرك بسرعة ، وبعضها بطيء ، أما غالبيتها فمتوسط السرعة وللجزيئات الأسرع فيها مقدار أعلى من الطاقة الحرارية ، وهذه الجزيئات هي التي تستطيع الهروب من سطح السائل . وعندما تزيد الحرارة بالتسخين ، فإننا نزيد طاقة الحركة في الجزيئات مما يمكن عدداً أكبر منها من الهرب ، وبذل تزداد سرعة التبخر . 

النتح والتعرق :

يحدث الجزء الأكبر من عملية التبخر في المحيطات (لماذا ؟) وهنالك نوع آخر من التبخر الذي يساهم في دورة الماء الطبيعية وهو ما نسميه بعمليات النتح والتعرق ، فهنا يخرج الماء (على شكل بخار وقطرات ماء صغيرة) من الفتحات الدقيقة في جسم النبات والحيوان ويدخل في هواء الغلاف الجوي على شكل بخار ماء .

هل تعرق النباتات ؟

عندما تركض أو تبذل مجهوداً فإنك تعرق ولكن النباتات تنتح الماء .

النتح : هو العملية التي يفقد خلالها النبات الماء من سطوح الأوراق .

التكثف :

قلنا أن بخار الماء يرتفع مع الهواء إلى طبقات الجو العليا فماذا يحدث له هنالك ؟

عندما تصل تيارات الهواء المحملة بالبخار إلى طبقات باردة من الغلاف الجوي ، تبرد جزيئات بخار الماء وتفقد بعضاً من طاقتها فتتحول إلى قطرات ماء وتدعى هذه العملية بالتكثف .

تتجمع هذه الجزيئات مع بعضها وحول الأجسام الدقيقة التي يحتويها الهواء (حبوب اللقاح ، ذرات الغبار) مكونة قطرات ماء أكبر .

وعندما تتجمع كميات كبيرة من هذه القطرات في الهواء فإنها تشكل الغيوم . 

لا تستمر الغيوم على حالها : فالغيوم القديمة تتبخر أو تهطل كما تتشكل غيوم جديدة وهكذا تشكل نموذجاً دائم التغير في السماء .

التكاثف

هو تحول الماء من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة . ويتضح عندما يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء على زجاج النوافذ داخل الغرفة.

الهطول :

كلما ازدادت رطوبة الهواء ، فإن قطرات الماء في الغيوم ، يكبر حجمها أكثر فأكثر حتى تصل إلى درجة من الكبر لا تستطيع معها الرياح حملها أكثر من ذلك .

وعندها يحدث الهطول حيث تنزل قطرات الماء من السماء إلى سطح الكرة الأرضية بفعل الجاذبية الأرضية يكون الهطول ، أي سقوط المياه مجدداً على سطح الكرة الأرضية ، على شكل مطر أو ثلج أو بَردَ . وهذا يعتمد على درجات الحرارة .

فإذا كان الهطول ناتجاً من تجمع قطرات الماء وسقوطها إلى الأرض تسمى مطراً . أما إذا كان الهطول ناتجاً من تحولّ بخار الماء إلى ماء متجمد فيسمى ثلجاً ويتكون البَردَ في حال كون الهطول ناتجاً من تحوّل قطرات الماء إلى ماء متجمد .

الجريان ، التسرب والتجميع :

عندما يسقط الماء ويعود مجدداً إلى سطح الكرة الأرضية ، تحدث أشياءٌ عديدة لهذا الهطول :

 يمكن أن يحدث الهطول مباشرة على المحيطات والبحار ...

 ويمكن أن يتبخر الهطول مرة أخرى وسريعاً كما يحدث للأمطار الهاطلة في فصل الصيف الحار .

 وقد يهطل الماء على اليابسة حيث يجري قسمٌ كبيرٌ منه في الوديان تتجه إلى الأنهار والبحيرات والبحار وتسمى هذه على شكل سيولٍ بالمياه السطحية .

 ويتسرب جزء آخر من الماء الهاطل على اليابسة إلى باطن الأرض حيث تتجمع المياه في الطبقات السفلى منها وتسمى هذه المياه بالمياه الجوفية ويمكن الحصول على هذه المياه مرة أخرى عن طريق الينابيع أو الآبار الارتوازية .

 وتمتص النباتات جزءاً من هذه الأمطار الساقطة كما تمتص جذورها بعض من المياه المتسربة تحت سطح اليابسة .

ومع تواصل عمليات التبخر والنتح والتعرق ثم التكثيف والهطول ومن ثم الجريان والتسرب تبدأ دورة جديدة للماء في الطبيعة ... إنها جزء مهم وأساسي في حياتنا وبدونها لا نستطيع العيش .

 إن دورة الماء متواصلة وتتكرر فيها نفس العمليات مرة بعد مرة وفي كل دورة ، تجري فيها جزيئات الماء ، يتم تنظيف هذه الجزيئات وتنقيتها ، وهكذا يمكن إعادة استخدام الماء من قبل النباتات والحيوانات اليوم وغداً والسنة القادمة وعلى أمل إلى الأبد .

تلوث المياه

التلوث والندرة هما وجهان لمشكلة المياه في العالم .

فالماء الصالح للاستعمال لا يتعدى 1% من المجموع العام للمياه ، وحتى هذه النسبة تتعرض للتلوث من فضلات الإنسان المنزلية والمجاري الصحية والنشاطات الصناعية والزراعية وأعمال استكشاف وتكرير ونقل النفط .

   

من العوامل الملّوثة للماء :

البقع (الزيتية) والنفطية – الأسمدة – المخلفات الزراعية – مياه الصرف الصحي – المخلفات الصناعية .

عمل الفراعنة على معالجة الماء قبل شربه ، حيث قاموا بوضع المأخوذة من نهر النيل في أوعية ضخمة ، وتركها فترة من الزمن حتى يترسب الطين . 

قام أبقراط المعروف بأبي الطب ، بتوجيه الناس في اليونان لغلي الماء قبل شربه .

يُسمى الماء آسناً إذا كان نتناً لا يُشرب .

          وأجاجاً إذا اجتمعت فيه الملوحة والمرارة .

          وفُراتاً إذا كان عذباً .

          وزُلالاً إذا جمع بين العذوبة والصفاء والبرودة .

عناصر الشبكة العمومية لتوزيع الماء

شبكة المياه العذبة أو شبكة التغذية وهي جزء من شبكة توزيع المياه ,وهذه الشبكة تعنى بإمداد المستخدمين بالمياه الصالحة للاستخدام البشري.وتتمتع هذه الشبكة باهمية بالغة في كافة المجلات.

مصادر المياه العذبة

مياه الأمطار والثلوج.

وتعد من المصادر الاساسية للمياه العذبة بعد معالجتها، وتحتاج هذه الأمطار إلى سدود وأحواض تخزينية تحافظ عليها.

المياه السطحية.

وتشمل الأنهار والبحيرات ,وأيضاً تحتاج إلى معالجة دورية لتنقيتها بالشكل الملائم.

المياه الجوفية.

وهي المياه المخزنة في باطن الأرض ,وتحتاج إلى دراسة وتحليل لمعرفة مدى صلاحية المياه للشرب.

أنواع الشبكة

داخلية

وهي الشبكة المبنية داخل التجمعات السكنية والقريبة من مصادر المياه النقية.تقوم هذه الشبكة بالربط بين مختلف المستخدمين ومصادر المياه.

خارجية

وهي الشبكة التي تقوم بنقل المياه من المصادر والاحواض التخزينية إلى أماكن الاستخدام.وهذه الشبكات تتطلب دراسات متعمقة وتكاليف عالية.

شروط تصميم الشبكة

يتطلب تصميم شبكة التغذية دراسات خاصة ومتعمقة لتحقيق الاستفادة القصوى من الشبكة، وهذه الدراسات هي:

حساب التعداد السكاني الحالي والمستقبلي للمنطقة المراد إنشاء شبكة تغذية بها.

وضع خطط تطوير مستقبلة للشبكة.

تحديد الأغراض المختلفة للشبكة.

اختيار مصادر المياه المناسبة.

تحديد طرق التجميع والتوزيع

حساب معدلات الاستهلاك الحالية والمستقبلية.

استخدامات الشبكة

لشبكة التغذية استخدامات مختلفة ومتطورة حسب الحاجة, ومنها

للأغراض شخصية (وحدات سكنية)

للتجارة والصناعة (فنادق - مصانع -....)

للخدمات العامة (مشافي - مباني عامة -...)

طرق توزيع المياه

التوزيع بواسطة الانحدار

التوزيع بواسطة الخزانات والمضخات

يتم توزيع المياه لمختلف المستخدمين بعدة طرق ومنها

التوزيع بواسطة الانحدار.

أي الاستفادة من طوبغرافية الأرض في تصميم الشبكة

التوزيع بواسطة المضخات.

التوزيع بواسطة التخزين.

إنشاء خزانات أرضية أو عالية، حيث تقوم هذه الخزنات بتوفير ضغوط عالية لتوزيع المياه.

التوزيع بواسطة الطرق الثلاثة السابقة مجتمعة.

مكونات الشبكة

محطة معالجة المياه.

محطة ضخ أو مضخات.

خزانات علوية أو أرضية.

خطوط التغذية الرئيسية.

تنقل المياه بكميات كبيرة من محطات الضخ أو الخزانات إلى اجزء معينة من المنطقة المراد إنشاء الشبكة فيها.

الأواني المستطرقة

تصوير حيوي يبين عملية ملء للأواني المستطرقة

الأواني المستطرقة هو الاسم الذي يطلق على مجموعة من الحاويات المتصلة التي تحتوي على مائع (أو سائل) متجانس: عندما يستقر ذلك السائل، فانه يتوازن في كل الحاويات عند نفس المستوى أو المنسوب بغض النظر عن شكل وحجم الحاوية. وإذا أضيف المزيد من السائل لإحدي الحاويات، فان السائل سوف يصل مرة أخرى إلى مستوى جديد متساوي في كل الحاويات الموصولة. هذة العملية هي جزء من قانون سيمون وهذا يحدث لأن مقدار الجاذبية والضغط يكونا ثابتين (منتظمين) في كل الحاويات (الضغط الهيدروليكي).

أثبتت بليز باسكال في القرن السابع عشر أن الضغط المبذول أو الذى يمارس على جزيء ما من أي سائل ينفذ بالكامل بنفس الشدة في كل الاتجاهات.

منذ زمن الحضارة الرومانية القديمة، وقد كان مفهوم الأواني المستطرقة يستخدم في أعمال السباكة داخل البيوت والأماكن المغلقة، بواسطة مستودعات المياه الأرضية وأنابيب الرصاص. فان المياه تصل إلى نفس المستوى في جميع أنحاء النظام أو الشبكة، إذ يعمل النظام بمثابة أوعية مستطرقة، بغض النظر عن قدرة أدنى نقطة في خط الأنابيب علي تحمل الضغط الهيدروليكي - على الرغم أنه من الناحية العملية يتم تحديد أدنى نقطة في النظام حسب قدرة شبكة الأنابيب (المواسير) على الصمود في وجه ضغط السائل. كثيرا ما تستخدم أبراج المياه (خزانات المياة المرتفعة) في المدن بحيث تعمل شبكة المواسير في المدينة كأواني مستطرقة ويتم توزيع وايصال المياه إلى الطوابق العليا من المباني تحت ضغط مناسب.

وتستخدم المكابس الهيدروليكية علي نطاق واسع في مختلف تطبيقات العمليات الصناعية، وهي أيضا تستخدام أنظمة الأواني المستطرقة.

  النشاط 1 : 

التغذية الكهربائية

ـ لماذا لا تتوقف الساعة الالكترونية ؟

ـ و الكهربائية الموجودة في البيت ؟

ـ و لماذا تتوقف كل الأجهزة الكهربائية الأخرى عند انقطاع التيار الكهربائي ؟

ـ هل تعرف مصادر أخرى للتغذية الكهربائية غير كهرباء القطاع و البطاريات ؟

معظم الأجهزة التي تعمل بالكهرباء تأخذ التغذية الكهربائية من كهرباء القطاع أو البطاريات .

النشاط 2 :

 التعرف على بطارية جافة

البطارية الكهربائية أو المدخرة الكهربائية اخترعها العالم الإيطالي ألساندرو فولتا بعد أن كانت الكهرباء تنتج بواسطة حك للأجسام المختلفة ببعضها مثل قضيب الأيبونيت أو الشمع الأحمر بقطعة قماش من الصوف أو الحرير.

مميزات البطارية

1. خفيفة

2. متعددة الأحجام والأشكال

3. توفر طاقة عالية

4. سعتها كبيرة

5. الطاقة الكهربية فيه متواصلة بنفس القوة إلى أن تنفد البطارية

6. عمرها طويل مقارنة مع الأنواع السابقة

البطارية هي مصدر للتغذية الكهربائية يجب أن توضع بعد انتهاء صلاحيتها في أماكن خاصة ليسهل فرزها عن النفايات الأخرى .

• النشاط 3 : التعرف على المأخذ

لكل آلة كهربائية مأخذها المناسب 

أخطار الكهرباء

أصبحت الكهرباء منذ اكتشاف استخداماتها واحدة من مصادر الطاقة المحركة الأكثر استعمالا وانتشارا. ونشأ عن ذلك تبعية وارتباطا وثيقا لحياة الإنسان المتحضر باستعمال الكهرباء في كل النشاطات. إلا أنه بالمقابل، يعرض التهاون في الوقاية من الكهرباء لتأثيرات متعددة على جسم الإنسان ومحيطه.

الأخطار الناجمة عن استعمالات التيار المختلفة، نلخصها في ستة عناصر وهي:

التكهرب والصعق الكهربائي.

الحروق.

الحريق.

فقدان البصر بالقوس الكهربائي.

الصدمة الكهربائية.

الانفجار الكهربائي.

التحميل من هنا 

للمزيد من المواضيع قم بزيارة هذه الصفحة

او قم بتسجيل الاعجاب بالصفحة على الفايسبوك