مبادئ علم الكيمياء
مبادئ علم الكيمياء
أكسدة واختزال
تمثل تفاعلات الأكسدة والاختزال نوعاً مهماً من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية، فالطعام الذي نأكله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة اللازمة للحركة والعمل، والسيارة والطائرة تتحركان بالطاقة الناتجة عن أكسدة الوقود، وكذلك نحصل على التيار الكهربائي من البطاريات بعمليات الأكسدوالاختزال والحديد يصدأ نتيجة تعرضه لعملية أكسدة. كما أن استخلاص الفلزات مثل الحديد والألومنيوم يتم باختزال خاماتها.ونظراً لأهمية عمليتي الأكسدة والاختزال سنتناولهما بالدراسة في هذه الوحدةعملية الأكسدة هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات.
عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريف: حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.
ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:
(1) وجود تفاعلين متعاكسين.
(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.
(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.
خواص الاتزان الكيميائي:
يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:
1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.
2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.
3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.
4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.
5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.
6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة.
ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:
(1) وجود تفاعلين متعاكسين.
(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.
(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.
خواص الاتزان الكيميائي:
يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:
1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.
2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.
3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.
4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.
5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.
6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة.
الأحماض الأمينية
Amino Acids
يوجد ما يقرب من ثلاثمائة حمض أميني. وقد اكتشف أول حمض أميني عام 1806 م وأطلق عليه «أسبراجين» لوجوده بفطر الأسبرجس. والأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات عددها عشرون حمضاً فقط، وهي أحماض ألفا أمينية حيث أن كل حمض منها يحتوى على مجموعة كربوكسيل حرة، ومجموعة أمين حرة متصلتين بذرة الكربون ألفا بالإضافة إلى مجموعة أو سلسلة جانبية (R) وذرة هيدروجين، وتختلف المجموعة الجانبية للأحماض ألفا أمينية في تركيبها الكيميائي. فهي ذرة هيدروجين في الجليسين، أو أكثر تعقيداً مثل مجموعة الجوانيدين في الأرجنين. ويستثنى من ذلك حمض البرولين لعدم احتوائه على مجموعة أمين حرة لدخولها في تكوين حلقى، لذلك يطلق عليه حمض إيمينى.
وأحماض ألفا الأمينية لها تَشَكُل فراغي من نوع (L) وذلك لأن ذرة الكربون الألفا غير متماثلة، كما أن لها نشاطاً ضوئياً فيمكن لأيسومراتها الضوئية أن تعمل على إدارة مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) أو جهة اليسار (-) . وتتأين هذه الأحماض في المحاليل المائية وتتفاعل كالأحماض أو كالقواعد، كما أن الأحماض الأمينية أحادية الكربوكسيل أحادية الأمين تتأين تأيناً كاملاً مكونة أيونا ثنائى القطب متعادلاً كهربائياً يعرف باسم زفيتر أيون.
ويمكن تقسيم هذه الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات تبعاً لخواص المجموعات الجانبية حيث تصفى كل مجموعة خاصيتها على الجزىء كله. أما بالنسبة لخاصية تأين المجموعة الجانبية فيمكن تقسيم الأحماض الأمينية إلى: أحماض أمينية متعادلة، أو حمضية، أو قاعدية. وبالنسبة لخاصية قطبية المجموعة الجانبية يمكن تقسيم هذه الأحماض إلى: أحماض أمينية غير قطبية، وقطبية متعادلة الشحنة، وقطبية سالبة الشحنة، وقطبية موجبة الشحنة. وهناك تقسيم ثالث يعتمد على القيمة الغذائية للحمض الأمينى، وعليه فتوجد أحماض أمينية أساسية؛ وهي التي لا يستطيع الجسم تكوينها بالمعدل اللازم للنمو الطبيعي للأطفال أو المحافظة على صحة وحيوية الكبار، لذلك يجب أن يحصل عليها الجسم عن طريق الغذاء، وهي متوفرة في البروتينات الحيوانية والأسماك والبيض. وهناك أحماض أمينية غير أساسية، وهي التي يمكن أن يكونها الجسم داخلياً ولا يسبب نقصها خطورة على صحته. أما التقسيم الرابع فيعتمد على أساس أيضى حيث توجد: أحماض أمينية جلوكوجينية، أي يمكن أن تتحول داخل الجسم إلى سكر الجلوكوز، وأحماض أمينية كيتوجينية، أي يمكن تحولها داخلياً إلى أجسام كيتونية، كما أن هناك أحماضاً أمينية تجمع بين الخاصيتين.
وتتحول أحماض ألفا الأمينية داخل جسم الإنسان إلى عدد من المركبات المهمة، فمثلاً الحمض الأمينى تيروزين يكّون أصباغ الميلانين التي تلوّن الجلد والشعر والعيون، كما يتحول حمض الهستدين إلى مركب الهستامين. وتتحد أحماض ألفا الأمينية مع بعضها البعض بروابط ببتيدية مكونة سلاسل ببتيدية مختلفة من حيث عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية الداخلة في تكوينها. وتتشكل هذه السلاسل الببتيدية فراغياً لتكون العديد منالبروتينات ذات الأهمية الحيوية مثل الإنزيمات والأجسام المضادة والهرمونات الببتيدية مثل هرمون الإنسولين، والجلوكاجون وبعض الموصلات العصبية. وتتفاعل أحماض ألفا الأمينية أيضاً مع عديد من المركبات الأخرى عن طريق مجموعة الكربوكسيل أو مجموعة الأمين، وكذلك المجموعة الجانبية. وتساهم بعض هذه التفاعلات المختلفة في التقدير الكيفى والكمى للأحماض الأمينية مما يؤدي إلى معرفة تتابع هذه الأحماض في السلسلة الببتيدية واستنباط التركيب الأولى لبعض البروتينات. وهناك عديد من الأمراض الوراثية التي تصاحبها زيادة كبيرة في تركيز الأحماض الأمينية بالدم أو البول. ويرجع ذلك إلى نقص بعض الإنزيمات التي تساعد في أيض وتحول هذه الأحماض الأمينية داخل جسم الإنسان.
يوجد ما يقرب من ثلاثمائة حمض أميني. وقد اكتشف أول حمض أميني عام 1806 م وأطلق عليه «أسبراجين» لوجوده بفطر الأسبرجس. والأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات عددها عشرون حمضاً فقط، وهي أحماض ألفا أمينية حيث أن كل حمض منها يحتوى على مجموعة كربوكسيل حرة، ومجموعة أمين حرة متصلتين بذرة الكربون ألفا بالإضافة إلى مجموعة أو سلسلة جانبية (R) وذرة هيدروجين، وتختلف المجموعة الجانبية للأحماض ألفا أمينية في تركيبها الكيميائي. فهي ذرة هيدروجين في الجليسين، أو أكثر تعقيداً مثل مجموعة الجوانيدين في الأرجنين. ويستثنى من ذلك حمض البرولين لعدم احتوائه على مجموعة أمين حرة لدخولها في تكوين حلقى، لذلك يطلق عليه حمض إيمينى.
وأحماض ألفا الأمينية لها تَشَكُل فراغي من نوع (L) وذلك لأن ذرة الكربون الألفا غير متماثلة، كما أن لها نشاطاً ضوئياً فيمكن لأيسومراتها الضوئية أن تعمل على إدارة مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) أو جهة اليسار (-) . وتتأين هذه الأحماض في المحاليل المائية وتتفاعل كالأحماض أو كالقواعد، كما أن الأحماض الأمينية أحادية الكربوكسيل أحادية الأمين تتأين تأيناً كاملاً مكونة أيونا ثنائى القطب متعادلاً كهربائياً يعرف باسم زفيتر أيون.
ويمكن تقسيم هذه الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات تبعاً لخواص المجموعات الجانبية حيث تصفى كل مجموعة خاصيتها على الجزىء كله. أما بالنسبة لخاصية تأين المجموعة الجانبية فيمكن تقسيم الأحماض الأمينية إلى: أحماض أمينية متعادلة، أو حمضية، أو قاعدية. وبالنسبة لخاصية قطبية المجموعة الجانبية يمكن تقسيم هذه الأحماض إلى: أحماض أمينية غير قطبية، وقطبية متعادلة الشحنة، وقطبية سالبة الشحنة، وقطبية موجبة الشحنة. وهناك تقسيم ثالث يعتمد على القيمة الغذائية للحمض الأمينى، وعليه فتوجد أحماض أمينية أساسية؛ وهي التي لا يستطيع الجسم تكوينها بالمعدل اللازم للنمو الطبيعي للأطفال أو المحافظة على صحة وحيوية الكبار، لذلك يجب أن يحصل عليها الجسم عن طريق الغذاء، وهي متوفرة في البروتينات الحيوانية والأسماك والبيض. وهناك أحماض أمينية غير أساسية، وهي التي يمكن أن يكونها الجسم داخلياً ولا يسبب نقصها خطورة على صحته. أما التقسيم الرابع فيعتمد على أساس أيضى حيث توجد: أحماض أمينية جلوكوجينية، أي يمكن أن تتحول داخل الجسم إلى سكر الجلوكوز، وأحماض أمينية كيتوجينية، أي يمكن تحولها داخلياً إلى أجسام كيتونية، كما أن هناك أحماضاً أمينية تجمع بين الخاصيتين.
وتتحول أحماض ألفا الأمينية داخل جسم الإنسان إلى عدد من المركبات المهمة، فمثلاً الحمض الأمينى تيروزين يكّون أصباغ الميلانين التي تلوّن الجلد والشعر والعيون، كما يتحول حمض الهستدين إلى مركب الهستامين. وتتحد أحماض ألفا الأمينية مع بعضها البعض بروابط ببتيدية مكونة سلاسل ببتيدية مختلفة من حيث عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية الداخلة في تكوينها. وتتشكل هذه السلاسل الببتيدية فراغياً لتكون العديد منالبروتينات ذات الأهمية الحيوية مثل الإنزيمات والأجسام المضادة والهرمونات الببتيدية مثل هرمون الإنسولين، والجلوكاجون وبعض الموصلات العصبية. وتتفاعل أحماض ألفا الأمينية أيضاً مع عديد من المركبات الأخرى عن طريق مجموعة الكربوكسيل أو مجموعة الأمين، وكذلك المجموعة الجانبية. وتساهم بعض هذه التفاعلات المختلفة في التقدير الكيفى والكمى للأحماض الأمينية مما يؤدي إلى معرفة تتابع هذه الأحماض في السلسلة الببتيدية واستنباط التركيب الأولى لبعض البروتينات. وهناك عديد من الأمراض الوراثية التي تصاحبها زيادة كبيرة في تركيز الأحماض الأمينية بالدم أو البول. ويرجع ذلك إلى نقص بعض الإنزيمات التي تساعد في أيض وتحول هذه الأحماض الأمينية داخل جسم الإنسان.
الأحماض النووية
Nucleic acids
أحماض موجودة بداخل نواة الخلية، والحمض النووى هو حامل الشفرة الوراثية. ويتكون الحمض النووى من وحدات تسمى النيوكليوتيدات تتكون كل منها من أربعة مركبات هي سكر خماسي، وحمض الفوسفوريك، وواحدة من أربع وحدات من قواعد خماسية الكربون، منها اثنتان من البيورينات، واثنتان من البيرميدينات. والأحماض النووية نوعان حمض الديؤكسى ريبوز النووى ويرمز له بالأحرف DNA أو الدنا: وحمض الريبوز النووى ويرمز له بالأحرف RNA أو الرنا.
أحماض موجودة بداخل نواة الخلية، والحمض النووى هو حامل الشفرة الوراثية. ويتكون الحمض النووى من وحدات تسمى النيوكليوتيدات تتكون كل منها من أربعة مركبات هي سكر خماسي، وحمض الفوسفوريك، وواحدة من أربع وحدات من قواعد خماسية الكربون، منها اثنتان من البيورينات، واثنتان من البيرميدينات. والأحماض النووية نوعان حمض الديؤكسى ريبوز النووى ويرمز له بالأحرف DNA أو الدنا: وحمض الريبوز النووى ويرمز له بالأحرف RNA أو الرنا.
الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.
القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.
المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.
الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.
نظريات الأحماض والقواعد:
لافوازيه (1777 م): اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.
ديفي (1816 م): اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.
ليبج (1838م): عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.
وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.
ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد في الجدول التالي:
النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدة
أرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيد
برونشتد-لوريمادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثر
لويس مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكترونات
وتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:
أ ـ الأحماض العضوية: يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.
ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.
– تحضير الأحماض:
في الصناعة:
أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.
ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.
في المختبر:
يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.
طرق أخرى:
أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.
ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.
– تحضير الأملاح:
توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:
(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.
(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.
(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.
وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:
أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:
ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.
جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.
د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.
* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.
– الخواص العامة للأحماض والقواعد:
أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.
ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.
جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.
د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.
هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.
و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.
حـ – تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.
ط – تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.
والجدول التالي يبين الأحماض القوية والقواعد القوية الشائعة:
الأحماض القوية
الاسم و الصيغة
حمض الهيدروكلوريكHCl
حمض الهيدروبروميكHBr
حمض الهيدرويوديكHI
حمض البيركلوريكHClO4
حمض النيتريكHNO3
حمض الكبريتيكH2SO4
القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.
المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.
الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.
نظريات الأحماض والقواعد:
لافوازيه (1777 م): اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.
ديفي (1816 م): اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.
ليبج (1838م): عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.
وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.
ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد في الجدول التالي:
النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدة
أرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيد
برونشتد-لوريمادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثر
لويس مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكترونات
وتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:
أ ـ الأحماض العضوية: يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.
ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.
– تحضير الأحماض:
في الصناعة:
أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.
ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.
في المختبر:
يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.
طرق أخرى:
أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.
ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.
– تحضير الأملاح:
توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:
(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.
(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.
(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.
وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:
أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:
ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.
جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.
د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.
* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.
– الخواص العامة للأحماض والقواعد:
أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.
ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.
جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.
د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.
هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.
و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.
حـ – تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.
ط – تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.
والجدول التالي يبين الأحماض القوية والقواعد القوية الشائعة:
الأحماض القوية
الاسم و الصيغة
حمض الهيدروكلوريكHCl
حمض الهيدروبروميكHBr
حمض الهيدرويوديكHI
حمض البيركلوريكHClO4
حمض النيتريكHNO3
حمض الكبريتيكH2SO4
القواعد القوية
الاسم و الصيغة
هيدروكسيد الصوديومNaOH
هيدروكسيد البوتاسيومKOH
هيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2
هيدروكسيد الباريومBa(OH)2
هيدروكسيد الإسترانشيومSr(OH)2
الألكانات:
هي مركبات هيدروكربونية أليفاتية مشبعة، وتُعد هذه المركبات أقل المركبات الهيدروكربونية نشاطاً في الظروف العادية، ولذلك سميت قديماً البارافينات (أي قليلة الميل للتفاعل).
الجدول التالي يُوضح الصيغ الجزيئية والتركيبية وأسماء الألكانات العشرة الأولى ودرجات غليانها:
والاشكال التالية تبين نماذج للمركبات الأولى للالكانات.
هي مركبات هيدروكربونية أليفاتية مشبعة، وتُعد هذه المركبات أقل المركبات الهيدروكربونية نشاطاً في الظروف العادية، ولذلك سميت قديماً البارافينات (أي قليلة الميل للتفاعل).
الجدول التالي يُوضح الصيغ الجزيئية والتركيبية وأسماء الألكانات العشرة الأولى ودرجات غليانها:
والاشكال التالية تبين نماذج للمركبات الأولى للالكانات.
تسمية الألكانات:
تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك والتي تعتمد على اسم الألكان.
والألكانات قد تكون غير متفرعة كما مر معنا أو متفرعة أي تحتوي على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:
قواعد تسمية الألكانات حسب الأيوباك 1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون.
2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم.
3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع إتصالها بالسلسلة.
4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة، ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير.
5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5) فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل.
6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.
تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك والتي تعتمد على اسم الألكان.
والألكانات قد تكون غير متفرعة كما مر معنا أو متفرعة أي تحتوي على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:
قواعد تسمية الألكانات حسب الأيوباك 1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون.
2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم.
3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع إتصالها بالسلسلة.
4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة، ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير.
5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5) فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل.
6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.
الألكينات
الألكينات مركبات هيدروكربونية تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية بين ذرتي كربون ويشتق اسم الألكين من الألكان المقابل باستبدال المقطع (ين) بالمقطع (ان)، وصيغتها العامة CnH2n+2
خواص الألكينات
المركبات الأولى من الألكينات والتي تحتوي بين (2-4) ذرات كربون تكون على شكل غازات، بينما المركبات التي تحتوي بين (5-15) ذرة كربون تكون في حالة سائلة، والمركبات التي تحوي 61 ذرة كربون فأكثر هي مواد صلبة.
ونظراً لاحتواء الألكينات على رابطة ثنائية فإنها مواد نشطة جداً، وذلك لميلها الشديد لإشباع ذرات الكربون المرتبطة بروابط ثنائية وتحويلها إلى روابط مفردة، ولهذا فالألكينات هيدروكربونات غير مشبعة، لها القدرة على إضافة ذرات أو جزيئات أخرى وتسمى تفاعلاتها تفاعلات إضافة.
| الاسمIUPAC | الصيغة الكيميائية | درجة الغليان °س | درجة الانصهار °س |
| الإيثين —Ethene | CH2= CH2 | -104 | -169 |
| بروبين— Propene | CH2= CH-CH3 | -45 | -185 |
| بيوتين—Butene | CH2= CH-CH2-CH3 | 6.3 | -185 |
| 2-ميثيل بروبين2-Methyl Propene | CH2= C = CH3 | -7 | -140 |
| بنتين—Pentene | CH2= CH-(CH2)2-CH3 | 30 | -138 |
| هكسين—Hexene | CH2= CH-(CH2)3-CH3 | 64 | -140 |
| هبتين—Heptene | CH2= CH-(CH2)4-CH3 | 93 | -119 |
| أوكتين—Octene | CH2= CH-(CH2)5-CH3 | 121 | -102 |
| نونين—Nonene | CH2= CH-(CH2)6-CH3 | 146 | -81 |
| ديكين—Decene | CH2= CH-(CH2)7-CH3 | 171 | -66 |
الألياف
Fibres
Fibres
اصطلاح يطلق على أنواع مختلفة من المواد الليفية. بعضها ألياف طبيعية natural fibres وألياف من صنع من صنع الإنسان man made fibres.
والألياف الطبيعية إما من أصل نباتي كالقطن والجوث والكتان وإما من أصل حيواني كالصوف ووبر الجمل والحرير الطبيعي.
وتنقسم الألياف من صنع الإنسان إلى قسمين: الأول الألياف السليلوزية cellulosic fibres وهذه تصنع من لب الخشب wood pulp ومن أمثلتها الرايون viscose rayon وألياف خلات السليلوز cellulose acetate fibres ويطلق على هذين النوعين اسم الحرير الصناعي artificial silk.
والقسم الثاني من ألياف صنع الإنسان هي الألياف التي تصنع من البوليمرات المصنعة Synthetic polymers وتعرف هذه بالألياف العضوية المخلّقة Synthetic organic ومن أمثلتها لياف البولى أميد polyamide fibres وهي الألياف المعروفة باسم النايلون Nylon والألياف الأكريليه Acrylic fibres ومن أسمائها التجارية الأورلون Orlon والدرالون Dralon والأكريلان Acrilan وألياف البولى استر Ployester fibres ومن أسمائها التجارية التريلين Terrylene والداكرون Dacron والتريفيرا Trevira.
وقد عُرفت الألياف الطبيعة منذ آلاف السنين إذ كانت تغزل إلى خيوط yarn ثم تنسج إلى أقمشة أو تصنّع منها حبال ropes.
أما الألياف من صنع الإنسان فهي نسبيا صناعة حديثة بدأت عام 1905 بإنتاج الألياف السليلوزية وفي عام 1939 بدأ إنتاج أول أنواع الألياف العضوية المصنعة وهو النايلون ثم تبع ذلك إنتاج الألياف الأكريليه عام 1948 أما ألياف البولى استر فلم يبدأ إنتاجها إلا في عام 1953.
وقد بلغ الإنتاج العالمي من الألياف من صنع الإنسان عام 1992 حوالي 18,3 مليون طن مترى (منها 2,3 طن ألياف سليلوزية و16 مليون طن ألياف مخلقة) في حين أن إنتاج الألياف الطبيعية فيالعالم سنة 1992 م قَدِّر بحوالي 20,5 مليون طن (منها 18,7 مليون طن قطن و1,74 مليون طن صوف و60 ألف طن حرير طبيعي) أي أن ما يقرب من نصف استهلاك مصانع الغزل والنسيج في العالم هو من الألياف التي من صنع الإنسان.
ويرجع الإقبال على الألياف من صنع الإنسان إلى الانخفاض المستمر في أسعارها وإلى خواصها الطبيعية والكيميائية التي تضاهى أو تتفوق على ما ينافسها من الألياف الطبيعية. هذا إلى جانب أن إنتاج الألياف الطبيعية محدود بالمساحات المخصصة لزراعة القطن أو المراعي.
الألياف غير العضوية الصناعية Synthetic Inorganic Fibres: اكتسبت الألياف التي تُصنع من مواد غير عضوية أهمية خاصة نظراً لاستخداماتها المتعددة في الصناعة خاصة في الصناعات الهندسية وفي أعمال البناء ومن أمثلتها:
(أ) ألياف الزجاج Glass Fibres or Glass Wool.
حيث يستعمل الصوف الزجاجي في أغراض العزل الحراري وفي تقوية reinforcement بعض المواد كالبلاستيك والجبس والمطاط والأسمنت.
(ب) ألياف سليكات الألومنيوم Aluminium Silicate Fibres. وتستعمل أساساً في أغراض العزل الحراري خصوصاً عند درجات الحرارة المرتفعة 400 ـ 1200°م) التي لا يمكن استخدام الصوف الزجاجي عندها.
(ج) ألياف الكربون * Carbon Fibres وتستعمل في تقوية البلاستيك وينتج عن هذه التقوية مواد تعرف باسم المواد المركبّة composites وهي تفوق الفلزات كالألومنيوم والصلب في قوتها وصلابتها وخفة وزنها ومقاومتها للتآكل ولذا تستخدم في صناعة مركبات الفضاء والطائرات وبعض أجزاء المحركات النفاثة.
والألياف الطبيعية إما من أصل نباتي كالقطن والجوث والكتان وإما من أصل حيواني كالصوف ووبر الجمل والحرير الطبيعي.
وتنقسم الألياف من صنع الإنسان إلى قسمين: الأول الألياف السليلوزية cellulosic fibres وهذه تصنع من لب الخشب wood pulp ومن أمثلتها الرايون viscose rayon وألياف خلات السليلوز cellulose acetate fibres ويطلق على هذين النوعين اسم الحرير الصناعي artificial silk.
والقسم الثاني من ألياف صنع الإنسان هي الألياف التي تصنع من البوليمرات المصنعة Synthetic polymers وتعرف هذه بالألياف العضوية المخلّقة Synthetic organic ومن أمثلتها لياف البولى أميد polyamide fibres وهي الألياف المعروفة باسم النايلون Nylon والألياف الأكريليه Acrylic fibres ومن أسمائها التجارية الأورلون Orlon والدرالون Dralon والأكريلان Acrilan وألياف البولى استر Ployester fibres ومن أسمائها التجارية التريلين Terrylene والداكرون Dacron والتريفيرا Trevira.
وقد عُرفت الألياف الطبيعة منذ آلاف السنين إذ كانت تغزل إلى خيوط yarn ثم تنسج إلى أقمشة أو تصنّع منها حبال ropes.
أما الألياف من صنع الإنسان فهي نسبيا صناعة حديثة بدأت عام 1905 بإنتاج الألياف السليلوزية وفي عام 1939 بدأ إنتاج أول أنواع الألياف العضوية المصنعة وهو النايلون ثم تبع ذلك إنتاج الألياف الأكريليه عام 1948 أما ألياف البولى استر فلم يبدأ إنتاجها إلا في عام 1953.
وقد بلغ الإنتاج العالمي من الألياف من صنع الإنسان عام 1992 حوالي 18,3 مليون طن مترى (منها 2,3 طن ألياف سليلوزية و16 مليون طن ألياف مخلقة) في حين أن إنتاج الألياف الطبيعية فيالعالم سنة 1992 م قَدِّر بحوالي 20,5 مليون طن (منها 18,7 مليون طن قطن و1,74 مليون طن صوف و60 ألف طن حرير طبيعي) أي أن ما يقرب من نصف استهلاك مصانع الغزل والنسيج في العالم هو من الألياف التي من صنع الإنسان.
ويرجع الإقبال على الألياف من صنع الإنسان إلى الانخفاض المستمر في أسعارها وإلى خواصها الطبيعية والكيميائية التي تضاهى أو تتفوق على ما ينافسها من الألياف الطبيعية. هذا إلى جانب أن إنتاج الألياف الطبيعية محدود بالمساحات المخصصة لزراعة القطن أو المراعي.
الألياف غير العضوية الصناعية Synthetic Inorganic Fibres: اكتسبت الألياف التي تُصنع من مواد غير عضوية أهمية خاصة نظراً لاستخداماتها المتعددة في الصناعة خاصة في الصناعات الهندسية وفي أعمال البناء ومن أمثلتها:
(أ) ألياف الزجاج Glass Fibres or Glass Wool.
حيث يستعمل الصوف الزجاجي في أغراض العزل الحراري وفي تقوية reinforcement بعض المواد كالبلاستيك والجبس والمطاط والأسمنت.
(ب) ألياف سليكات الألومنيوم Aluminium Silicate Fibres. وتستعمل أساساً في أغراض العزل الحراري خصوصاً عند درجات الحرارة المرتفعة 400 ـ 1200°م) التي لا يمكن استخدام الصوف الزجاجي عندها.
(ج) ألياف الكربون * Carbon Fibres وتستعمل في تقوية البلاستيك وينتج عن هذه التقوية مواد تعرف باسم المواد المركبّة composites وهي تفوق الفلزات كالألومنيوم والصلب في قوتها وصلابتها وخفة وزنها ومقاومتها للتآكل ولذا تستخدم في صناعة مركبات الفضاء والطائرات وبعض أجزاء المحركات النفاثة.
الأوزون
غاز سام يتكون جُزَيؤُه من ثلاث ذرات من الأكسجين 3° ويوجد الأوزون في طبقتين من طبقات الغلاف الجوي: طبقة التروبوسفير التي تمتد من سطح الأرض حتى ارتفاع 12 كيلومتراً، وطبقة الاستراتوسفير التي تعلوها وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتراً.
ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
الإيثاين (الأسيتيلين)
1111
نشاهد في ورش اللحام إسطوانات مدون عليها “غاز أسيتيلين”، إن هذا الغاز يحترق بلهب درجة حرارته 3000°س عند خلطه بغاز الأكسجين، حيث يستفاد من هذه الحرارة العالية في صهر ولحام المعادن.
تحضير الإيثاين في المختبر ودراسة بعض خواصه
يُحضر غاز الإيثاين من تفاعل الماء مع كربيد الكالسيوم كما في المعادلة التالية:
الخواص الفيزيائية للإيثاين
1 – الغاز عديم اللون ذو رائحة تشبه الإيثير. 2 – أقل كثافة من الهواء الجوي. 3 – غاز سام. 4 – شحيح الذوبان في الماء ولكنه يذوب في المذيبات العضوية مثل الأسيتون.
أهمية الإيثاين في الحياة
يستخدم الإيثاين في أغراض كثيرة منها: 1 – الحصول على اللهب الأكسي أسيتيليني الذي يستخدم في لحام المعادن وذلك عند احتراق الأستيلين بعد خلطه بالأكسجين. 2 – تحضير مركبات هامة مثل البنزين والأسيتون، ومركبات الفينيل التي تستخدم في صناعة المطاط. 3 – يستخدم في إنضاج الفاكهة.
التفاعلات الكيميائية للإيثاين
1 – تفاعل الإضافة: دقق في الصيغتين التركيبيتين لكل من الإيثان (الألكان) والإيثاين: (بافتراض أن الإيثان قليل النشاط مثل الميثان وكلاهما من الألكانات) تلاحظ من الصيغتين وجود رابطة تساهمية ثلاثية في الإيثاين، وتميل هذه الرابطة إلى التشبع والتحول إلى رابطة ثنائية ثم رابطة أحادية، ويتم تشبع الرابطة بنوع من التفاعلات تسمى تفاعلات الإضافة وتحدث عملية الإضافة بعدة طرق.
2 – الاشتعال:
الإيثاين يشتعل في الهواء بلهب مضيء مدخن، حيث يتفاعل مع اكسجين الهواء الجوي كما في المعادلة التالية:
الإيثاين يشتعل في الهواء بلهب مضيء مدخن، حيث يتفاعل مع اكسجين الهواء الجوي كما في المعادلة التالية:
أما إذا احترق الإيثاين في وفرة من الأكسجين (أكسجين نقي)، فإنه يحدث احترا قاً تاماً ويعطي لهباً تصل درجة حرارته إلى 3000°س يسمى لهب الأكسي أسيتيلين، كما في المعادلة التالية:
3 ـ بلمرة الإيثاين:
أدرس المعادلة التالية:
أدرس المعادلة التالية:
بإمرار غاز الإيثاين في أنابيب حديدية مسخنة لدرجة الإحمرار وخالية من الأكسجين، حيث تتبلمر كل ثلاثة جزيئات من الإيثاين لتكوين جزيء من البنزين كما توضحه المعادلة التالية:
وبذلك يمكن تحويل أحد مركبات الهيدروكربونات الأليفاتية وهو الإيثاين إلى مركب هيدروكربوني أروماتي وهو البنزين.
– الأكسدة : Oxidation:
يتأكسد مركب الايثاين بمحلول برمنجنات البوتاسيوم القاعدية ليعطي أحماض كربوكسيلية، ويتم كسر الرابطة الثلاثية بواسطة التأكسد.
الأيونات
Ions
Ions
الأيونات إما موجبة نتيجة لفقد العنصر لإلكترون واحد أو أكثر، وإما سالبة نتيجة لاكتساب العنصر إلكترونا واحداً أو أكثر. وجهد التأيّن هو مقياس قدرة العنصر على فقد الإلكترونات، بينما الألفة الإلكترونية electron affinity هي مقياس قدرة العنصر على اكتساب الإلكترونات. ويسمى الأيون الموجب كاتيونا والسالب أنيونا. وتتميز الأملاح بأنها تتكون من شقين، أحدهما قاعدى (كاتيون) والآخر حمضى (أنيون) . وهناك قواعد معمول بها لتسمية الكاتيونات أو الأنيونات؛ فإذا كان الكاتيون يتكون من عنصر واحد فإنه يأخذ اسم العنصر مباشرة وتحدد شحنته بإضافة رقم روماني ـ، ـ، ـ، ـ بين قوسين بعد الاسم، مثل Cu(II) Au(III). أما في حالة الكاتيونات متعددة العناصر فإن اسمها يعتمد على منشأها مثل كاتيون الأمونيوم NH4، وكاتيون الفوسفونيوم PH4. ومن أمثلة الأنيونات أحادية العنصر أنيون الهيدريد H، وأنيون الفلوريد F، وأنيون الفوسفيد P، وأنيون الأزيد N. ومنش أمثلة الأنيونات متعددة العناصر أنيون الهيدروكسيد OH، وأنيون النترات NO، وأنيون الكبريتات SO4 وأنيون الفوسفات PO4.
وكاتيون العنصر أقل حجماً من العنصر في صورته الذرية. فحجم كاتيون الصوديوم Na أقل من حجم ذرة الصوديوم Na، بينما أنيون العنصر أكبر حجماً من العنصر في صورته الذرية فحجم أنيون الكلور Ci أكبر من حجم ذرة الكلور Ci. وعند إذابة ملح مثل كلوريد الصوديوم في الماء فإنه يوجد في المحلول على هيئة كاتيون الصوديوم الموجب Na، وأنيون الكلوريد السالب Ci ويكون كل منها محاطاً ببعض جزيئات الماء. وإذا مر تيار كهربائي في هذا المحلول فإن الأيونات (كاتيونات وأنيونات) هي التي تحمل التيار داخل المحلول، فتتجه الكاتيونات نحو الكاثود، وتتجه الأنيونات نحو الأنود.
وكاتيون العنصر أقل حجماً من العنصر في صورته الذرية. فحجم كاتيون الصوديوم Na أقل من حجم ذرة الصوديوم Na، بينما أنيون العنصر أكبر حجماً من العنصر في صورته الذرية فحجم أنيون الكلور Ci أكبر من حجم ذرة الكلور Ci. وعند إذابة ملح مثل كلوريد الصوديوم في الماء فإنه يوجد في المحلول على هيئة كاتيون الصوديوم الموجب Na، وأنيون الكلوريد السالب Ci ويكون كل منها محاطاً ببعض جزيئات الماء. وإذا مر تيار كهربائي في هذا المحلول فإن الأيونات (كاتيونات وأنيونات) هي التي تحمل التيار داخل المحلول، فتتجه الكاتيونات نحو الكاثود، وتتجه الأنيونات نحو الأنود.
التحليل الطيفي الامتصاصيّ
Spectrophotometric Analysis
Spectrophotometric Analysis
يعتمد التحليل الطيفى على ظاهرة امتصاص الطاقة الضوئية المرئية أو فوق البنفسجية أو تحت الحمراء بالمادة المراد تحليلها، وذلك طبقاً لقواعد ثابتة ومعروفة، تحدد على أساسها طول الموجة الممتصة ومدى شدة هذا الامتصاص. وينتج الامتصاص الطيفي في منطقتي الضوء المرئي وفوق البنفسجي بسبب إثارة إلكترونية في الجزيئات ويقع ذلك في مدى طول موجى بين 200 إلى 800 نانوميتر (10 -9 متر) .
ويعتمد التحليل الكمى الطيفي على العلاقة الرياضية بين الامتصاص الطيفي وتركيز المادة الماصة للضوء وذلك طبقاً لقانون «لامبرت بير» abc = A حيث A الامتصاص، a معامل الامتصاصية، b طول المسار الضوئي، c التركيز. والامتصاص الطيفي في المنطقة المرئية وفوق البنفسجية له استخدامات كثيرة منها حساب ثابت التأين k لدلائل الأحماض والقواعد بواسطة تغير الامتصاص مع تغير الرقم الهيدروجيني. وهناك تطبيق آخر هو تعيين أو ترجيح أحد الاحتمالات المتعددة لتركيب المتراكبات.
ويعتمد التحليل الكمى الطيفي على العلاقة الرياضية بين الامتصاص الطيفي وتركيز المادة الماصة للضوء وذلك طبقاً لقانون «لامبرت بير» abc = A حيث A الامتصاص، a معامل الامتصاصية، b طول المسار الضوئي، c التركيز. والامتصاص الطيفي في المنطقة المرئية وفوق البنفسجية له استخدامات كثيرة منها حساب ثابت التأين k لدلائل الأحماض والقواعد بواسطة تغير الامتصاص مع تغير الرقم الهيدروجيني. وهناك تطبيق آخر هو تعيين أو ترجيح أحد الاحتمالات المتعددة لتركيب المتراكبات.
التفاعلات الانعاكسية وغير الانعكاسية
التفاعلات غير الإنعكاسية:
تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.
التفاعلات الإنعكاسية:
تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:
أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.
يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.
وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:
(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.
(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق.
تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.
التفاعلات الإنعكاسية:
تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:
أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.
يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.
وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:
(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.
(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق.
التفاعلات الطاردة والتفاعلات الماصة للحرارة
العناصر عديدة التكافؤ
نميز تكافؤ العنصر في العناصر التي لها أكثر من تكافؤ في مركباتها المختلفة بطريقتين:
1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).
2- إضافة المقطع “وز ous” للتكافؤ الأقل, المقطع “يك ic” للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.
فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك.
1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).
2- إضافة المقطع “وز ous” للتكافؤ الأقل, المقطع “يك ic” للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.
فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك.
مقدار التكافؤ لبعض العناصر
الرابطة الأيونية:
Ionic Bond
بين من: بين العناصر التي يوجد فرق كبير نسبياً في السالبية الكهربية بين ذراتها (فلزات ولا فلزات).
الرابطة التساهمية
Covalent Bond
هي رابطة ناتجة عن اشتراك الذرتين المرتبطتين بزوج أو أكثر من الإلكترونات بحيث تساهم كل ذرة بنصف عدد الإلكترونات.
الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:
الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:
مثال: BrCl ، CH4.
والرابطة التي تتكون من زوج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية أحادية وتمثل بخط يصل بين الذرتين (H-H) ، (Cl-Cl).
والرابطة التي تتكون من زوجين من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثنائية كما في جزيء الأكسجين: 1 ـ عند اتحاد ذرات من نفس النوع (لا يوجد فرق في السالبية الكهربائية بينها). مثال: Cl2 ، H2 ، O2. 2 ـ عند اتحاد ذرات مختلفة ويكون الفرق في السالبية الكهربائية بينها صغيراً.
والرابطة التي تتكون من ثلاثة أزواج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثلاثية كما في جزيء النيتروجين:
قطبية الرابطة التساهمية
التفسير: عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربائية (0.8 – 1.8)
يبقى زوج الإلكترونات المشارك والذي يكون الرابطة أقرب نسبياً إلى الذرة ذات السالبية الكهربائية الأكبر (Cl) فتتولد عليها شحنة سالبة صغيرة -? بينما تتولد على الذرة ذات السالبة الكهربائية الأقل (H) شحنة موجبة صغيرة في هذه الحالة تسمى الرابطة رابطة تساهمية قطبية كما يوصف الجزيء بإنه ثنائي القطب حيث يكون له قطب موجب وقطب سالب.
ونظراً لاختلاف السالبية الكهربائية تظهر شحنتان سالبتان صغيرتان على ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربائية بينما تظهر شحنة صغيرة موجبة على كل من ذرتي الهيدروجين أي أن لجزيء الماء خاصية قطبية.
الرابطة التناسقية (التساندية)
The Co-ordinate Bond
The Co-ordinate Bond
هي إحدى أنواع الروابط التساهمية وتحدث بين ذرتين حيث تقوم فيها إحدى الذرتين المرتبطتين بمنح زوج من الإلكترونات الحرة غير المشاركة في تكوين الرابطة إلى الذرة الأخرى أو الأيون (أو الجزيء) وتسمى الذرة التي تعطي الإلكترونات بالذرة المانحة (donor) والذرة الأخرى بالذرة المستقبلة(acceptor).
* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:
(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.
(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.
(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.
(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:
(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.
(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.
(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.
(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
الرابطة الفلزية
Metalic Bond
تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم إلكترونات مستواها الخارجي لتصبح أيونات موجبة، حيث أن سالبيتها الكهربائية منخفضة. وتتماسك ذرات الفلز مع بعضها البعض في شكل بلوري صلب كما في الشكل :
ويحتوي هذا الشكل البلوري على الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة والتي تتحرك حركة عشوائية خلال الشبكة البلورية، وتوصف هذه الإلكترونات بسحابة سالبة متحركة في الفراغات الموجودة بين الأيونات الموجبة.
وتزداد قوة الرابطة الفلزية كلما ازداد عدد الإلكترونات الحرة في الفلز أي كلما ازداد عدد الإلكترونات الخارجية المتحركة. كذلك يعتمد على هذه الرابطة الكثير من الخواص الفلزية التي تتفاوت من فلز لآخر تبعاً لاختلاف قوة الرابطة الفلزية.
الرموز
نظراً لتعدد العناصر ولتسهيل دراسة علم الكيمياء أُتبعت طريقة كتابة الرموز:
1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.
مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس
1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.
مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس
c 2- كتابة الحرف الأول والثاني في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول.
3- كتابة الحرف الأول والثالث في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول والثاني.
4- أحياناً يكون الرمز مشتقاً من الكلمة اللاتينية للعنصر.
الزجاج
محلول جامد وغير متبلر من سليكات مزدوج للصوديوم والكلسيوم Na2 OCaO 6SiO2أقدم قطعة من الزجاج تم اكتشافها بالعراق يرجع تاريخها إلى 2700 سنة قبل الميلاد. ويحضر الزجاج بصهر مخلوط المواد الأولية عند درجة حرارة 1600° م سلزيوس في وجود كميات قليلة من الفلسبار ويتم تشكيله بالنفخ أو الصب أو السحب أو الكبس وتضاف أملاح المعادن الثقيلة للتلوين. وتختلف خواصه باختلاف نسب العناصر التي تدخل في تركيبه وظروف التحضير وأفران الصهر، ففي وجود نسبة مرتفعة من السليكا (99,8%) ينتج نوع شفاف غاية في النقاء يسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية ويستخدم في صناعة الأجهزة الضوئية البصرية والتلسكوبات، وفي صناعة مصابيح الزئبق.
وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.
ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.
ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.
ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.
وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.
وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.
أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.
ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.
ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.
ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.
وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.
وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.
أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
زجاج البوروسليكات
يعتبر أكسيد البورون (B2 O3) من المواد المكونة للزجاج. وهو يعمل كمادة صهَّارة عند إضافته إلى أكسيد السليكون (SiO2) ويتميز عن مواد الصهارة الأخرى (أكاسيد المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدورى) في أنه لا يتسبب في زيادة معامل التمدد الحراري لزجاج السليكا كما تفعل تلك المواد. أما إذا ارتفعت نسبة أكسيد البورون بدرجة كبيرة، فإن المقاومة الكيميائية تصبح هي المشكلة في الزجاج الناتج. وتسمح إضافة المواد القلوية يخفض كميات أكسيد البورون المستخدمة، كما تحسن من المقاومة الكيميائية في حالة التراكيب متعددة المواد. ويؤدي الانخفاض في معامل التمدد الحراري لزجاج البوروسليكات ذي المحتوى المنخفض من المواد القلوية إلى مقاومة الزجاج للصدمات الحرارية مما يجعله مفيداً في تصنيع الأدوات المعملية وأواني الطهي وزجاج لحام الموليبدنوم ومرايا التلسكوبات. ومن أشهر أنواع زجاج البوروسليكات هو ما أنتجته شركات كورننج للزجاج تحت الاسم التجاري «بايركس» كما أن النظام الثلاثي Na2 O-B2 O3-SiO2 من زجاج البوروسليكات المحتوى على أكسيد الصوديوم يتميز بإمكانية انفصاله إلى طورين عند معالجته حرارياً بين 500° و650° سلزيوس ويتكون الطور الأول أساساً من أكسيد السليكون. وعند إذابة الطور الأول في أحد الأحماض يتبقى الطور الثاني فقط حيث يبلغ محتواه من أكسيد السليكون 96% وبتلبيد هذا الطور ينتج ما يعرف بزجاج «الفيكور» (Vycor 69/SiO2) ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية.
ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.
زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition.
زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.
زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition.
زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
السيليلوز
Cellulose
Cellulose
هو من المكونات الأساسية لجدر الخلايا النباتية، ويتكون السيليلوز من سلاسل متوازية غير متفرعة، وحداتها من سكر الجلوكوز، وترتبط السلاسل فيما بينها بروابط هيدروجينية مكونة حزماً .
والسيليلوز مادة بيضاء صلبة لا تذوب في الماء، ولا في المذيبات العضوية. وبالرغم من أن النشا والسيليلوز يتكونان من وحدات الجلوكوز، إلا أنهما يختلفان في الخواص بسبب اختلافهما في طريقة الترابط بين وحدات الجلوكوز، ولا يتحلل السيليلوز مائياً بسهولة مثل النشا ولكن عند تسخينه مع حمض الكبريتيك المخفف تحت ضغط يتحلل إلى جلوكوز.
الشبكات البلورية الأيونية
Crystal lattice
Crystal lattice
سنأخذ كلوريد الصوديوم كمثال, وهو كما علمنا يتركب من أيونات الكلوريد السالبة -Cl وأيونات الصوديوم الموجبة +Na فكلوريد الصوديوم يتواجد على هيئة أعداد متساوية مع الأيونات الموجية والسالبة والتي ينجذب بعضها مع بعضها الآخر بقوى تجاذب كهربائية نظرا لا ختلافها في الشحنة, ولذا فهى ترتب نفسها على شكل صلب يسمى الشبكة البلورية. والنمط الخاص الذي يصف ترتيب أيونات الصوديوم والكلوريد في البلورة موضح بالشكل وهي على شكل مكعب حيث توجد أيونات +Na (باللون الرمادي) عند أركانه وفي وسط كل وجه وتحتل أيونات الكوريد -CI (باللون الأخضر) منتصف الفراغات بين أيونات +Na وعند الانتقال من الطبقة العليا إلى الطبقة التالية سنجد أن أيونات +Na و -CI, قد عكست مواضعها وهكذا بالتبادل.
الصيغ الكيميائية
تزودنا الصيغة الجزيئية للمركب بالمعلومات التالية:
فمثلاً : الصيغة الجزيئية لمركب حمض الكبريت هي H2SO4 نستنتج:
. 2- عدد ذرات كل نوع: H2 وَ S1 وَ O4
. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة 2:1:4
1- نوع الذرات الموجودة في المركب. 2- عدد ذرات كل نوع. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة. 1- نوع الذرات الموجودة في المركب: H وَ S وَ O
. وهناك بعض المواد يمكن كتابة صيغتها الكيميائية بسهولة حيث يساعد اسمها الكيميائي على ذلك وإليك المركبات البسيطة التالية:
الصيغة البنائية :
(Structural Formula)
هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .
الصيغة التجريبية:
هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .
الصيغة التجريبية:
هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
الطاقة الكيميائية
هناك طاقة مختزنة في المادة أثناء تكونها، وتعتمد كمية هذه الطاقة على نوع وترتيب الذرات في المادة، وهذه الطاقة إما أن تمتص أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي ولذا تعتبر الطاقة الكيميائية صورة من صور طاقة الوضع.
مجموع الطاقات الداخلية المختزنة في المادة أثناء تكونها نتيجة لارتباط الذرات مع بعضها البعض.
هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:
الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.
الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.
الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.
طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:
الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.
الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.
الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.
طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي
يمكن تقسيم الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي إلى:
أولاً: طرق طبيعية:
ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:
أولاً: طرق طبيعية:
ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:
ملاحظات:
أ ـ نوع المادة.
ب ـ درجة تركيزها في المحلول.
ج ـ درجة نقاء المادة.
(أ) استخدام العين المجردة كما في أنابيب نسلر.
(ب) استخدام جهاز قياس الطيف الضوئي (الإسبكتروفوتوميتر) .
(ح) اختبار النقطة.
القانون الأول: كمية المادة المنفصلة (و) بالتحليل الكهربي تتناسب طردياً مع كمية الكهربية (ك) المارة في المحلول الإلكتروليتي للمادة.
القانون الثاني: كمية المواد المنفصلة بالتحليل الكهربي وبكمية كهربية واحدة تتناسب طردياً مع أوزانها المكافئة الجرامية. 1 ـ التحليل الضوئي. 2 ـ معامل الانكسار. 3 ـ قياس الإشعاع. 4 ـ التحليل الكهربي. 1 ـ يتوقف الامتصاص الضوئي لمحلول المادة الملونة على: 2 ـ الخاصية الطبيعية للمادة غالباً ما تتناسب مع كتلة المادة أو درجة تركيزها في المحلول. 3 ـ التحليل الضوئي هو عملية تحديد درجة تركيز مادة في محلولها الملون بقياس درجة امتصاصها للضوء. 4 ـ طرق التحليل الضوئي: 5 ـ معامل الانكسار الضوئي لمادة يمكن قياسه باستخدام الإسبكتروفوتوميتر. ومن جداول خاصة تربط معامل الانكسار الضوئي بدرجة التركيز نستطيع معرفة درجة التركيز ودرجة النقاء. 6 ـ تتوقف قيمة معامل الانكسار الضوئي لمحلول مادة على نوعها ودرجة نقائها وعلى درجة تركيزها في المحاليل المائية أو المذيبات العضوية. 7 ـ في حالة المحاليل غير الملونة نصيف مواد كيميائية أخرى تتفاعل مع المادة المذابة في المحلول وتكون مركبات ملونة تتدرج شدة لونها مع تدريج درجة تركيزها في المحلول. 8 ـ الأساس الذي تعتمد عليه طريقة قياس الإشعاع في التحليل الكمي الطبيعي هو قياس شدة الإشعاع الصادر من المواد المشعة وذلك بواسطة عداد جيجر. وباستخدام جداول خاصة يمكن بمعرفة شدة الإشعاع استنتاج درجة تركيز المادة المشعة. 9 ـ يستخدم عداد جيجر في الكشف عن الخامات المشعة وقياس شدة الإشعاع الناتج من تلوث البيئة، كما يستخدم في قياس شدة إشعاع النظائر المشعة والاستفادة منها في الأبحاث العلمية. 10 ـ التحليل الكهربي (الترسيب الكهربي): التحليل أو الترسيب الكهربي هو تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في المحاليل الإلكتروليتية عند قطبي الخلية الكهربية نتيجة مرور تيار كهربي فيها. 11 ـ الفاراداي هو كمية الكهربية التي ترسب الوزن المكافىء الجرامي لأي عنصر عند إمرارها في محلول ملح من أملاحه وتساوي 96500 كولوم وتحوي عدد أفوجادرو من الإلكترونات وهو 6,023 × 1023إلكترون. 12 ـ يعتمد الحساب الكيميائي في التحليل الكهربي على قانوني فاراداي:
العامل الحفاز
مادة تسبب تغيراً في سرعة التفاعل، ولكنها لا تتغير عند انتهاء التفاعل ويمكن استعادتها.
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.
وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.
وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
| العامل الحفاز | الأهمية والاستخدام |
| ثاني أكسيد المنجنيزMnO2 | يساعد على سرعة تحلل كلورات البوتاسيوم عند تحضير غاز الأكسجين في المختبر |
| الحديد والموليبدنيوم | يستخدمان عند تفاعل النتيروجين مع الهيدروجين لتحضير غاز الأمونيا |
| خامس أكسيد الفاناديومV2O5 | يستخدم لتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين لتكوين ثالث أكسيد الكبريت في تحضير حمض الكبريتيك في الصناعة |
| النيكل | يستخدم في تفاعل إضافة الهيدروجين إلى الروابط الثنائية في الزيوت النباتية غير المشبعة وبذلك تتحول إلى زبدة نباتية صالحة للأكل |
| إنزيم التيالين في اللعاب، وإنزيم الببسين في العصارة المعدية |
زيادة سرعة الهضم |
وتجدر الإشارة هنا إلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة إذا وجدت في وسط التفاعل وتعرف هذه المواد بالسموم. فالكبريت مثلاً من شأنه أن يعيق عمل أكاسيد الحديد كمادة حافزة تساعد على زيادة سرعة تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين في صناعة النشادر, كذلك وجود الرصاص في وقود السيارات يعيق عمل المادة الحافزة التي تزود بها بعض السيارات للتحكم بغازات العادم. لذا يجب استخدام الوقود الخالي من الرصاص في السيارات المزودة بهذا النوع من المحفزات المقاومة للتلوث.
وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها: 1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل. 2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل. 3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل. 4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن. 5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها: 1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل. 2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل. 3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل. 4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن. 5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
الفروع الرئيسية للكيمياء
الكيمياء التحليلية تختص بتعيين خواص المواد الكيميائية والصيغ الكيميائية للمركبات والمخاليط وتركيبها
التحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها المواد
التحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها المواد
الكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائية
الكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائية
الكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيل
كيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحية
الكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتها
الكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية
الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون – كربون)
الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربون
الكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاع
الحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائية
الدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلات
الكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النووية
كيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكتروني
الكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على المواد
كيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيب
كيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائية
كيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعض
الكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
التحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها المواد
التحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها المواد
الكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائية
الكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائية
الكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيل
كيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحية
الكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتها
الكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية
الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون – كربون)
الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربون
الكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاع
الحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائية
الدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلات
الكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النووية
كيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكتروني
الكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على المواد
كيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيب
كيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائية
كيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعض
الكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
الكيمياء الإشعاعية
مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.
يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.
وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.
ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.
وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.
وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.
ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.
وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
الكيمياء التحليلية:
تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.
الكيمياء التحليلية في حياتنا:
تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:
الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..
علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرها
الآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجية
الصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامة
البيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتها
الزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعية
الغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء التحليلية في حياتنا:
تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:
الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..
علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرها
الآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجية
الصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامة
البيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتها
الزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعية
الغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء الحركية
بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.
وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.
وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.
وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
|
العامل
|
تأثيره على سرعة التفاعل
|
|
طبيعة المواد الداخلة في التفاعل.
أ-عدد الروابط. ب-نوع الروابط. جـالنشاط الكيميائي. د-الحالة الفيزيائية |
أ-كلما قلت الروابط التي يلزم تفكيكها كلما كان التفاعل أسرع. ب-المركبات الأيونية أسرع تفككاً من المركبات التساهمية. جـالمادة ذات النشاط الكيميائي الأكبر تتفاعل بشكل أسرع. د-بعض المواد لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها في الحالةالصلبة بينما محاليلها تتفاعل بسهولة |
|
تركيز المواد الداخلة في التفاعل
|
تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد الداخلة في التفاعل،والعكس صحيح
|
|
التغير في درجة الحرارة
|
تزداد سرعة التفاعل برفع درجة الحرارة، والعكس صحيح
|
|
وجود العوامل الحفازة
|
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاًموجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً
|
الكيمياء الضوئية
فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.
يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.
التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.
تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.
يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.
التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.
تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.
يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
الكيمياء العضوية
تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.
تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.
كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)
اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.
دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.
في عام 1828م، استطاع العالم “فوهلر” تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.
تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.
تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.
المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.
تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.
تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.
كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)
اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.
دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.
في عام 1828م، استطاع العالم “فوهلر” تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.
تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.
تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.
المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.
تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.
تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
الكيمياء الكهربائية
تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:
وتتم هذه التفاعلات في أجهزة خاصة تسمى الخلايا الكهروكيميائية. 1- ينتج عنها طاقة كهربائية. 2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.
اللاكتوز
يعد اللاكتوز من المكونات الرئيسية للبن الأم، (5-8%) ويسمى سكر اللبن، لأنه يوجد في ألبان جميع الثدييات، (في الحليب البقري 4-5%) وهو أقل حلاوة من سكر القصب، وأقل قابلية للذوبان في الماء، وينتج جزيء اللاكتوز من تكاثف جزيء جلوكوز وجزيء جالاكتوز، والرابطة في جزيء اللاكتوز تشبه الرابطة في جزيء المالتوز (رابطة 1-4).
مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:
– لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.
– يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.
– ملين طبيعي للطفل.
– درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.
كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.
مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:
– لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.
– يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.
– ملين طبيعي للطفل.
– درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.
كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.
المادة
المادة هي كل ما يشغل حيزاً في الكون وله ثقل: مثل الماء والهواء والتراب…
أشكال المادة
هناك ثلاثة أشكال للمادة:
1- العنصر
1- العنصر
element:
التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.
مثال: الأُكسجين والذهب.
بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.
التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.
مثال: الأُكسجين والذهب.
بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.
حالات المادة
المركب: ينتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. يمكن أن يتحلل إلى مواد أبسط منه بالوسائل الكيميائية (الماء).
المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.
ملخص
المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.
ملخص
المجموعة الوظيفية (المجموعة الفعالة)
(Functional Group
(Functional Group
هي ترتيب لمجموعة صغيرة من الذرات في جزيء المركب العضوي تكسبه خواص كيميائية مميزة».
وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.
وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين.
مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية
مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية
| المجموعة | الخاصبة | المركبات العضوية | المركبات غير العضوية |
| 1 | التركيب | الكربون عنصر أساسي في تركيبها | الكربون غير أساسي |
| 2 | نوع الروابط | تساهمية غالباً لا توصل التيار الكهربي في محاليلها لعد تأينها | روابط أيونية ـ محاليلها موصلة للتيار الكهربي ـ لتأينها |
| 3 | سرعة التفاعل | بطيئة ـ يسبب الروابط التساهمية | سريعة بسبب تأينها |
| 4 | الحساسية | أكثر حساسية ـ حيث تختلف نواتج التفاعل باختلاف ظروف التفاعل | لا توجد هذه الحساسية في تفاعلات المواد غير العضوية |
| 5 | التماثل | توجد مركبات عضوية تتشابه في الصيغة الجزيئية وتختلف في الصيغة البنائية (الكحول الإيثيلي ـ الأثير ثنائي الميثيل) | لا يوجد هذا التماثل في المركبات غير العضوية |
| 6 | التعقد | الكثير من المركبات العضوية معقد التركيب ـ تتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات (النشا ـ السليلوز ـ البروتينات) | لا توجد هذه الخاصية في المركبات غير العضوية |
أولاً: تذكر أن ذرة الكربون دائماً رباعية التكافؤ ـ وتتحد مع غيرها من ذرات الكربون أو العناصر الأخرى بروابط تساهمية.
تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:
أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .
ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .
ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .
المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.
المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.
الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.
القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.
القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.
الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.
تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:
أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .
ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .
ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .
المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.
المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.
الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.
القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.
القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.
الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.
المركبات العضوية وغير العضوية
| المركبات العضوية | المركبات غير العضوية |
| تحتوي على عدد قليل من العناصر أهمها الكربون كعنصر أساسي | يدخل في تركيبها جميع العناصر |
| الروابط بين الذرات تساهمية | أغلب الروابط بين الذرات أيونية |
| تنطبق عليها خواص المركبات التساهمية | ينطبق على أغلبها خواص المركبات الأيونية |
| تفاعلاتها بطيئة وتحتاج إلى عوامل مساعدة لتنشيط التفاعل (لعدم تأين مركباتها) |
تتفاعل بسرعة كبيرة نسبياً لأن التفاعلات تكون بين الأيونات |
| تحتاج إلى طاقة تكوين عالية | لا تحتاج إلى مثل هذه الطاقة غالباً |
| معظمها تحترق وينتج عن احتراقها غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وغازات أخرى وقد تتفحم |
معظمها لا يحترق مهما بلغت شدة الحرارة |
| ترمز الصيغة الجزيئية الواحدة لأكثر من مركب | ترمز الصيغة الجزيئية لمركب واحد فقط |
| تتميز ذرات الكربون بقدرتها على عمل سلاسل طويلة وجزيئات عملاقة (البوليمرات) |
لا توجد هذه الظاهرة في تلك المركبات |
المعادلة الكيميائية
– المعادلة الكيميائية هي تعبير موجز يمثل التفاعل الكيميائي وصفاً وكماً.
– يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:
أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).
ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.
هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.
– يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:
أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).
ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.
د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.
هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.
المعايرة
التعريف:طريقة عملية لتقدير تركيز مادة في محلول بوساطة محلول آخر معلوم التركيز يسمى المحلول القياسي.
الخطوات:
الخطوات:
المميزات:
الأدوات والمواد المستخدمة عند المعايرة:
ـ أوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة والماصة والدورق القياسي ذو السعة المحددة.
ـ دليل لوني أو طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل.
ـ مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحلول القياسي.
أنواع المعايرة تقسم عمليات التحليل الحجمي “عمليات المعايرة” حسب نوعية المواد المتفاعلة إلى:
أولاً: تفاعلات تعتمد على اتحاد الأيونات:
ـ تعادل حمض وقاعدة Acid-Base Neutraliasation يتم فيها معايرة حمض بقاعدة أو العكس، والتفاعل الأساسي في هذه الحالة هو اتحاد كاتيونات الهيدرونيوم من الحمض مع أنيونات الهيدروكسيد من القاعدة لتكوين جزيئات الماء.
قياس القاعدية: تطلق على معايرة محلول حمضي بواسطة محلول قاعدي معلوم التركيز.
قياس الحموضة: تطلق على معايرة محلول قاعدي بواسطة محلول حمضي معلوم التركيز.
ـ عمليات الترسيب:
وهي تعتمد على اتحاد الأيونات (عدا أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد) لتكوين راسب لمركب بسيط.
يستخدم في معظم تفاعلات الترسيب، محلول قياسي من نترات الفضة وذلك لتقدير تركيز أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد.
ثانياً: تفاعلات تعتمد على انتقال الالكترونات:
هذا النوع من التفاعلات يكون مصحوباً بتغير في أعداد التأكسد، أو انتقال للإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ويكون المحلول القياسي إما عاملاً مؤكسداً أو عاملاً مختزلاً.
المول
– المول: كمية من المادة تحتوي على عدد معين من الوحدات يقدر بـ 6.02 × 2310 ( 000 000 000 000 000 000 000 602 وحدة). وقد تكون هذه الوحدات ذرات أو جزيئات أو أيونات. ويطلق على العدد 6.02 × 2310 «عدد أفوجادرو» نسبة إلى العالم الإيطالي أميدو أفوجادرو (1811م).
2- حسابات المول :
2- حسابات المول :
المول الواحد من أي غاز يشغل حجماً قدره 22.4 ليتراً في الظروف القياسية.
ويطلق على الظروف القياسية: «معدل الضغط ودرجة الحرارة» أو «م.ض.د».
وهي تعني قياس حجم الغاز عند الضغط الجوي العادي, أي 76 سم زئبق ، ودرجة حرارة = صفر°س (273 درجة مطلقة).
حجم الغاز في الظروف القياسية = عدد المولات × 22.4 لتر/مول
الميثان
(CH 4)
(CH 4)
1 ـ مصادره: يُعتبر غاز الميثان أبسط الألكانات، ويكون 90% من غاز المستنقعات حيث ينتج عن تحلل المواد العضوية، ويوجد أيضاً ضمن غاز الفحم الناتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المتصاعد من آبار النفط، كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة عملية التحلل هذه لإنتاج “البيوجاز” الذي يحتوي على نسبة كبيرة من غاز الميثان لاستخدامه كوقود.
التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.
التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.
يحضر غاز الميثان في المختبر بتأثير الماء المحمض بحمض الهيدروكلوريك على كربيد الألومنيوم.
2 ـ تحضيره:
(1) غاز شفاف عديم اللون والرائحة.
(2) كثافته أقل من كثافة الهواء الجوي.
(3) شحيح الذوبان في الماء.
(4) قابل للإسالة بالضغط والتبريد الشديدين (إلى سائل يغلي عند -161.7 س ويتجمد عند درجة -182.6 س.)
(1) يحترق الغاز في الهواء بلهب أزرق (غير مضيء) وينتج عن احتراقه بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وتنطلق طاقة حرارية.
(2) يتحلل الغاز إلى عنصريه عند إمراره في أنابيب معدنية مسخنة لدرجة الاحمرار، والكربون الناتج يسمى أسود الكربون. 3 – الخواص الفيزيائية لغاز الميثان : 4 – الخواص الكيميائية للميثان:
(3) يتفاعل الغاز مع بخار الماء في وجود أكاسيد بعض الفلزات كعامل حفاز عند درجة حرارة عالية وضغط جوي كبير للحصول على غاز يسمى غاز الاصطناع، وهو مزيج من غازي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وله استخدامات صناعية عديدة.
(4) نظراً لأن الميثان مركب مشبع فإنه غير نشط كيميائياً، ولذلك فإنه لا يتأثر بالأحماض المعدنية أو القلويات، ولكن يمكن إحلال ذرة عنصر أو أكثر محل ذرة هيدروجين أو أكثر، وكمثال على ذلك تفاعل الغاز مع الكلور أو البروم، وهذا النوع من التفاعلات يُسمى تفاعلات الإحلال أو الاستبدال الذي يُميز الألكانات، والتفاعلات التالية توضح ذلك:
(أ) يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالإحلال (الاستبدال) في ضوء الشمس غير المباشر على مراحل كالتالي:
(ب) في الظلام التام وفي درجة الحرارة العادية لا يتفاعل غاز الميثان مع الكلور.
(جـ) إذا أجري التفاعل في ضوء الشمس المباشر فإنه يحدث انفجاراً ويتكون كلوريد الهيدروجين والكربون.
5 ـ استخدامات الميثان:
(1) تحضر منه كثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم (مخدر ومذيب) ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب أيضاً، كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد… إلخ.
(2) يكون حوالي 80% من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
(3) يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة، فالكيلوجرام منه يعطي 13300 كيلو سعر.
(4) يحضر منه أسود الكربون الذي يستخدم في حبر الطباعة.
(5) يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
النشا
Starch
Starch
يتكون النشا من مكونين هما الأميلوز Amylose (02% ) والأميلوبكتين (80%)، وكلاهما ناتج من تكاثف وحدات الجلوكوز، ولكن الاختلاف بينهما في شكل السلسلة المكونة للجزيء فالأميلوز سلسلته مستقيمة والأميلوبكتين سلسلته متفرعة.
ملاحظة: يذوب الأميلوز في الماء بينما الأميلوبكتين لا يذوب.
وجود النشا وأهميته:
يوجد النشا كحبيبات بيضاء في معظم النباتات وهو يخزن في كثير من الحبوب مثل القمح والذرة والأرز ودرنات البطاطس وغيرها، ويعد النشا غذاءً مخزناً تستخدمه النباتات عند النمو، كما أن النشا هو الغذاء الرئيس لمعظم الشعوب حيث يصنع منه الخبز والمعجنات وغيرها كما في الصورة:
خواص النشا:
– النشا قليل الذوبان في الماء البارد (20% تقريباً)، وفي الماء الساخن تنتفخ حبيبات النشا وتنفجر جدرانها معطية محلولاً لزجاً لامعاً وعندما يبرد يتحول إلى مادة هلامية لاصقة.
– يعطي النشا مع محلول اليود لوناً أزرق، ويعد هذا الكشف مميزاً للنشا.
نستنتج من التجربة المجاورة: وجود النشا في البطاطا والخبز.
ملاحظة: يذوب الأميلوز في الماء بينما الأميلوبكتين لا يذوب.
وجود النشا وأهميته:
يوجد النشا كحبيبات بيضاء في معظم النباتات وهو يخزن في كثير من الحبوب مثل القمح والذرة والأرز ودرنات البطاطس وغيرها، ويعد النشا غذاءً مخزناً تستخدمه النباتات عند النمو، كما أن النشا هو الغذاء الرئيس لمعظم الشعوب حيث يصنع منه الخبز والمعجنات وغيرها كما في الصورة:
خواص النشا:
– النشا قليل الذوبان في الماء البارد (20% تقريباً)، وفي الماء الساخن تنتفخ حبيبات النشا وتنفجر جدرانها معطية محلولاً لزجاً لامعاً وعندما يبرد يتحول إلى مادة هلامية لاصقة.
– يعطي النشا مع محلول اليود لوناً أزرق، ويعد هذا الكشف مميزاً للنشا.
نستنتج من التجربة المجاورة: وجود النشا في البطاطا والخبز.
الهيدروكربونات
هي مجموعة كبيرة من المركبات العضوية يدخل في تركيبها عنصري الكربون والهيدروجين فقذ وتنقسم إلى فرعين أساسيين هما:
أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:
وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)
أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:
وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)
ب ـ هيدروكربونات أروماتية (عطرية)
وهذه تكون عبارة عن حلقات غير مشبعة وكل حلقة تحتوي عادة على ست ذرات كربون، قد تكون حلقة واحدة مثل البنزين العطري ومشتقاته مثل التلوين والآنيلين.
أولاً: الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات أو الألكانات) تتميز بالآتي:
أ ـ الروابط: وفيها ترتبط ذات الكربون ببعضها برابطة أحادية وهي أثبت الروابط.
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو الميثان CH4.
4 ـ البارافينات خاملة كيميائياً إذا ما قورنت بغيرها من المركبات العضوية فهي خاملة تجاهالعوامل المختزلة والمؤكسدة العادية وكذلك القلويات والأحماض الهالوجينية.
ثانياً: الهيدروكربونات غير المشبعة:
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الإيثيلين C2H4.
4 ـ الأوليفينات تتحد مع العوامل المختزلة والمؤكسدة والأحماض الهالوجينية والهالوجينات تحت الظروف العادية على عكس البارافينات فهي خامل كيميائياً.
وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:
3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الأسيتليين C2H2.
4 ـ تتفاعل بالإضافة حيث تنفك الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون، كما أنها تتأكسد وتتبلمر، ويمكنها أن تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات بشرط أن تكون الرابطة الثلاثية في الجزيء طرفيه. 2 ـ هيدروكربونات غير مشبعة وتشمل أوليفينات (ألكينات) وأسيتلينات (ألكانيات) 2 ـ الصيغة العامة:[CnH2n+2]. 5 ـ يعزى خمول البارافينات إلى صعوبة كسر الروابط التساهمية الموجودة بين الكربون والهيدروجين أو الكربون والكربون فكسر هذه الروابط يحتاج إلى ظروف خاصة مثل استخدام ضوء الشمس أو استخدام درجات الحرارة العالية. 6 ـ تتفاعل بالاستبدال. 1 ـ الأوليفينات (الألكينات) 1 ـ الروابط يحتوي على مركب فيها على رابطة ثنائية (مزدوجة) بين ذرتي الكربون وباقي الروابط بين ذرات الكربون فردية. 2 ـ الصيغة العامة[CnH2n]. 5 ـ يعزى النشاط الكيميائي في الأوليفينات إلى وجود عدم تشبع ممثلاً في الرابطة المزدوجة ويسعى الجزيء إلى أن يصل إلى حالة التشبع باتحاده بالإضافة. 6 ـ من أهم خصائص التفاعلات في الأوليفينات أنها تتم بالإضافة وليست بالاستبدال كما هو الحال في البارافينات والإضافة هنا عبارة عن إضافة جزيء أي ذرتين. 2 ـ الأسيتيلينات (الألكانيات) 1 ـ الروابط يحتوي كل مركب فيها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون وباقي الروابط بين الكربون فردية. 2 ـ الصيغة العامة CnH2n-2.
| نوع المركب | نوع الروابط | التفاعل مع الهالوجينات |
| البارافينات | فردية | تتفاعل فقط بالاستبدال ـ لأنها مشبعة |
| الأوليفينات | زوجية | تتفاعل بالإضافة في الظروف العادية (غير مشبعة) |
| الاستيلينات | ثلاثية | تتفاعل بالإضافة ـ كما تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات |
وبناءً على ما سبق يمكن تقسيم المركبات الهيدروكربونية كالتالي:
أنواع التفاعلات العضوية
تشتمل التفاعلات العضوية التي تحدث بين روابط ذرات الكربون على ما يلي:
(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:
(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:
(2) تفاعلات الإضافة Addition Reactions وتشمل إضافة جزيء إلى آخر غير مشبع كما في المثال التالي:
(3) تفاعلات الحذف Elimination Reactions وفيها تحذف ذرتان أو مجموعتان من ذرتي كربون متجاورتين مثل انتزاع جزيء ماء من الإيثانول ليتكون الإيثين.
بلّورة Crystal
إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم لِتُكَوِّن ترتيباً ثابتاً، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ويصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline state. فالبلورة جسم صلب متجانس تحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة، والأسطح المستوية التي تحد البلورة هي الأوجه البلورية، وهي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم لأية مادة متبلورة. وتوجد المواد المتبلورة في الطبيعة إما في حالة بلورات منفردة أو مجموعات بلورية crystalline aggregates.
تواريخ هامة في الكيمياء
ق.متعلم الإنسان صنع البرونز
القرن الخامس عشر قبل الميلادقدم ديموقريطس نظرية الذرة
القرن السابع الميلاديبدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب اوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي
القرن الخامس عشر قبل الميلادقدم ديموقريطس نظرية الذرة
القرن السابع الميلاديبدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب اوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي
أوائل القرن الثامن عشر الميلاديطور جورج أيرنست ستال نظرية اللاهوب
في الخمسينيات من القرن الثامن عشرالميلادي تعرف جوزيف بلاك على ثاني أكسيد الكربون
في السبعينات من القرن الثامن عشرالميلادي اكتشف كارل شيل وجوزيف بريستلي الأكسجين
أواخر القرن الثامن عشر الميلاديعرف أنطوان لافوازيه قانون حفظ الكتلة وافتراض نظرية الأكسجين في الاحتراق
أوائل القرن التاسع عشر الميلادياستطاع جونز جاكوب … حساب الأوزان الذرية بدقة لعدد من العناصر
الخمسينيات من القرن العشرينبدأ علماء الكيمياء الحيوية يكتشفون أن الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (د ن أ) والحمض النووي الريبي (ر ن أ) يؤثران على الوراثة
أوائل الثمانينيات من القرن العشرينبدأ الكيميائيون في تطوير جهاز يدار بالطاقة الشمسية لإنتاج وقود الهيدروجين بواسطة التحليل الكيميائي للماء 800 محضر جابر بن حيان لأول مرو حمض الكبريتيك بالتقطير من الشب, واكتشف الصودا الكاوية 805 مأدخل الكيميائيون العرب المنهج التجريبي في العلوم التطبيقية وعلى رأسها الكيمياء 1766 ماكتشف هنري كافندش الهيدروجين 1803 مأعلن جون دالتون نظريته الذرية 1811 مقرر إميديو أفوجادرون أن الحجوم المتساوية لجميع الغازات تحت نفس الضغط والحرارة تحتوي على اعداد متساوية من الجسيمات 1828 ماستطاع فريدريك فولر تحضير أول مادة عضوية … من مواد غير عضوية 1856 محضر السير وليم هنري بير كن اول صبغة مصنعة .. 1869 ماكتشف دمتري مندليف ويوليوس لوثر ماير القانون . 1910 مسجل فريتز هابر براءة اختراع طريقة لإنتاج النشادر المصنعة 1913 ماقترح نيلز بور نظريته الذرية 1916 موصف جليبرت ن. لويس الروابط الإلكترونية بين الذرات
عدد التأكسد
والجدول التالي يوضح أعداد التأكسد الشائعة لبعض العناصر
قواعد أعداد الأكسدة:
1- إن عدد الأكسدة للعناصر النقية، هو دائماً صفر. فعدد الأكسدة لكل من H2 وَNa هو صفر.
1- إن عدد الأكسدة للعناصر النقية، هو دائماً صفر. فعدد الأكسدة لكل من H2 وَNa هو صفر.
ما عدا في فوق الأكاسيد (Peroxides) ) (مثل:H2O2 وَ BaO2) فهو -1.
وما عدا عند اتحاده مع الفلور لتكوين F2O فهو +2.
ما عدا مركباته مع الفلزات لتكوين الهيدريدات (hydrides) مثل:NaH وَ CaH2 فهو-1.
قوى الترابط بين الجزئيات
تمثل الروابط الأيونية والتساهمية القوى التي تربط بين الذرات في البلورة أو في الجزيء وتتحكم هذه الروابط في الصفات الكيمائية للمواد, كما توجد قوى روابط أخرى بين الجزيئات تحدد الخواص الفيزيائية للمركبات. وكان أول من أكتشف هذه القوى العالم (فان درفالس) واستطاع أن يفسر بها حيود الغازات عن السلوك المثالي طبقاً للنظرية الحركية للغازات. وهناك ثلاثة أنواع معروفة من هذه القوى :
(1) قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب :
(2) قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن) :
(3) الرابطة الهيدروجينية:
(1) قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب :
(2) قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن) :
(3) الرابطة الهيدروجينية:
قوى التجاذب بين الجزيئات ثنائية القطب
عند اقتراب الجزيئات ثنائية القطب مثل CI : H بعضها من بعض, تظهر تأثيرات متبادلة بينها, وينتج هذا من مواجهة القطب الموجب للجزيئات للقطب السالب لجزيئات اخرى مما يؤدي إلى ظهور قوى تجاذب كهربائي بين الأقطاب غير المتشابهة. وهذه القوى تكون أضعف من قوى التجاذب الكهربائي في الرابطة الأيونية, وعلى الرغم من ضعفها فهي تؤدي إلى تماسك الجزيئات القطبية معا مما يؤدي إلى ارتفاع درجة غليانها.
قوى التجاذب بين الجزيئات غير القطبية (قوى لندن)
هي قوى تجاذب ضعيفة توجد بين الجزيئات غير القطبية نتيجة لحركة الإلكترونات العشوائية فيها حيث يفقد الجزيء في لحظة معينة انتظام توزيع الإلكترونات على سطحه فيصبح قطبياً. يؤثر الجزيء القطبي على جزىء مجاور له فينتج عليه بالتأثير شحنة مخالفة لشحنته, فيتولد بين الجزيئين قوى تجاذب لحظية ضعيفة لا تدوم طويلاً وسرعان ما تختفي, وتعرف قوى لندن بأنها قوى تجاذب ضعيفة بين الجزيئات غير القطبية تتولد لحظياً عندما يتغير انتظام توزيع الشحنات الكهربائية بين بعض هذه الجزيئات.
تبلغ قيمة هذه القوى في المواد الصلبة من 1/20 إلى 1/10 من قيمة الرابطة الأيونية – أو التساهمية وهي ضعيفة أيضاً في السوائل. وتوجد هذه القوى بين جزيئات الغازات النبيلة وكذلك في الهالوجينات التي ترتفع درجة غليانها بزيادة كتلتها الجزيئية.
تبلغ قيمة هذه القوى في المواد الصلبة من 1/20 إلى 1/10 من قيمة الرابطة الأيونية – أو التساهمية وهي ضعيفة أيضاً في السوائل. وتوجد هذه القوى بين جزيئات الغازات النبيلة وكذلك في الهالوجينات التي ترتفع درجة غليانها بزيادة كتلتها الجزيئية.
الرابطة الهيدروجينية
تنشأ الرابطة الهيدروجينية في الماء السائل والثلج، نتيجة لقوى التجاذب الكهربائي بين ذرة الهيدروجين في جزيء وذرة الأكسجين في جزيء آخر مجاور. ويكون لذرة الهيدروجين القدرة على تمركز نفسها بين ذرتي أكسجين ترتبط بإحداها بواسطة رابطة تساهمية قطبية، وبالأخرى بواسطة رابطة هيدروجينية.
توجد هذه الرابطة في المركبات التي تحتوي جزيئاتها على ذرة هيدروجين مرتبطة برابطة تساهمية مع ذرة أخرى ذات سالبية كهربائية عالية مثل الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين.
من أمثلة المركبات التي يوجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية. الأمونيا (NH3) وفلوريد الهيدروجين (HF) بالإضافة إلى الماء H2O.
وهذه الرابطة تكسب مركباتها خصائص فريدة، فمع أنها رابطة ضعيفة إلا أنها تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية للمركبات.
من أمثلة المركبات التي يوجد بين جزيئاتها روابط هيدروجينية. الأمونيا (NH3) وفلوريد الهيدروجين (HF) بالإضافة إلى الماء H2O.
وهذه الرابطة تكسب مركباتها خصائص فريدة، فمع أنها رابطة ضعيفة إلا أنها تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية للمركبات.
مقارنة بين خواص المركبات الأيونية والتساهمية
مميزات المركبات العضوية
1 ـ التركيب: جميعها تشترك في وجود عنصر الكربون كعنصر أساسي داخل في تركيبها.
2 ـ نوع الروابط: الروابط في المركبات العضوية روابط تساهمية ولذلك فمركباتها غالباً لا تتأين ولا توصل التيار الكهربي. 3 ـ الحساسية: شديدة الحساسية فتغير درجة الحرارة أو العامل المساعد في نواتج التفاعل. 4 ـ سرعة التفاعلات: بطيئة نسبياً لوجود الرابطة التساهمية. 5 ـ التماثل والتشابه الجزئي: تتشابه بعض المركبات في الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف عن بعضها في الصيغة البنائية. 6 ـ التعقد: يتركب الجزيء فيها غالباً من عدد بكير من الذرات بينما لا يوجد في المركبات غير العضوية مثبل هذا التجمع والعقد. 7 ـ الذوبان: معظمها لا يذوب في الماء والذي يذوب لا يتأين ـ ولكنها تذوب في الإيثير والكحول والبنزين.
2 ـ نوع الروابط: الروابط في المركبات العضوية روابط تساهمية ولذلك فمركباتها غالباً لا تتأين ولا توصل التيار الكهربي. 3 ـ الحساسية: شديدة الحساسية فتغير درجة الحرارة أو العامل المساعد في نواتج التفاعل. 4 ـ سرعة التفاعلات: بطيئة نسبياً لوجود الرابطة التساهمية. 5 ـ التماثل والتشابه الجزئي: تتشابه بعض المركبات في الصيغة الجزيئية ولكنها تختلف عن بعضها في الصيغة البنائية. 6 ـ التعقد: يتركب الجزيء فيها غالباً من عدد بكير من الذرات بينما لا يوجد في المركبات غير العضوية مثبل هذا التجمع والعقد. 7 ـ الذوبان: معظمها لا يذوب في الماء والذي يذوب لا يتأين ـ ولكنها تذوب في الإيثير والكحول والبنزين.
نماذج تصنيف العناصر
تجارب كيميائية
وضعنا كمية من كحول الإيثانول في وعاء، ثم أضفنا إليه قطعة من الصوديوم ووضعنا بالوناً على فوهة الوعاء، نلاحظ بعد قليل تصاعد فقاعات في الوعاء، إضافة إلى انتفاخ البالون مما يدل على تصاعد غاز، نتعرف عليه لاحقاً بطرق الكشف عن الغازات فيتبين لنا أنه غاز الهيدروجين
أكسدة الكحول الأولي إلى ألدهيد:
نسخن قطعة من النحاس حتى الإحمرار لنستخدمها كعامل مؤكسد، حيث يتأكسد النحاس فاقداً لونه الذهبي إلى لون أكسيده الأسود، بعد ذلك نقوم بغمسه في محلول كحول أولي (أيثانول) نلاحظ أن قطعة النحاس قد استعادت لونها الذهبي، مع تصاعد رائحة مميزة هي رائحة الألدهيد (أيثانال).
نستنتج أن الكحول الأولي يتأكسد إلى ألدهيد.
الكشف عن الألدهيدات:
الألدهيدات تختزل كاشف تولين الذي يحتوي على كاتيونات الفضة ويحولها إلى ذرات الفضة التي تترسب في صورة مرآة فضية، ويُستفاد من هذا التفاعل في عمل أنواع من المرايا، حيث يتم استخدام الميثانال لترسيب طبقة الفضة على الزجاج.
أكسدة الكحول الأولي إلى ألدهيد:
نسخن قطعة من النحاس حتى الإحمرار لنستخدمها كعامل مؤكسد، حيث يتأكسد النحاس فاقداً لونه الذهبي إلى لون أكسيده الأسود، بعد ذلك نقوم بغمسه في محلول كحول أولي (أيثانول) نلاحظ أن قطعة النحاس قد استعادت لونها الذهبي، مع تصاعد رائحة مميزة هي رائحة الألدهيد (أيثانال).
نستنتج أن الكحول الأولي يتأكسد إلى ألدهيد.
الكشف عن الألدهيدات:
الألدهيدات تختزل كاشف تولين الذي يحتوي على كاتيونات الفضة ويحولها إلى ذرات الفضة التي تترسب في صورة مرآة فضية، ويُستفاد من هذا التفاعل في عمل أنواع من المرايا، حيث يتم استخدام الميثانال لترسيب طبقة الفضة على الزجاج.
الخواص الأساسية لمكونات المخلوط:
المكونات: كمية من برادة الحديد ومسحوق الكبريت.
طريقة التحضير: امزج الكميتين فقط.
العمل: تقريب قضيب المغناطيس من برادة الحديد.
المشاهدة: عند تقريب قضيب المغناطيس تنجذب برادة الحديد.
الاستنتاج: مكونات المخلوط تحتفظ بخواصها الأساسية، لذلك يمكن فصل المواد المكونة له بالطرق الفيزيائية.
ملاحظة: برادة الحديد تنجذب باتجاه المغناطيس الخواص الأساسية لمكونات المركب:
المكونات: 7 جم من برادة الحديد مع 4 جم من مسحوق الكبريت.
طريقة التحضير: سخن المزيج في بوتقة لمدة 15 دقيقة.
العمل: تقريب قضيب المغناطيس من برادة الحديد.
المشاهدة: عند تقريب قضيب المغناطيس لا تنفصل برادة الحديد.
الاستنتاج: العناصر المكونة للمركب تفقد خواصها الأساسية، لذلك لا يمكن فصل المواد المكونة له بالطرق الفيزيائية.
تجربة تحضير كلوريد الصوديوم:
ينتج كلوريد الصوديوم عن اتحاد عنصري الكلور والصوديوم، نقوم أولاً بتسخين عينة من الصوديوم ثم ندخلها إلى وعاء زجاجي يحتوي على غاز الكلور حيث يحدث التفاعل ويتكون كلوريد الصوديوم.
مبادئ الفيزياء
مبادئ الفيزياء
الترانزستور
تمكّنت مختبرات شركة بل للهاتف، في ميوري هيلز في نيو جرزي بالولايات المتحدة، وبقيادة العالم وليم برادفورد شوكلي (1910 ـ ) بمفاجأة دنيا الإلكترونات بصمام ثلاثي الاقطاب يعتمد كلياً على المواد الصلبة، كتب له أن يقضي مع الزمن على سيطرة الصمامات الإلكترونية الخوائية.
نتيجة لهذا العمل، تتمتّع جميع اجزاء العالم اليوم بامكانية استعمال اجهزة راديو تعمل بالبطارية، نقالة وصغيرة الحجم وقليلة الكلفة.
الغرض منه تقويم وتكبير التيار المتردد.
نتيجة لهذا العمل، تتمتّع جميع اجزاء العالم اليوم بامكانية استعمال اجهزة راديو تعمل بالبطارية، نقالة وصغيرة الحجم وقليلة الكلفة.
الغرض منه تقويم وتكبير التيار المتردد.
تركيبه:
يتركب من ثلاث مناطق:
أ ـ الباعث وهو المنطقة التي القاعدة بحاملات الشحنة (ثقوب موجبة أو إلكترونات حرة) .
ب ـ القاعدة وهي المنطقة التي تقع بين الباعث والمجمع وسمكها صغير جداً بالنسبة لهما كما أن درجة تركيز الشوائب بها تقل كثيراً فيهما. ونظراً لرقتها ونقص شوائبها فإنها تمرر معظم حاملات الشحنة التي تصلها من الباعث إلى المجمع، وبذلك لا يقل تيار المجمع عن تيار الباعث إلا قليلاً.
ج ـ المجمع وهو المنطقة التي تجمع حاملات الشحنة القادمة من القاعدة.
نوعا الترانزستور:
أ ـ نوع (س. م. س) .
وفيه يكون الباعث والمجمع من شبه موصل سالب النوع وتكون القاعدمن شبه موصل موجب النوع.
ب ـ نوع (م. س. م) .
وفيه يكون الباعث والمجمع من شبه موصل موجب النوع وتكون القاعدة منم شبه موصل سالب النوع.
9 ـ تصنع قاعدة الترانزستور رقيقة جداً ويوضع بها نسبة قليلة جداً من الشوائب حتى تمرّر معظم الشحنات من الباعث إلى المجمع.
10 ـ يجب أن توصل القاعدة مع الباعث توصيلاً أمامياً ويوصل المجمع مع الباعث توصيلاً عكسياً حتى تمر الشحنات من الباعث إلى القاعدة إلى المجمع
1 ـ تنقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل التيار الكهربي إلى ثلاثة أقسام:
1 ـ مواد جيدة التوصيل: ـ مثل المعادن كالنحاس والفضة والرصاص.
(أ) يرجع جودة توصيلها للكهربية لاحتوائها على إلكترونات حرة بأعداد وفيرة.
(ب) تزداد مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة.
2 ـ مواد عازلة مثل الزجاج والمطاط والبلاستيك، ترجع عدم توصيلها للكهرباء لعدم احتوائها على إلكترونات حرة.
3 ـ أشباه الموصلات مثل الجرمانيوم والسيليكون.
أ ـ هي مواد ليست جيدة التوصيل للكهرباء كالموصلات وليست عازلة تماماً كالعازلات ولكن قدرتها على التوصيل تحتل موقعاً متوسطاً بينهما.
ب ـ ترتبط ذراتها بعضها ببعض في البلورة بروابط تساهمية.
ج ـ تقل مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة حيث تكون الطاقة الحرارية كافية لكسر بعض هذه الروابط وتحرير بعض الإلكترونات.
د ـ تعتمد في خواصها الكهربية على ما يضاف إليها من شوائب.
1 ـ مواد جيدة التوصيل: ـ مثل المعادن كالنحاس والفضة والرصاص.
(أ) يرجع جودة توصيلها للكهربية لاحتوائها على إلكترونات حرة بأعداد وفيرة.
(ب) تزداد مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة.
2 ـ مواد عازلة مثل الزجاج والمطاط والبلاستيك، ترجع عدم توصيلها للكهرباء لعدم احتوائها على إلكترونات حرة.
3 ـ أشباه الموصلات مثل الجرمانيوم والسيليكون.
أ ـ هي مواد ليست جيدة التوصيل للكهرباء كالموصلات وليست عازلة تماماً كالعازلات ولكن قدرتها على التوصيل تحتل موقعاً متوسطاً بينهما.
ب ـ ترتبط ذراتها بعضها ببعض في البلورة بروابط تساهمية.
ج ـ تقل مقاومتها بارتفاع درجة الحرارة حيث تكون الطاقة الحرارية كافية لكسر بعض هذه الروابط وتحرير بعض الإلكترونات.
د ـ تعتمد في خواصها الكهربية على ما يضاف إليها من شوائب.
4 ـ يمكن جعل بلورة الجرمانيوم موصلة للكهرباء بطريقتين:
أ ـ رفع درجة الحرارة.
ب ـ إضافة شوائب إلى البللورة النقية.
أولاً: رفع درجة الحرارة:
أ ـ في درجات الحرارة المنخفضة تكون الإلكترونات شديدة الإرتباط بذرات الجرمانيوم ويصعب تحريرها لذا تكون البلورة رديئة التوصيل للكهربية وتكون عازلة تماماً عند درجة الصفر المطلق.
ب ـ عند رفع درجة حرارة الجرمانيوم تصبح الطاقة الحرارية كافية لكسر بعض الروابط فتحرر بعض الإلكترونات وتصبح البلورة موصلة للكهربية، أي أن أشباه الموصلات تتميز بزيادة قدرتها على التوصيل الكهربي إرتفاع درجة الحرارة.
ثانياً: إضافة شوائب إلى البللورة النقية:
تزداد درجة التوصيل الكهربي لذرات الجرمانيوم في البلورة بإضافة نسبة قليلة جداً من بعض الشوائب إليها. وهذه الشوائب على نوعين مثل شائبة من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ وشائبة من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الألومنيوم.
5 ـ يعتمد التوصيل الكهربي في الجرمانيوم النقي الساخن على حركة كل من الإلكترونات والثقوب الموجبة.
6 ـ نحصل على الجرمانيوم الموجب النوع باستخدام شائبة ثلاثية التكافؤ مثل الألومنيوم تسمى شائبة متقبلة، وتعمل على إحداث ثقوب موجبة ويتم التوصيل الكهربي في البلورة نتيجة لحركة هذه الثقوب الموجبة.
7 ـ نحصل على الجرمانيوم السالب النوع باستخدام شائبة خماسية التكافؤ مثل الزرنيخ تسمى شائبة معطية، وتعمل على تواجد إلكترونات حرة ويتم التوصيل الكهربي في البلورة نتيجة لحركة الإلكترونات الحرّة.
8 ـ مقارنة بين الجرمانيوم السالب والجرمانيوم الموجب.
|
الجرمانيوم السالب
|
الجرمانيوم الموجب
|
|
البلورة تحتوي على شائبة من عنصر خماسي التكافؤ مثل الزرنيخ
|
البلورة تحتوي على شائبة من عنصر ثلاثي التكافؤ مثل الألومنيوم
|
|
تعمل شائبة الزرنيخ على تواجد إلكترونات حرة في التشابك البلوري
|
تعمل شائبة الألومنيوم على إحداث ثقوب موجبة في التشابك البلوري
|
|
يعتمد التوصيل الكهربي فيه على الإلكترونات الحرة
|
يعتمد التوصيل الكهربي فيه على الثقوب الموجبة
|
ـ تسمى شائبة الزرنيخ شائبة معطية لأنها تعمل على تواجد
الإلكترونات الحرة. وتسمى بلورة الجرمانيوم التي تحتوي على شوائب من الزرنيخ بلورة من النوع السالب، وذلك لأن التوصيل الكهري يتم فيها عن طريق الإلكترونات. وتكون البلورة من النوع السالب متعادلة كهربياً لأن الشحنات الموجبة لذرات الزرنيخ تتعادل مع الشحنات السالبة للإلكترونات المتحررة منه.
10 ـ تسمى شائبة الألومنيوم شائبة متقبلة لأنها تعمل على إحداث ثقوب موجبة في التشابك البلوري. وتسمى بلورة الجرمانيوم التي تحتوي على شوائب من الألومنيوم بلورة من النوع الموجب وذلك لأن التوصيل الكهربي يتم فيها عن طريق الثقوب الموجبة. تكون البلورة من النوع الموجب متعادلة كهربياً لأن الشحنات الموجبة للفجوات تساوي الشحنات السالبة لذرات المادة المتقبلة (الألومنيوم) .
أشهر التحويلات الفيزيائية
أشهر الثوابت
الاستفادة من النظائر المشعة في الحياة
ـ التخلص من الشحنات الكهربية التي تنشأ على سطوح الأجسام نتيجة للاحتكاك عند تصنيعها، كما في مصانع النسيج والورق.
2 ـ تحديد سمك الأجسام كما في مصانع الورق والبلاستيك والأشرطة المعدنية.
3 ـ في الصناعات الكيميائية:
(أ) تساعد في إتمام عملية البلمرة التي يتكون فيها مركبات معقدة من مركبات بسيطة.
(ب) زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية البطيئة.
4 ـ في الصناعات الغذائية:
(أ) تعقيم المواد الغذائية بعد تعليبها (وهي الطريقة الباردة للتعقيم) .
(ب) قتل الأطوار المعدية لبعض الديدان التي توجد في أجسام الحيوانات، مثل الطور المعدي للدودة الشريطية التي توجد في لحوم الأبقار.
(ح) قتل الحشرات وأطوارها الموجودة في الحبوب والبذور قبل تخزينها.
5 ـ في الطب:
(أ) علاج الأورام السرطانية.
(ب) علاج الغدة الدرقية.
(ح) الكشف عن مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين في الجسم.
(ء) تعقيم الأدوات الطبية والأدوية.
(هـ) الكشف عن الكسور في العظام.
6 ـ قياس الزمن:
يستخدم الكربون المشع ك وفترة نصف عمره (5760 سنة) في قياس الزمن لعدة آلاف من السنين، كما يستخدم اليورانيوم والثوريوم في قياس الزمن لعدة ملايين من السنين.
7 ـ تتبع المواد المشعة داخل الأجسام:
باستقبال الإشعاعات الصادرة منها بواسطة بعض الأجهزة مثل عداد جيجر أو جهاز السنتلوميتر، وتستخدم هذه الحقيقة فيما يأتي:
(أ) معرفة مواضع الكسور في الأنابيب المدفونة تحت سطح الأرض والتي تقوم بتوصيل سائل أو غاز.
(ب) معرفة مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين ومواضع الكسور في العظام.
(ح) في الأبحاث البيولوجية.
كيفية التعرف إلى موضع كسر في أنبوبة تنقل البترول مدفونة تحت سطح الأرض.
يضاف إلى البترول عند محطة الإرسال كمية ضئيلة من عنصر مشع ضعيف الإشعاعات وفترة نصف عمره قصيرة، ثم نتتبع سير المادة المشعة بأحد الأجهزة مثل عداد جيجر. وعندما تتسرب المادة المشعة من موضع الكسر يمكن استقبال الأشعة الصادرة منها وتحديد الموضع وإصلاحه.
2 ـ تحديد سمك الأجسام كما في مصانع الورق والبلاستيك والأشرطة المعدنية.
3 ـ في الصناعات الكيميائية:
(أ) تساعد في إتمام عملية البلمرة التي يتكون فيها مركبات معقدة من مركبات بسيطة.
(ب) زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية البطيئة.
4 ـ في الصناعات الغذائية:
(أ) تعقيم المواد الغذائية بعد تعليبها (وهي الطريقة الباردة للتعقيم) .
(ب) قتل الأطوار المعدية لبعض الديدان التي توجد في أجسام الحيوانات، مثل الطور المعدي للدودة الشريطية التي توجد في لحوم الأبقار.
(ح) قتل الحشرات وأطوارها الموجودة في الحبوب والبذور قبل تخزينها.
5 ـ في الطب:
(أ) علاج الأورام السرطانية.
(ب) علاج الغدة الدرقية.
(ح) الكشف عن مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين في الجسم.
(ء) تعقيم الأدوات الطبية والأدوية.
(هـ) الكشف عن الكسور في العظام.
6 ـ قياس الزمن:
يستخدم الكربون المشع ك وفترة نصف عمره (5760 سنة) في قياس الزمن لعدة آلاف من السنين، كما يستخدم اليورانيوم والثوريوم في قياس الزمن لعدة ملايين من السنين.
7 ـ تتبع المواد المشعة داخل الأجسام:
باستقبال الإشعاعات الصادرة منها بواسطة بعض الأجهزة مثل عداد جيجر أو جهاز السنتلوميتر، وتستخدم هذه الحقيقة فيما يأتي:
(أ) معرفة مواضع الكسور في الأنابيب المدفونة تحت سطح الأرض والتي تقوم بتوصيل سائل أو غاز.
(ب) معرفة مواضع الأورام الخبيثة في الجسم ومناطق ضيق الشرايين ومواضع الكسور في العظام.
(ح) في الأبحاث البيولوجية.
كيفية التعرف إلى موضع كسر في أنبوبة تنقل البترول مدفونة تحت سطح الأرض.
يضاف إلى البترول عند محطة الإرسال كمية ضئيلة من عنصر مشع ضعيف الإشعاعات وفترة نصف عمره قصيرة، ثم نتتبع سير المادة المشعة بأحد الأجهزة مثل عداد جيجر. وعندما تتسرب المادة المشعة من موضع الكسر يمكن استقبال الأشعة الصادرة منها وتحديد الموضع وإصلاحه.
الاندماج النووي
هو تفاعل يتم فيه اندماج نوى خفيفة لتكوين نوى أثقل ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لقانون آينشتين.
الوقود الاندماجي:
الوقود الاندماجي هو نظائر الهيدروجين وهو الديوتيريوم (يد) والتريتيوم (يد) ونظار الليثيوم (لث، لث) . ويحلظ أن الوقود الاندماجي يطلق عليه اسم الوقود الكوني لأنه موجود في النجوم.
مصادره:
1 ـ: الديوتيريوم (يد) يوجد في الماء الثقيل الذي يوجد في مياه البحار والمحيطات تكفي لإمداد البشرية بالطاقة لعدة ملايين من السنين. لذا فإن الديوتيريوم هو وقود المستقبل.
2 ـ التريتيوم (يد) وهو نادر الوجود ويحضر صناعياً بقذف الديوتيريم بالنيوترونات، وقذف البريليوم والليثيوم والبورون بالنيوترونات السريعة.
3 ـ نظائر الليثيوم توجد في الطبيعة.
الشروط اللازمة للاندماج النووي:
1 ـ رفع درجة حرارة الذرات إلى ملايين الدرجات المئوية لتتحول إلى حالة البلازما، وهي الحالة التي تظهر فيها النوى سابحة في وسط من الإلكترونات.
2 ـ استخدام ضغط كبير جداً يصل إلى مليارات الضغوط الجوية لتتغلب النوى على قوة التنافر بينها فتقترب النوى بعضها من بعض حتى يدخل كل منها في منطقة جذب الآخر فيحدث الاندماج النووي.
الوقود الاندماجي:
الوقود الاندماجي هو نظائر الهيدروجين وهو الديوتيريوم (يد) والتريتيوم (يد) ونظار الليثيوم (لث، لث) . ويحلظ أن الوقود الاندماجي يطلق عليه اسم الوقود الكوني لأنه موجود في النجوم.
مصادره:
1 ـ: الديوتيريوم (يد) يوجد في الماء الثقيل الذي يوجد في مياه البحار والمحيطات تكفي لإمداد البشرية بالطاقة لعدة ملايين من السنين. لذا فإن الديوتيريوم هو وقود المستقبل.
2 ـ التريتيوم (يد) وهو نادر الوجود ويحضر صناعياً بقذف الديوتيريم بالنيوترونات، وقذف البريليوم والليثيوم والبورون بالنيوترونات السريعة.
3 ـ نظائر الليثيوم توجد في الطبيعة.
الشروط اللازمة للاندماج النووي:
1 ـ رفع درجة حرارة الذرات إلى ملايين الدرجات المئوية لتتحول إلى حالة البلازما، وهي الحالة التي تظهر فيها النوى سابحة في وسط من الإلكترونات.
2 ـ استخدام ضغط كبير جداً يصل إلى مليارات الضغوط الجوية لتتغلب النوى على قوة التنافر بينها فتقترب النوى بعضها من بعض حتى يدخل كل منها في منطقة جذب الآخر فيحدث الاندماج النووي.
الانشطار النووي
الانشطار النووي هو تفاعل يتم فيه انشطار نواة ثقيلة إلى نواتين متقاربتين في الكتلة ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لقانون آينتشين.
الوقود الانشطاري هو اليورانيوم 235 والبلوتونيوم.
الوقود الانشطاري هو اليورانيوم 235 والبلوتونيوم.
مصادره:
1 ـ اليورانيوم 235 ويوجد في الطبيعة مختلطاً مع نظائره وأهمها اليورانيوم 238 بنسبة 1: 140 وزناً.
2 ـ البلوتونيوم وهو لا يوجد في الطبيعة ويحضر صناعياً في المفاعلات النووية من اليورانيوم 238.
1 ـ اليورانيوم 235 ويوجد في الطبيعة مختلطاً مع نظائره وأهمها اليورانيوم 238 بنسبة 1: 140 وزناً.
2 ـ البلوتونيوم وهو لا يوجد في الطبيعة ويحضر صناعياً في المفاعلات النووية من اليورانيوم 238.
التفاعل المتسلسل:
هو التفاعل الذي يتم في كتلة معينة من اليورانيوم (235) أو البلوتونيوم عند قذفها بنيوترون فيشطر إحدى النوى ويخرج نيوترونات أو ثلاثة تشطر نوى أخرى فيزداد عدد النيوترونات الناتجة وبالتالي عدد النوى المنشطرة تدريجياً حتى يتم شطر كل نوى الكتلة المعينة وتنطلق طاقة هائلة.
شروط إتمام التفاعل المتسلسل في اليورانيوم:1 ـ أن يكون اليورانيوم 235 نقياً وخالياً من اليورانيوم 238 الذي يأسر النيوترونات السريعة الناتجة من انشطار اليورانيوم 235 فلا يتم التفاعل المتسلسل.
2 ـ أن تكون كمية اليورانيوم ذات حجم لا يسمح بهروب النيوترونات ويحتفظ بها داخل كتلة اليورانيوم ليستمر التفاعل المتسلسل ويعرف هذا الحجم بالحجم الحرج.
الحجم الحرج:
هو الحجم المناسب لكتلة معينة من مادة قابلة للانشطار مثل (يو أو بلو) التي إذا بدأ بها تفاعل انشطاري فإنه يستمر تلقائياً في جميع نوى هذه الكتلة.
هو التفاعل الذي يتم في كتلة معينة من اليورانيوم (235) أو البلوتونيوم عند قذفها بنيوترون فيشطر إحدى النوى ويخرج نيوترونات أو ثلاثة تشطر نوى أخرى فيزداد عدد النيوترونات الناتجة وبالتالي عدد النوى المنشطرة تدريجياً حتى يتم شطر كل نوى الكتلة المعينة وتنطلق طاقة هائلة.
شروط إتمام التفاعل المتسلسل في اليورانيوم:1 ـ أن يكون اليورانيوم 235 نقياً وخالياً من اليورانيوم 238 الذي يأسر النيوترونات السريعة الناتجة من انشطار اليورانيوم 235 فلا يتم التفاعل المتسلسل.
2 ـ أن تكون كمية اليورانيوم ذات حجم لا يسمح بهروب النيوترونات ويحتفظ بها داخل كتلة اليورانيوم ليستمر التفاعل المتسلسل ويعرف هذا الحجم بالحجم الحرج.
الحجم الحرج:
هو الحجم المناسب لكتلة معينة من مادة قابلة للانشطار مثل (يو أو بلو) التي إذا بدأ بها تفاعل انشطاري فإنه يستمر تلقائياً في جميع نوى هذه الكتلة.
البصريات
دراسة الضوء تسمى البصريات, ولها فرعان كبيران: البصريات الفيزيائية والبصريات الهندسية.
يدرس الفيزيائيون في البصريات الفيزيائية طبيعة الضوء والعمليات الفيزيائية التي تتسبب في انطلاقه من الأجسام وانتقاله من مكان إلى آخر. أما البصريات الهندسية فهي دراسة كيفية انتقال الضوء وتأثير المواد المختلفة في اتجاه انتقاله. مثل هذه الدراسة مهمة لفهم تطبيقات مثل العدسات والمرايا التي تستخدم في المناظير الفلكية والمجاهر والنظارات.
وهناك فرع جديد في علم البصريات ظهر في نهاية السبعينات هو البصريات اللاخطية. فمع تطور أشعة الليزر أمكن الحصول على أنواع منها ذات شدة عالية وذات ترابط عال بين فوتوناتها. وتحدث هذه الأنواع عند سقوطها على الأوساط الشفافة تغييراً في الخصائص الضوئية لهذه الأوساط، كمعاملات الانكسار، والامتصاص، والاستقطاب، ويطلق على الفرع الذي يتناول هذه الخصائص الضوئية الحديثة البصريات اللاخطية، وتسمى هذه الخصائص الظواهر الضوئية اللاخطية.
وأهم الظواهر الضوئية اللاخطية هي: ثنائية الاستقرار الضوئي، وانعكاسية الفعل، واسترجاع صور الأشياء في ماضيها باستخدام مرايا اقتران طور الموجات.
يدرس الفيزيائيون في البصريات الفيزيائية طبيعة الضوء والعمليات الفيزيائية التي تتسبب في انطلاقه من الأجسام وانتقاله من مكان إلى آخر. أما البصريات الهندسية فهي دراسة كيفية انتقال الضوء وتأثير المواد المختلفة في اتجاه انتقاله. مثل هذه الدراسة مهمة لفهم تطبيقات مثل العدسات والمرايا التي تستخدم في المناظير الفلكية والمجاهر والنظارات.
وهناك فرع جديد في علم البصريات ظهر في نهاية السبعينات هو البصريات اللاخطية. فمع تطور أشعة الليزر أمكن الحصول على أنواع منها ذات شدة عالية وذات ترابط عال بين فوتوناتها. وتحدث هذه الأنواع عند سقوطها على الأوساط الشفافة تغييراً في الخصائص الضوئية لهذه الأوساط، كمعاملات الانكسار، والامتصاص، والاستقطاب، ويطلق على الفرع الذي يتناول هذه الخصائص الضوئية الحديثة البصريات اللاخطية، وتسمى هذه الخصائص الظواهر الضوئية اللاخطية.
وأهم الظواهر الضوئية اللاخطية هي: ثنائية الاستقرار الضوئي، وانعكاسية الفعل، واسترجاع صور الأشياء في ماضيها باستخدام مرايا اقتران طور الموجات.
البيتاترون
الإستخدام: يستخدم البيتاترون في تعجيل الإلكترونات، أي جعل سرعتها كبيرة جداً باستخدام مجال مغناطيسي متردد، ثم توجّه بعد ذلك إلى هدف من البلاتين لتوليد أشعة سينية ذات طاقة عالية تستخدم في الأبحاث النووية.
نظرية عمله:
تعتمد فكرة التعجيل على تغيّر شدة المجال المغناطيسي المتردد حيث تزداد شدته تدريجياً من صفر إلى نهاية عظمى في الربع الأول من ذبذبة التيار. وفي هذه الأثناء تكتسب الإلكترونات سرعة وطاقة متزايدة تصل إلى أقصاها في نهاية ربع الذبذبة. أي في زمن قدره 1/240 من الثانية. وعندها توجه نحو سلك من البلاتين لتصطدم به فتتولد أشعة سينية ذات طاقة عالية تستخدم في إحداث تفاعلات نووية.
الجهاز الذي يعجل الإلكترونات هو البيتاترون.
نظرية عمله:
تعتمد فكرة التعجيل على تغيّر شدة المجال المغناطيسي المتردد حيث تزداد شدته تدريجياً من صفر إلى نهاية عظمى في الربع الأول من ذبذبة التيار. وفي هذه الأثناء تكتسب الإلكترونات سرعة وطاقة متزايدة تصل إلى أقصاها في نهاية ربع الذبذبة. أي في زمن قدره 1/240 من الثانية. وعندها توجه نحو سلك من البلاتين لتصطدم به فتتولد أشعة سينية ذات طاقة عالية تستخدم في إحداث تفاعلات نووية.
الجهاز الذي يعجل الإلكترونات هو البيتاترون.
تركيب الجهاز:
يتركب كما في الشكل من:
1 ـ أنبوبة زجاجية على شكل حلقة مفرغة من الهواء موضوعة في مستوٍ أفقي بين قطبين متقابلين لمغناطيس كهربي قوي يعمل بتيار متردد تردده 60 هيرتز، أي أن اتجاه التيار وكذلك اتجاه المجال المغناطيسي يتغيّر كل 1/120 من الثانية.
2 ـ يوجد بداخل الأنبوبة فتيلة من التنجستن تعمل كمصدر للإلكترونات، كما يوجد أيضاً بداخل الأنبوبة سلك من البلاتين يعمل كهدف توجّه إليه الإلكترونات بعد تعجيلها فتصطدم به فتولد أشعة سينية ذات طاقة عالية.
يتركب كما في الشكل من:
1 ـ أنبوبة زجاجية على شكل حلقة مفرغة من الهواء موضوعة في مستوٍ أفقي بين قطبين متقابلين لمغناطيس كهربي قوي يعمل بتيار متردد تردده 60 هيرتز، أي أن اتجاه التيار وكذلك اتجاه المجال المغناطيسي يتغيّر كل 1/120 من الثانية.
2 ـ يوجد بداخل الأنبوبة فتيلة من التنجستن تعمل كمصدر للإلكترونات، كما يوجد أيضاً بداخل الأنبوبة سلك من البلاتين يعمل كهدف توجّه إليه الإلكترونات بعد تعجيلها فتصطدم به فتولد أشعة سينية ذات طاقة عالية.
التأثير البيولوجي للإشعاعات النووية
ـ سقوط الشعر واحتراق الجلد.
2 ـ وقف قدرة الخلايا على الانقسام.
3 ـ تقليل مناعة الجسم ضد الأمراض.
4 ـ الإصابة بالشيخوخة المبكرة وانخفاض فترة العمر.
5 ـ ضعف الوظائف الحيوية للخلايا.
6 ـ حدوث اضطرابات في الجهاز العصبي.
7 ـ إحداث طفرات وراثية، أي صفات وراثية جديدة في الأبناء لا توجد في الآباء.
8 ـ الإصابة بالسرطان عند التعرض للإشعاعات فترة طويلة.
العوامل التي يتوقف عليها الخطر الناتج من الإشعاعات:
1 ـ حساسية العضو المسلط عليه الإشعاع.
2 ـ قوة نفاذ الإشعاع.
3 ـ فترة نصف عمر المادة المشعة.
4 ـ قدرة الجسم على التخلص من المادة المشعة.
5 ـ إذا ركزت الجرعة المشعة على عضو واحد أو انتشرت على جميع الأعضاء.
6 ـ التأثير البيولوجي النسبي للإشعاع.
أعضاء الجسم الأكثر حساسية للإشعاعات النووية:
1 ـ الخلايا المكونة للدم في الطحال ونخاع العظام.
2 ـ الغدد اللعابية والجهاز الهضمي.
3 ـ النسيج المبطن للجلد وعدسة العين.
4 ـ الخلايا الجينية.
الجرعات المشعة القاتلة هي:
أ ـ 1000 رم إذا وصلت إلى الجسم تدريجياً.
ب ـ 400 رم إذا وصلت إلى الجسم مرة واحدة.
أقصى جرعة مشعة متراكمة = 5 (؟ ـ 18)
حيث (؟) هي عمر الإنسان.
2 ـ وقف قدرة الخلايا على الانقسام.
3 ـ تقليل مناعة الجسم ضد الأمراض.
4 ـ الإصابة بالشيخوخة المبكرة وانخفاض فترة العمر.
5 ـ ضعف الوظائف الحيوية للخلايا.
6 ـ حدوث اضطرابات في الجهاز العصبي.
7 ـ إحداث طفرات وراثية، أي صفات وراثية جديدة في الأبناء لا توجد في الآباء.
8 ـ الإصابة بالسرطان عند التعرض للإشعاعات فترة طويلة.
العوامل التي يتوقف عليها الخطر الناتج من الإشعاعات:
1 ـ حساسية العضو المسلط عليه الإشعاع.
2 ـ قوة نفاذ الإشعاع.
3 ـ فترة نصف عمر المادة المشعة.
4 ـ قدرة الجسم على التخلص من المادة المشعة.
5 ـ إذا ركزت الجرعة المشعة على عضو واحد أو انتشرت على جميع الأعضاء.
6 ـ التأثير البيولوجي النسبي للإشعاع.
أعضاء الجسم الأكثر حساسية للإشعاعات النووية:
1 ـ الخلايا المكونة للدم في الطحال ونخاع العظام.
2 ـ الغدد اللعابية والجهاز الهضمي.
3 ـ النسيج المبطن للجلد وعدسة العين.
4 ـ الخلايا الجينية.
الجرعات المشعة القاتلة هي:
أ ـ 1000 رم إذا وصلت إلى الجسم تدريجياً.
ب ـ 400 رم إذا وصلت إلى الجسم مرة واحدة.
أقصى جرعة مشعة متراكمة = 5 (؟ ـ 18)
حيث (؟) هي عمر الإنسان.
التراسل الضوئي
Optical Communication
Optical Communication
لعل أول فكرة لاستخدام الضوء لنقل المعلومات قبل تكنولوجيا الألياف البصرية كان في إرسال ومضات ضوئية أطلق عليها شفرة مورس Morse . وكان لاكتشاف الليزر الفضل في إمكان التراسل الضوئي خلال الألياف البصرية. ففي شبكة التليفونات العادية تتحول الموجات الصوتية التي تدخل إلى الميكروفون إلى نبضات كهربائية، وتنتقل هذه النبضات خلال الأسلاك النحاسية إلى سماعة، حيث تتحول ثانية إلى موجات صوتية. أما في نظام التراسل الضوئي فيتم تحويل الموجات الصوتية التي تصل إلى ميكروفون التليفون إلى إشارات كهربية تنتقل من خلال مُشَفِّر Encoder ـ أي مكوّن للشفرة ـ يحولها إلى نبضات كهربائية يتم بها تشغيل جهاز ليزر النبضات فينتقل الضوء على هيئة سلسة من النبضات الضوئية خلال الألياف البصرية. وعند نهاية الرحلة يلتقط كاشف الضوء هذه النبضات ويحوّلها ثانية إلى نبضات كهربائية تغذى قارىء الشفرة Decoder الذي يترجمها إلى إشارات كهربائية ينتج عنها ذبذبات في المُستَقْبل يتولد عنها موجات صوتية. وتتمتع الألياف البصرية بأفضلية أكيدة على الأسلاك النحاسية في أنها لا تسرِّب الضوء، في حين أنه يمكن تسريب المعلومات من الأسلاك النحاسية، كما تتخلص الألياف البصرية من التداخل بين الخطوط التليفونية، وبهذا توفر الأمان والحفاظ على سرية المعلومات ولا تسمح بالتصنت. ويستخدم في التراسل الضوئي ليزر Injection laser diode لكفاءته العالية وصغر حجمه وقدرته على التحمل. وبتوفر المكونات المطلوبة لنظم التراسل الضوئي أصبحت الآن تستخدم في التراسل بالصوت والصورة بين المباني والمركبات والوصلات بين أجهزة الكمبيوتر ومراكزه وشبكات الاتصالات العامة لخدمة الجمهور. وفي عام 1985 أعلنت المملكة المتحدة عن مشروع إقامة شبكة اتصالات ضوئية لخدمة الجمهور تُغطى المنطقة الوسطى من الجزيرة البريطانية، وتقدمت لتنفيذ المشروع الشركات المتخصصة بعد أن وصلت الصناعة إلى توفير متطلبات نظام التراسل الضوئي طبقاً لمواصفات قياسية لمكونات الشبكة.
التفاعلات النووية
هي التفاعلات التي تتم عند قذف نوى ذرات العناصر بجسيمات خاصة تعرف بالقذائف النووية.
أهميتها:
أهميتها:
1 ـ التفاعلات النووية هي الوسيلة لتحرير الطاقة المخزنة في النواة.
2 ـ الحصول على عناصر مشعة.
3 ـ الحصول على قذائف نووية.
أنواع التفاعلات النووية:
2 ـ الحصول على عناصر مشعة.
3 ـ الحصول على قذائف نووية.
أنواع التفاعلات النووية:
يمكن تقسيم التفاعلات النووية إلى قسمين:
أولاً: حسب نوع القذيفة:
1 ـ تفاعلات البروتون المعجل.
2 ـ تفاعلات الديترون المعجل.
3 ـ تفاعلات دقيقة ألفا.
4 ـ تفاعلات النيوترون.
5 ـ تفاعلات الفوتونات.
6 ـ تفاعلات الأيونات الثقيلة.
أولاً: حسب نوع القذيفة:
1 ـ تفاعلات البروتون المعجل.
2 ـ تفاعلات الديترون المعجل.
3 ـ تفاعلات دقيقة ألفا.
4 ـ تفاعلات النيوترون.
5 ـ تفاعلات الفوتونات.
6 ـ تفاعلات الأيونات الثقيلة.
ثانياً: حسب نوع التحول الناتج:
تفاعل الأسر:
وفيه تؤسر القذيفة بواسطة نواة الهدف وتخرج طاقة القذيفة بصورة فوتونات جاما.
تفاعل الجسيم جسيم:
وفيه تقذف نواة الهدف بقذيفة فيتبخر منها أحد الجسيمات مثل بروتون أو نيوترون أو دقيقة ألفا.
تفاعل انشطاري:
وفيه تنشطر نواة ثقيلة إلى نواتين متقاربتين في الكتلة ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة كبيرة وخروج بعض النيوترونات مثل تفاعل انشطار يو بواسطة نيوترونات بطيئة.
تفاعل اندماجي:
وفيه تندمج نواتين خفيفتين في نواة واحدة ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لقانون آينتشين، ومثال ذلك اندماج نظائر الهيدروجين وتكوين الهيليوم.
تفاعل تفتت:
ويحدث عند استعمال قذائف ذات طاقة عالية جداً، وفيه تنقسم النواة المركبة إلى عدة نوى صغيرة مختلفة عن بعضها في الكتلة.
تفاعل الأسر:
وفيه تؤسر القذيفة بواسطة نواة الهدف وتخرج طاقة القذيفة بصورة فوتونات جاما.
تفاعل الجسيم جسيم:
وفيه تقذف نواة الهدف بقذيفة فيتبخر منها أحد الجسيمات مثل بروتون أو نيوترون أو دقيقة ألفا.
تفاعل انشطاري:
وفيه تنشطر نواة ثقيلة إلى نواتين متقاربتين في الكتلة ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة كبيرة وخروج بعض النيوترونات مثل تفاعل انشطار يو بواسطة نيوترونات بطيئة.
تفاعل اندماجي:
وفيه تندمج نواتين خفيفتين في نواة واحدة ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لقانون آينتشين، ومثال ذلك اندماج نظائر الهيدروجين وتكوين الهيليوم.
تفاعل تفتت:
ويحدث عند استعمال قذائف ذات طاقة عالية جداً، وفيه تنقسم النواة المركبة إلى عدة نوى صغيرة مختلفة عن بعضها في الكتلة.
ملاحظات:
1 ـ النيوترون أحسن القذائف النووية لأحداث التفاعل النووي.
لأنه جسيم متعادل لا يعاني تنافراً مع النواة فيصل إليها بسهولة ويحدث التفاعل بأقل الطاقات.
2 ـ الديترون أكفأ قذيفة نووية موجبة لإتمام التفاعل النووي.
لأن الديترون يتكون من بروتون ونيوترون يرتبطان برباط ضعيف. فعند قذف الديترون على نواة الهدف يمكن أن ينفصل البروتون عن النيوترون ويرتد بالتنافر بينما يصل النيوترون إلى النواة ويحدث التفاعل النووي.
1 ـ النيوترون أحسن القذائف النووية لأحداث التفاعل النووي.
لأنه جسيم متعادل لا يعاني تنافراً مع النواة فيصل إليها بسهولة ويحدث التفاعل بأقل الطاقات.
2 ـ الديترون أكفأ قذيفة نووية موجبة لإتمام التفاعل النووي.
لأن الديترون يتكون من بروتون ونيوترون يرتبطان برباط ضعيف. فعند قذف الديترون على نواة الهدف يمكن أن ينفصل البروتون عن النيوترون ويرتد بالتنافر بينما يصل النيوترون إلى النواة ويحدث التفاعل النووي.
الجسيمات الأولية
Elementary Particles
Elementary Particles
(الجسيمات الأساسية (Fundamental Particles: اسم جامع للجسيمات تحت الذرية التي تتكون منها المادة. والجسيمات الأساسية بعضها مستقر (stable) وهي الفوتون (Photon) والإلكترون (Electron) والنيوترينو (Neutrino) والبروتون (Proton) والنيوترون (Neutron) المقيد داخل نواة الذرة، أما النيوترون الحر خارج النواة فهو جسيم غير مستقر. وقد اكتشفت مجموعات أخرى من الجسيمات حديثاً في الأشعة الكونية (Cosmic Radiation)، كما تم اكتشاف بعضها أثناء تجارب الطاقة العالية باستخدام معجلات الجسيمات عالية الطاقة.
ويمكن تصنيف الجسيمات الأساسية وفقاً لأسس مختلفة، مثل نوع التفاعلات التي تسهم فيها هذه الجسيمات. فالهادرونات (Hadrons)[أي الباريونات (Baryons) والميزونات (Mosons)]تدخل في التفاعلات القوية) Strong Interactions)، أما اللبتونات (Leptons) فتدخل فقط في التفاعلات الضعيفة (Weak Interactions)[إلا إذا كان اللبتون يحمل شحنة كهربائية فإنه يدخل في التفاعلات الكهرومغنطيسية) Electro-magnetic Interations)]. وتستقل الفوتونات كمجموعة منفردة بين مجموعات الجسيمات الأولية، ولقد اكتشفت في الستينات من هذا القرن مجموعة من الجسيمات التي تعتبر جسيمات أولية، إذ يعتقد أنها هي اللبنات الأولية التي تتكون منها المادة، تلك هي الكواركات. والفكرة الأساسية هي أن جميع الهادرونات يمكن أن تتكون من ثلاثة كواركات (انظر: الكوارك) . ويتوقف متوسط عمر الجسيم غير المستقر على ما إذا كان ينحل بتفاعل قوى (ويكون متوسط العمر حوالي 10 ـ 23 ثانية) أو بتفاعل كهرمغنطيسي (حوالي 10 ـ 16 ثانية) أو بتفاعل ضعيف (حوالي 10 ـ 6 ثانية إلى 10 ـ 10 ثانية) والوحدة التي تقدر بها كتلة الجسيم الأساسي هي كتلة السكون للإلكترون.
ويمكن تصنيف الجسيمات الأساسية وفقاً لأسس مختلفة، مثل نوع التفاعلات التي تسهم فيها هذه الجسيمات. فالهادرونات (Hadrons)[أي الباريونات (Baryons) والميزونات (Mosons)]تدخل في التفاعلات القوية) Strong Interactions)، أما اللبتونات (Leptons) فتدخل فقط في التفاعلات الضعيفة (Weak Interactions)[إلا إذا كان اللبتون يحمل شحنة كهربائية فإنه يدخل في التفاعلات الكهرومغنطيسية) Electro-magnetic Interations)]. وتستقل الفوتونات كمجموعة منفردة بين مجموعات الجسيمات الأولية، ولقد اكتشفت في الستينات من هذا القرن مجموعة من الجسيمات التي تعتبر جسيمات أولية، إذ يعتقد أنها هي اللبنات الأولية التي تتكون منها المادة، تلك هي الكواركات. والفكرة الأساسية هي أن جميع الهادرونات يمكن أن تتكون من ثلاثة كواركات (انظر: الكوارك) . ويتوقف متوسط عمر الجسيم غير المستقر على ما إذا كان ينحل بتفاعل قوى (ويكون متوسط العمر حوالي 10 ـ 23 ثانية) أو بتفاعل كهرمغنطيسي (حوالي 10 ـ 16 ثانية) أو بتفاعل ضعيف (حوالي 10 ـ 6 ثانية إلى 10 ـ 10 ثانية) والوحدة التي تقدر بها كتلة الجسيم الأساسي هي كتلة السكون للإلكترون.
الدفع
Propulsion
Propulsion
الدفع هو العلم الذي يختص بتوليد قوة يمكنها تحريك جسم ما. ويبنى الدفع مبدئياً على قانون نيوتن المثلث[قوانين نيوتن للحركة]القائل بأن لكل فعل رد فعل مساويا له في المقدار ومضاد له في الاتجاه. ومثل محرك الطائرة يوضح ذلك، فبينما يقوم المحرك. بزيادة كمية تحرك جزء من الهواء المحيط، وهو ما يصحبه أحياناً كارتفاع في ضغطه، تتولد قوة دفع على الطائرة في الاتجاه المضاد.
وتنقسم. أنظمة الدفع لمصدر الوسط الداسر (المسير) . فالمركبات التي تسير في وسط ما كالهواء (الطائرات) أو الماء (السفن والغواصات) عادة ما تستغل بعضاً من ذلك الوسط في توليد قوة الدفع بتغير كمية تحركه. أما المركبات التي تسبح في الفضاء الخارجي كسفن الفضاء فليس لها إلا أن تحمل معها زادها من الوسط الداسر وهو ما يشكل في الوقت نفسه الوقود الذي يسمى بالوقود الداسر.
وتختلف مصادر الطاقة اللازمة للدفع فعادة ما تصدر من التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء احتراق خليط من وقود ومؤكسد مثلما يحدث في أنظمة الدفع الكيميائية. وأكثر أنواع ذلك الوقود شيوعاً هو الذي ينتمي إلى سائله الهيدروكربرنات كالبنزين والكيروسين والمازوت. وتعتمد بعض أنظمة الدفع الكيميائية على الأوكسيجين المتوفر في الهواء الجوي ـ أنظمة متنفسة الهواء ـ كما في معظم محركات الطائرات، بينما تحمل أخرى مخزونها من المواد المؤكسدة ـ أنظمة غير متنقسة الهواء ـ كما في المحركات الصاروخية. وفي أحيان قليلة تؤالف بعض المحركات بين الطريقتين فتستغل ولو جزئياً الأكسيجين الجوى.
وتعتبر الطاقة النووية من مصادر الطاقة غير الشائعة في أنظمة الدفع، حيث يستعمل مائع في تبريد مفاعل نووى ممتص للحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار النووى. ويمكن استغلال ارتفاع طاقة هذا المائع مباشرة كوسط داسر أو غير مباشرة في إدارة تربين يدور بدورة الوحدة الدافعة النووية في حين لم تزل التطبيقات الطيرانية في مراحل التطوير.
ولعل النوع الثالث لمصادر الطاقة وهو الكهربائية هو أبعدها عن التطبيق في مجالات الدفع التقليدية[الدفع الأيونى، الدفع الاكترو ماجنتيك، الدفع المغنا هيدروديناميكى]بيد أنه ذو قيمة في آفاق التنقل بين الكواكب!.
ويهتم علم الدفع بتلبية الطلب على قوة الدفع (دفع) للجسم المتحرك. ويتباين ذلك الطلب بحسب طبيعة الحركة. حيث تحتاج تلك الحركة إلى التغلب على مقاومة الوسط المحيط وكذلك على القصور الذاتي للجسم وزيادة طاقة وضعه. ويختلف الطلب على قوة الدفع بتباين ظروف الأداء ما بين سرعات وارتفاعات وكذلك بحسب معدلات التغير فيهما. وبازدياد هذه التباينات فإن محركات الدفع تواجه تحدياً قاسياً لتلبية تلك المتطلبات مع الاحتفاظ بمعدلات كفاءة مرتفعة في الوقت نفسه.
وتقاس كفاءة المحركات عادة بمعدلات استهلاكها للوقود، فبالنسبة للمحركات التي تستعمل الهواء الجوى أو الماء المحيط بها كوسط داسر فإن كفاءة استهلاك الوقود تقاس بالاستهلاك النوعي للوقود، أما المحركات الصاروخية التي تحمل الوسط الداسر معها فإن الكفاءة المرادفة هي الدفع النوعي. غير أن كفاءة استهلاك الوقود ليست هي العامل الأوحد للحكم على مدى ملاءمة محرك ما لاداء المهمة المناطة به فيشمل ذلك عوامل أخرى كالوزن، الحجم، الثمن، تكاليف الصيانة وغيرها…
ويشمل نظام الدفع الأجزاء الخاصة بتوليد قوة الدفع، وهي المكون الرئيسي للمحرك، بالإضافة إلى أجزاء وأنظمة فرعية تعمل على خدمتها، كنظام التحكم ـ نظام تغذية الوقود ـ نظام التزييت ـ نظام التبريد ـ نظام البدء،… ويتناول الدفع أداء وتصميم وتشغيل وصيانة هذه الأنظمة.
وتنقسم. أنظمة الدفع لمصدر الوسط الداسر (المسير) . فالمركبات التي تسير في وسط ما كالهواء (الطائرات) أو الماء (السفن والغواصات) عادة ما تستغل بعضاً من ذلك الوسط في توليد قوة الدفع بتغير كمية تحركه. أما المركبات التي تسبح في الفضاء الخارجي كسفن الفضاء فليس لها إلا أن تحمل معها زادها من الوسط الداسر وهو ما يشكل في الوقت نفسه الوقود الذي يسمى بالوقود الداسر.
وتختلف مصادر الطاقة اللازمة للدفع فعادة ما تصدر من التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء احتراق خليط من وقود ومؤكسد مثلما يحدث في أنظمة الدفع الكيميائية. وأكثر أنواع ذلك الوقود شيوعاً هو الذي ينتمي إلى سائله الهيدروكربرنات كالبنزين والكيروسين والمازوت. وتعتمد بعض أنظمة الدفع الكيميائية على الأوكسيجين المتوفر في الهواء الجوي ـ أنظمة متنفسة الهواء ـ كما في معظم محركات الطائرات، بينما تحمل أخرى مخزونها من المواد المؤكسدة ـ أنظمة غير متنقسة الهواء ـ كما في المحركات الصاروخية. وفي أحيان قليلة تؤالف بعض المحركات بين الطريقتين فتستغل ولو جزئياً الأكسيجين الجوى.
وتعتبر الطاقة النووية من مصادر الطاقة غير الشائعة في أنظمة الدفع، حيث يستعمل مائع في تبريد مفاعل نووى ممتص للحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار النووى. ويمكن استغلال ارتفاع طاقة هذا المائع مباشرة كوسط داسر أو غير مباشرة في إدارة تربين يدور بدورة الوحدة الدافعة النووية في حين لم تزل التطبيقات الطيرانية في مراحل التطوير.
ولعل النوع الثالث لمصادر الطاقة وهو الكهربائية هو أبعدها عن التطبيق في مجالات الدفع التقليدية[الدفع الأيونى، الدفع الاكترو ماجنتيك، الدفع المغنا هيدروديناميكى]بيد أنه ذو قيمة في آفاق التنقل بين الكواكب!.
ويهتم علم الدفع بتلبية الطلب على قوة الدفع (دفع) للجسم المتحرك. ويتباين ذلك الطلب بحسب طبيعة الحركة. حيث تحتاج تلك الحركة إلى التغلب على مقاومة الوسط المحيط وكذلك على القصور الذاتي للجسم وزيادة طاقة وضعه. ويختلف الطلب على قوة الدفع بتباين ظروف الأداء ما بين سرعات وارتفاعات وكذلك بحسب معدلات التغير فيهما. وبازدياد هذه التباينات فإن محركات الدفع تواجه تحدياً قاسياً لتلبية تلك المتطلبات مع الاحتفاظ بمعدلات كفاءة مرتفعة في الوقت نفسه.
وتقاس كفاءة المحركات عادة بمعدلات استهلاكها للوقود، فبالنسبة للمحركات التي تستعمل الهواء الجوى أو الماء المحيط بها كوسط داسر فإن كفاءة استهلاك الوقود تقاس بالاستهلاك النوعي للوقود، أما المحركات الصاروخية التي تحمل الوسط الداسر معها فإن الكفاءة المرادفة هي الدفع النوعي. غير أن كفاءة استهلاك الوقود ليست هي العامل الأوحد للحكم على مدى ملاءمة محرك ما لاداء المهمة المناطة به فيشمل ذلك عوامل أخرى كالوزن، الحجم، الثمن، تكاليف الصيانة وغيرها…
ويشمل نظام الدفع الأجزاء الخاصة بتوليد قوة الدفع، وهي المكون الرئيسي للمحرك، بالإضافة إلى أجزاء وأنظمة فرعية تعمل على خدمتها، كنظام التحكم ـ نظام تغذية الوقود ـ نظام التزييت ـ نظام التبريد ـ نظام البدء،… ويتناول الدفع أداء وتصميم وتشغيل وصيانة هذه الأنظمة.
الديناميكا الحرارية
Thermodynamics
Thermodynamics
الديناميكا الحرارية فرع يهتم بدراسة التغيرات في الطاقة التي تصاحب العمليات الكيميائية والفيزيائية, وتتعلق الديناميكا الحرارية ببحث كيفية إنتاج الحرارة وانتقالها من موقع إلى آخر وتأثيرها على المادة وكيفية تخزينها. ويمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أنواع أخرى من الطاقة وبالعكس. فعند احتراق الفحم الحجري على سبيل المثال, يتحول جزء من الطاقة الكيميائية التي تربط بين جزيئاته إلى حرارة. وتشمل الدينامية الحرارية أيضاً علم التقريس الذي يدرس المواد عند درجات منخفضة جداً من الحرارة. ومبادئ الدينامية الحرارية ضرورية لفهم كل أنواع الآلات الحرارية, التي تشمل آلات الديزل والبنزين والبخار كما تشمل آلات أجهزة التبريد.
وتمكننا الديناميكا الحرارية من أن نتوقع إمكانية حدوث التفاعل الكيميائي تلقائياً تحت ظروف معينة، وبذلك فإنه يمكننا توفير كثير من الجهد والوقت والمال ببعض حسابات الديناميكا الحرارية. كذلك يمكن باستخدام قوانين الديناميكا الحرارية تعيين مدى تلقائية التفاعل من خلال تعيين موضع الاتزان وحساب ثابت الإتزان. وتتلخص الديناميكا الحرارية في قوانين ثلاثة تسمى القانون الأول، والثاني، والثالث للديناميكا الحرارية. القانون الأول هو قانون بقاء الطاقة، حيث ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكنها يمكن أن تتحول من صورة إلى أخرى، فمثلاً إذا اختفت كمية من الطاقة الميكانيكية فإنها يمكن أن تظهر في صورة كمية مساوية لها من الطاقة الحرارية. والقانون الأول لا يضع قيوداً على أي تغير كيميائي أو فيزيائي إلا من حيث بقاء الطاقة. والقانون الثاني يضع الأساس لتحديد إمكانية توقع تلقائية مثل هذا التغير. وهو يؤدي إلى حقيقة أن جميع العمليات الطبيعية تميل إلى السير تلقائياً نحو حالة الاتزان ويمكن الحصول على دوال الحالات لما يسمى الطاقة الداخلية للنظام E والمحتوى الحراري للنظام H كتطبيق على القانون الأول. ويمكن الحصول على دالة تسمى الإنتروبى S من القانون الثاني وهي دالة حالة، وتعتمد على الحالة الموجود عليها النظام بغض النظر عن طريقة الوصول إلى هذه الحالة. والإنتروبى يمكن تفسيره على أنه مقياس للعشوائية أو عدم الترتيب لأي نظام. فالنظام الأقل ترتيباً له إنتروبى أعلى والأكثر ترتيباً له إنتروبى أقل. وحيث أن عدم الترتيب أكثر احتمالاً من الترتيب فإن أية عملية تكون تلقائية في التحول من الترتيب إلى عدم الترتيب أي من الحالة ذات الإنتروبى الأقل إلى الحالة ذات الإنتروبى الأكبر، أي أن العملية التلقائية تكون مصحوبة بزيادة في الإنتروبى ولهذا ينص القانون الثاني على أن أية عملية تلقائية تكون مصحوبة بزيادة في الإنتروبى. ومن البديهي أن نلاحظ أنه عندما تمتص مادة الحرارة فإن عشوائية جزيئات هذه المادة تزداد وبالتالي يمكننا القول إن إنتروبى المواد يزداد بارتفاع درجة الحرارة وينقص بانخفاضها. وحيث أن البلورة هي أكثر صور المادة ترتيباً فهي أقلها من ناحية الإنتروبى، وعند الصفر المطلق تكون جزيئات المادة في البلورة في قمة الترتيب. وبالتالي تكون منخفضة الأنتروبى ومن هنا ينتج القانون الثالث الذي ينص على أنه «عند الصفر المطلق فإن إنتروبى البلورة المثالية (الكاملة) يكون صفراً.
وتمكننا الديناميكا الحرارية من أن نتوقع إمكانية حدوث التفاعل الكيميائي تلقائياً تحت ظروف معينة، وبذلك فإنه يمكننا توفير كثير من الجهد والوقت والمال ببعض حسابات الديناميكا الحرارية. كذلك يمكن باستخدام قوانين الديناميكا الحرارية تعيين مدى تلقائية التفاعل من خلال تعيين موضع الاتزان وحساب ثابت الإتزان. وتتلخص الديناميكا الحرارية في قوانين ثلاثة تسمى القانون الأول، والثاني، والثالث للديناميكا الحرارية. القانون الأول هو قانون بقاء الطاقة، حيث ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكنها يمكن أن تتحول من صورة إلى أخرى، فمثلاً إذا اختفت كمية من الطاقة الميكانيكية فإنها يمكن أن تظهر في صورة كمية مساوية لها من الطاقة الحرارية. والقانون الأول لا يضع قيوداً على أي تغير كيميائي أو فيزيائي إلا من حيث بقاء الطاقة. والقانون الثاني يضع الأساس لتحديد إمكانية توقع تلقائية مثل هذا التغير. وهو يؤدي إلى حقيقة أن جميع العمليات الطبيعية تميل إلى السير تلقائياً نحو حالة الاتزان ويمكن الحصول على دوال الحالات لما يسمى الطاقة الداخلية للنظام E والمحتوى الحراري للنظام H كتطبيق على القانون الأول. ويمكن الحصول على دالة تسمى الإنتروبى S من القانون الثاني وهي دالة حالة، وتعتمد على الحالة الموجود عليها النظام بغض النظر عن طريقة الوصول إلى هذه الحالة. والإنتروبى يمكن تفسيره على أنه مقياس للعشوائية أو عدم الترتيب لأي نظام. فالنظام الأقل ترتيباً له إنتروبى أعلى والأكثر ترتيباً له إنتروبى أقل. وحيث أن عدم الترتيب أكثر احتمالاً من الترتيب فإن أية عملية تكون تلقائية في التحول من الترتيب إلى عدم الترتيب أي من الحالة ذات الإنتروبى الأقل إلى الحالة ذات الإنتروبى الأكبر، أي أن العملية التلقائية تكون مصحوبة بزيادة في الإنتروبى ولهذا ينص القانون الثاني على أن أية عملية تلقائية تكون مصحوبة بزيادة في الإنتروبى. ومن البديهي أن نلاحظ أنه عندما تمتص مادة الحرارة فإن عشوائية جزيئات هذه المادة تزداد وبالتالي يمكننا القول إن إنتروبى المواد يزداد بارتفاع درجة الحرارة وينقص بانخفاضها. وحيث أن البلورة هي أكثر صور المادة ترتيباً فهي أقلها من ناحية الإنتروبى، وعند الصفر المطلق تكون جزيئات المادة في البلورة في قمة الترتيب. وبالتالي تكون منخفضة الأنتروبى ومن هنا ينتج القانون الثالث الذي ينص على أنه «عند الصفر المطلق فإن إنتروبى البلورة المثالية (الكاملة) يكون صفراً.
السيكلوترون
تركيب السيكلوترون:
يتركب السيكلوترون من الأجزاء التالية:
1 ـ القلب:
ويتكون من غرفتين معدنيتين مجوفتين (د 1، د 2) كل منهما على شكل حرف (D)، وتحصر الغرفتان بينهما فجوة طولية صغيرة.
2 ـ مصدر للجسيمات المراد تعجيلها:
وهي البروتونات أو الديوترونات أو جسيمات ألفا، وتوضع في منتصف الفجوة الطولية بين الغرفتين.
3 ـ مصدر لفرق جهد متردد عالي التردد:
تتصل الغرفتان بمصدر جهد متردد (100000) فولت وتردده 10 مليون هيرتز يعمل على توليد مجال كهربي متغير الاتجاه في الفجوة بين (د 1، د 2) .
4 ـ الأسطوانة المعدنية:
يوضع القلب داخل أسطوانة معدنية بحيث يكون معزولاً عنها، ويفرغ الهواء من الأسطوانة ومن الغرفتين حتى لا تتصادم جزيئات الهواء مع الجسيمات المعجلة فتنحرف عن مسارها وتفقد جزءاً من طاقتها.
5 ـ المغناطيس الكهربي:
توضع الأسط وانة بما فيها بين قطبي مغناطيس كهربي قوي بحيث يكون اتجاه مجاله المغناطيسي عمودياً على مستوى سطحيها.
6 ـ اللوح الحارف:
وهو لوح معدني سالب الشحنة يعمل على جذب الجسيمات الموجبة في نهاية مسارها الحلزوني عند خروجها من فتحة القلب ويوجهها إلى الهدف للتفاعل معه.
يستخدم لتعجيل الجسيمات الموجبة مثل البروتونات والديوترونات وجسيمات ألفا، فتزداد سرعتها إلى درجة كبيرة جداً فيمكن استخدامها كقذائف توجه نحو نوى الذرات في تجارب النشاط الإشعاعي الصناعي.
وتعتمد فكرة التعجيل على تغير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين (د 1، د 2) . فعندما يعبر الجسيم الفجوة يكتسب سرعة وطاقة، فإذا تكررت هذه العملية عدة مرات تزداد طاقته تدريجياً حتى تصل طاقته إلى أقصاها في نهاية مسارة فيوجه نحو الهدف لإحداث التفاعل النووي.
شرح نظرية عمله:
1 ـ عند تشغيل فرق الجهد العالي المتردد يعمل على تغيير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين كل نصف دورة من دورات التيار. وعندما يكون جهد (د 1) سالباً وجهد (د 2) موجباً، يتحرك الجسيم الموجب من منتصف الفجوة (م) إلى (د 1) بتأثير المجال الكهربي الموجود في المسافة بين الغرفتين بقوة قدرها س ح، فيكتسب الجسيم طاقة تعمل على زيادة سرعته الخطية (ع) فيدخل الغرفة (د 1) .
2 ـ نظراً لأن الغرفة (د 1) مجوفة فإن شدة المجال الكهربي بداخلها = صفر فلا يؤثر على الجسيم داخل الغرفة سوى المجال المغناطيسي بقوة (س م ع) . تعمل القوة المغناطيسية على تحريك الجسيم داخل الغرفة (د 1) في مسار دائري لتقطع نصف دورة في نصف الزمن الدوري للتيار المتردّد.
3 ـ في اللحظة التي يُتم الجسيم نصف دورة يتبدل الجهد بين الغرفتين، أي يتبدل اتجاه المجال الكهربي، فتصبح (د 1) موجبة و(د 2) سالبة. فيندفع الجسيم نحو (د 2) فيتم تعجيله أثناء عبوره الفجوة بواسطة المجل الكهربي مرة ثانية. ونتيجة لذلك يكتسب الجسيم عجلة وتزداد سرعته الخطية.
4 ـ يدخل الجسيم الغرفة (د 2) بسرعة أكبر ويتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر أكبر ويقطعه في نصف الزمن الدوري للتيار المتردد.
5 ـ وهكذا يتكرر ما سبق ويكتسب الجسيم مزيداً من الطاقة في كل لحظة يعبر فيها الفجوة. وتتزايد تبعاً لذلك سرعته الخطية (ع) ونصف قطر مساره الدائري فيدور في مسار حلزوني حتى يصبح نصف قطر مساره الدائري مساوياً لنصف قطر الغرفة وتصل طاقته إلى أقصاها. فيخرج الجسيم في نهاية مساره من الفتحة المخصصة لذلك فيمر بالقرب من اللوح الحارف فيوجه بواسطة اللوح الحارف نحو الهدف.
يتركب السيكلوترون من الأجزاء التالية:
1 ـ القلب:
ويتكون من غرفتين معدنيتين مجوفتين (د 1، د 2) كل منهما على شكل حرف (D)، وتحصر الغرفتان بينهما فجوة طولية صغيرة.
2 ـ مصدر للجسيمات المراد تعجيلها:
وهي البروتونات أو الديوترونات أو جسيمات ألفا، وتوضع في منتصف الفجوة الطولية بين الغرفتين.
3 ـ مصدر لفرق جهد متردد عالي التردد:
تتصل الغرفتان بمصدر جهد متردد (100000) فولت وتردده 10 مليون هيرتز يعمل على توليد مجال كهربي متغير الاتجاه في الفجوة بين (د 1، د 2) .
4 ـ الأسطوانة المعدنية:
يوضع القلب داخل أسطوانة معدنية بحيث يكون معزولاً عنها، ويفرغ الهواء من الأسطوانة ومن الغرفتين حتى لا تتصادم جزيئات الهواء مع الجسيمات المعجلة فتنحرف عن مسارها وتفقد جزءاً من طاقتها.
5 ـ المغناطيس الكهربي:
توضع الأسط وانة بما فيها بين قطبي مغناطيس كهربي قوي بحيث يكون اتجاه مجاله المغناطيسي عمودياً على مستوى سطحيها.
6 ـ اللوح الحارف:
وهو لوح معدني سالب الشحنة يعمل على جذب الجسيمات الموجبة في نهاية مسارها الحلزوني عند خروجها من فتحة القلب ويوجهها إلى الهدف للتفاعل معه.
يستخدم لتعجيل الجسيمات الموجبة مثل البروتونات والديوترونات وجسيمات ألفا، فتزداد سرعتها إلى درجة كبيرة جداً فيمكن استخدامها كقذائف توجه نحو نوى الذرات في تجارب النشاط الإشعاعي الصناعي.
وتعتمد فكرة التعجيل على تغير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين (د 1، د 2) . فعندما يعبر الجسيم الفجوة يكتسب سرعة وطاقة، فإذا تكررت هذه العملية عدة مرات تزداد طاقته تدريجياً حتى تصل طاقته إلى أقصاها في نهاية مسارة فيوجه نحو الهدف لإحداث التفاعل النووي.
شرح نظرية عمله:
1 ـ عند تشغيل فرق الجهد العالي المتردد يعمل على تغيير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين كل نصف دورة من دورات التيار. وعندما يكون جهد (د 1) سالباً وجهد (د 2) موجباً، يتحرك الجسيم الموجب من منتصف الفجوة (م) إلى (د 1) بتأثير المجال الكهربي الموجود في المسافة بين الغرفتين بقوة قدرها س ح، فيكتسب الجسيم طاقة تعمل على زيادة سرعته الخطية (ع) فيدخل الغرفة (د 1) .
2 ـ نظراً لأن الغرفة (د 1) مجوفة فإن شدة المجال الكهربي بداخلها = صفر فلا يؤثر على الجسيم داخل الغرفة سوى المجال المغناطيسي بقوة (س م ع) . تعمل القوة المغناطيسية على تحريك الجسيم داخل الغرفة (د 1) في مسار دائري لتقطع نصف دورة في نصف الزمن الدوري للتيار المتردّد.
3 ـ في اللحظة التي يُتم الجسيم نصف دورة يتبدل الجهد بين الغرفتين، أي يتبدل اتجاه المجال الكهربي، فتصبح (د 1) موجبة و(د 2) سالبة. فيندفع الجسيم نحو (د 2) فيتم تعجيله أثناء عبوره الفجوة بواسطة المجل الكهربي مرة ثانية. ونتيجة لذلك يكتسب الجسيم عجلة وتزداد سرعته الخطية.
4 ـ يدخل الجسيم الغرفة (د 2) بسرعة أكبر ويتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر أكبر ويقطعه في نصف الزمن الدوري للتيار المتردد.
5 ـ وهكذا يتكرر ما سبق ويكتسب الجسيم مزيداً من الطاقة في كل لحظة يعبر فيها الفجوة. وتتزايد تبعاً لذلك سرعته الخطية (ع) ونصف قطر مساره الدائري فيدور في مسار حلزوني حتى يصبح نصف قطر مساره الدائري مساوياً لنصف قطر الغرفة وتصل طاقته إلى أقصاها. فيخرج الجسيم في نهاية مساره من الفتحة المخصصة لذلك فيمر بالقرب من اللوح الحارف فيوجه بواسطة اللوح الحارف نحو الهدف.
ملاحظة:
أ ـ السيكلوترون لا يعجل النيوترونات لأنها متعادلة كهربياً، أي غير مشحونة، وبذلك لا تتأثّر بالمجال الكهربي وهو الذي يقوم بعملية التعجيل. كما أنه لا يعجل الإلكترونات بسبب الزيادة النسبية الكبيرة في كتلة الإلكترونات عند اكتسابها للطاقة، وبذلك لا يستطيع الإلكترون أن يقطع القوس الدائري داخل الغرفتين في نصف زمن ذبذبة التيار فلا يمكن تعجيله لأن التيار يغيّر اتجاهه قبل وصول الإلكترون إلى الفجوة.
ب ـ يعمل على تعجيل الإلكترونات مما يكسبها طاقة إضافية في كل دورة كما يعمل على أن تتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر ثابت.
أقصى سرعة للأيون المعجّل بواسطة السيكلوترون.
أقصى سرعة (ع) قصوى = م. س. س/ك
أ ـ السيكلوترون لا يعجل النيوترونات لأنها متعادلة كهربياً، أي غير مشحونة، وبذلك لا تتأثّر بالمجال الكهربي وهو الذي يقوم بعملية التعجيل. كما أنه لا يعجل الإلكترونات بسبب الزيادة النسبية الكبيرة في كتلة الإلكترونات عند اكتسابها للطاقة، وبذلك لا يستطيع الإلكترون أن يقطع القوس الدائري داخل الغرفتين في نصف زمن ذبذبة التيار فلا يمكن تعجيله لأن التيار يغيّر اتجاهه قبل وصول الإلكترون إلى الفجوة.
ب ـ يعمل على تعجيل الإلكترونات مما يكسبها طاقة إضافية في كل دورة كما يعمل على أن تتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر ثابت.
أقصى سرعة للأيون المعجّل بواسطة السيكلوترون.
أقصى سرعة (ع) قصوى = م. س. س/ك
الصمامات ومقوماتها
الصمام الثنائي هو ابسط انواع الانابيب الخوائية (2 ـ أ)، وهو يستطيع تغيير تيار متناوب (مثل تيار المولد الرئيسي) إلى سلسلة من النبضات (تيار مستمر) بعملية معروفة بالتقويم. يعطي الصمام الثنائي ذو الانود الواحد تقويما نصف موجيّ (2 ـ ب) . لكن فعّالية العملية تتحسّن بتقويم الموجة الكاملة (2 ـ ح) . للحصول على تيار مستمر خال من النبضات، يمكن وصل التيار النابض بعناصر اضافية في الدائرة، كالمكثّفات وصمامات الخنق، التي تجعله «املس».
أصبح من العادي اليوم الاستغناء عن الصمامات الثنائية لاستبدالها بالمواد النصف موصّلة الصلبة. فجميع الدوائر الحديثة تقريباً في الأدوات المنزلية الكهربائية تصنع من اجزاء صلبة.
مع أن الصمام الصلب الثنائي (2 ـ ج) هو أصغر بكثير من الصمام الخوائي المعادل له، فانه يقوم تماماً بوظيفة التقويم ذاتها، عندما يستعمل في دوائر من النوع ذاته (2 ـ ث)، مع هذا الفرق انه ليس مجهّزاً بفتيلة (مسخّن) .
فضلاً عن ذلك، استطاع المخترع الامريكي لي دي فورست (1873 ـ 1961) تحسين الصمام الثنائي عندما توصل عام 1906 إلى التحكّم بسيل الإلكترونات بين المصعد (الكاثود) والمهبط (الانود)، وذلك باضافة إلكترود ثالث إلى الصمام (3) . ثم توصّل، باستعمال عدد مناسب من العناصر الأخرى. كالمكثفات والمقاومات في الدائرة الكهربائية إلى جعل الصمام الثلاثي صالحاً ليقوم بوظيفة مضخّم للفلطيّة (3 ـ ب) .
أصبح من العادي اليوم الاستغناء عن الصمامات الثنائية لاستبدالها بالمواد النصف موصّلة الصلبة. فجميع الدوائر الحديثة تقريباً في الأدوات المنزلية الكهربائية تصنع من اجزاء صلبة.
مع أن الصمام الصلب الثنائي (2 ـ ج) هو أصغر بكثير من الصمام الخوائي المعادل له، فانه يقوم تماماً بوظيفة التقويم ذاتها، عندما يستعمل في دوائر من النوع ذاته (2 ـ ث)، مع هذا الفرق انه ليس مجهّزاً بفتيلة (مسخّن) .
فضلاً عن ذلك، استطاع المخترع الامريكي لي دي فورست (1873 ـ 1961) تحسين الصمام الثنائي عندما توصل عام 1906 إلى التحكّم بسيل الإلكترونات بين المصعد (الكاثود) والمهبط (الانود)، وذلك باضافة إلكترود ثالث إلى الصمام (3) . ثم توصّل، باستعمال عدد مناسب من العناصر الأخرى. كالمكثفات والمقاومات في الدائرة الكهربائية إلى جعل الصمام الثلاثي صالحاً ليقوم بوظيفة مضخّم للفلطيّة (3 ـ ب) .
الصوتيات
دراسة الصوت تسمى الصوتيات. ويتكون الصوت من الاهتزازات التي ينتجها جسم وتنتقل خلال وسط, مثل الهواء أو الماء أو جدران المباني. وفهم الصوت مهم لتصميم القاعات الكبيرة ومعينات السمع ومسجلات الأشرطة وأجهزة الفونوغراف ومكبرات الصوت. وتشمل دراسة الصوت كذلك الموجات فوق الصوتية التي تختص بالاهتزازات التي تكون تردداتها أعلى من مدى السمع البشري.
الطاقةالطاقة هي القدرة على بذل شغل أنواع الطاقة:
1 ـ الطاقة الديناميكية وتشمل طاقة الوضع وطاقة الحركة.
طاقة الوضع:
هي قدرة الجسم على بذل شغل نتيجة وضعه وتساوي مقدار الشغل الذي بذل لإعطاء الجسم وضعه.
طاقة الحركة:
هي قدرة الجسم على بذل شغل نتيجة حركته وتساوي نصف كتلته مضروبة في مربع سرعته.
2 ـ الطاقة الحرارية:
هي صورة الطاقة الحركية المبددة بالاحتكاك.
3 ـ الطاقة الداخلية:
هي الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة تركيبة الكيميائي المميز له أي هي طاقة الروابط الكيميائية وتظهر هذه الطاقة في التفاعلات الكيميائية على هيئة حرارة أو حرارة وضوء مثل حرق الفحم ونواتج البترول.
1 ـ الطاقة الديناميكية وتشمل طاقة الوضع وطاقة الحركة.
طاقة الوضع:
هي قدرة الجسم على بذل شغل نتيجة وضعه وتساوي مقدار الشغل الذي بذل لإعطاء الجسم وضعه.
طاقة الحركة:
هي قدرة الجسم على بذل شغل نتيجة حركته وتساوي نصف كتلته مضروبة في مربع سرعته.
2 ـ الطاقة الحرارية:
هي صورة الطاقة الحركية المبددة بالاحتكاك.
3 ـ الطاقة الداخلية:
هي الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة تركيبة الكيميائي المميز له أي هي طاقة الروابط الكيميائية وتظهر هذه الطاقة في التفاعلات الكيميائية على هيئة حرارة أو حرارة وضوء مثل حرق الفحم ونواتج البترول.
قانون بقاء الطاقة:
الطاقة لا تفنى ولا تستحدث.
مصادر الطاقة:
1 ـ الشمس.
2 ـ الطاقة النووية.
3 ـ الوقود الحفري: وهو الفحم والبترول والغاز الطبيعي.
وحدات قياس الطاقة:
كل أنواع الطاقة تقاس بالجول وهناك وحدات أخرى مثل الأرج والسعر والإلكترون فولت.
1 ـ الطاقة الديناميكية تقاس بالأرج والجول:
الأرج: هو الشغل المبذول بقوة قدرها (1) داين لمسافة (1) سم.
الجول: هو شغل = 10 مليون أرج = 107أرج.
2 ـ الطاقة الحرارية تقاس بالسعر:
هو كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء 1°م من 14,5°م إلى 15,5°م.
3 ـ الطاقة النووية تقاس بالإلكترون فولت:
الإلكترون فولت: هو الطاقة التي يكتسبها الإلكترون تحت تأثير فرق جهد مقداره واحد فولت أو هو الشغل اللازم لنقل إلكترون بين نقطتين فرق الجهد بينهما (1) فولت ويرمز له بالرمز (أ.ف) .
العلاقة بين المادة والطاقة:
أثبت آينشتين عام 1905 أن الطاقة والكتلة صورتان مختلفتان لشيء واحد ومن الممكن تحويل كل منهما إلى الأخرى. ولحساب الطاقة المكافئة لأي كتلة أو العكس استخدام آينشتين المعادلة الآتية:
حيث (ط) الطاقة بالأرج، (ك) الكتلة بالجرام، (ع) سرعة الضوء بالسنتيمترات في الثانية وتساوي 3 × 1010 سم/ث.
الطاقة لا تفنى ولا تستحدث.
مصادر الطاقة:
1 ـ الشمس.
2 ـ الطاقة النووية.
3 ـ الوقود الحفري: وهو الفحم والبترول والغاز الطبيعي.
وحدات قياس الطاقة:
كل أنواع الطاقة تقاس بالجول وهناك وحدات أخرى مثل الأرج والسعر والإلكترون فولت.
1 ـ الطاقة الديناميكية تقاس بالأرج والجول:
الأرج: هو الشغل المبذول بقوة قدرها (1) داين لمسافة (1) سم.
الجول: هو شغل = 10 مليون أرج = 107أرج.
2 ـ الطاقة الحرارية تقاس بالسعر:
هو كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء 1°م من 14,5°م إلى 15,5°م.
3 ـ الطاقة النووية تقاس بالإلكترون فولت:
الإلكترون فولت: هو الطاقة التي يكتسبها الإلكترون تحت تأثير فرق جهد مقداره واحد فولت أو هو الشغل اللازم لنقل إلكترون بين نقطتين فرق الجهد بينهما (1) فولت ويرمز له بالرمز (أ.ف) .
العلاقة بين المادة والطاقة:
أثبت آينشتين عام 1905 أن الطاقة والكتلة صورتان مختلفتان لشيء واحد ومن الممكن تحويل كل منهما إلى الأخرى. ولحساب الطاقة المكافئة لأي كتلة أو العكس استخدام آينشتين المعادلة الآتية:
حيث (ط) الطاقة بالأرج، (ك) الكتلة بالجرام، (ع) سرعة الضوء بالسنتيمترات في الثانية وتساوي 3 × 1010 سم/ث.
الفيزياء الذرية والجزيئية وفيزياء الإلكترون
تعنى بمحاولات فهم التركيب الذري والجزيئي وحركة الإلكترونات وخواصها.
وتركز هذه الدراسات بصفة خاصة, على سلوك وترتيب وحركة وطاقة الإلكترونات التي تدور حول النوى الذرية. وقد كشفت البحوث في الفيزياء الذرية والجزيئية وفيزياء الإلكترون عن الكثير فيما يخص تركيب المادة.
على سبيل المثال, تأكد للعلماء أن المواد يختلف بعضها عن الآخر في ترتيب الذرات في الجزيئات. وبسبب هذا الاختلاف نجد أن الطريقة التي تمتص بها المادة الكهرومغنطيسية وتبثها مختلفة في كل مادة عن الأخرى.
ونتيجة لهذا يتمكن العلماء من تمييز المادة بناء على النشاط الكهرومغنطيسي وحده. ولهذه الطريقة في تمميز المواد تطبيقات مهمة في الطب وفي الحالات المعينة التي تنشأ في الصناعة عندما تكون كميات المادة المعينة قليلة جداً.
وتركز هذه الدراسات بصفة خاصة, على سلوك وترتيب وحركة وطاقة الإلكترونات التي تدور حول النوى الذرية. وقد كشفت البحوث في الفيزياء الذرية والجزيئية وفيزياء الإلكترون عن الكثير فيما يخص تركيب المادة.
على سبيل المثال, تأكد للعلماء أن المواد يختلف بعضها عن الآخر في ترتيب الذرات في الجزيئات. وبسبب هذا الاختلاف نجد أن الطريقة التي تمتص بها المادة الكهرومغنطيسية وتبثها مختلفة في كل مادة عن الأخرى.
ونتيجة لهذا يتمكن العلماء من تمييز المادة بناء على النشاط الكهرومغنطيسي وحده. ولهذه الطريقة في تمميز المواد تطبيقات مهمة في الطب وفي الحالات المعينة التي تنشأ في الصناعة عندما تكون كميات المادة المعينة قليلة جداً.
الفيزياء النووية
تعنى بدراسة تركيب وخصائص النواة الذرية, وتركز بصفة خاصة على النشاط الإشعاعي والانشطار والاندماج. والنشاط الإشعاعي عو العملية التي بموجبها تطلق بعض النوى تلقائياً جسيمات عالية الطاقة أو أشعة. وتستخدم المواد المشعة لعلاج السرطان ولتشخيص الأمراض ولمتابعة العمليات الكيميائية والفيزيائية.
والانشطار هو عملية انقسام النواة الذرية إلى جزءين متساويين تقريباً مع إطلاق قدر هائل من الطاقة. ومن الانشطار تأتي طاقة القنابل الذرية والمفاعلات النووية.
أما الاندماج فهو عملية التحام نواتي ذرتين لتكونا نواة عنصر أثقل, ويحدث بالدرجة الأولى في حالة الهيدروجين والعناصر الخفيفة الأخرى. وتنتج عملية الاندماج, التي تطلق أكبر من طاقة الانشطار, طاقة القنبلة الهيدروجينية.
والانشطار هو عملية انقسام النواة الذرية إلى جزءين متساويين تقريباً مع إطلاق قدر هائل من الطاقة. ومن الانشطار تأتي طاقة القنابل الذرية والمفاعلات النووية.
أما الاندماج فهو عملية التحام نواتي ذرتين لتكونا نواة عنصر أثقل, ويحدث بالدرجة الأولى في حالة الهيدروجين والعناصر الخفيفة الأخرى. وتنتج عملية الاندماج, التي تطلق أكبر من طاقة الانشطار, طاقة القنبلة الهيدروجينية.
القدرة
إذا قام بأحد العمال مثلاً برفع عدد من أكياس الإسمنت إلى سطح عمارة في زمن معين، وقام عامل ثانٍ برفع العدد نفسه من الأكياس في زمن أقل، نقول إن العامل الثاني أقدر على انجاز الشغل من العامل الأول، لأنه أنجز الشغل المطلوب في زمن أقل.
تعرف القدرة بأنها معدّل الشغل المبذول في وحدة الزمن.
وتقاس القدرة بوحدة الواط.
الواط: قدرة قوة أو آلة تنجز شغلاً مقداره جول واحد في ثانية واحدة.
ومن مضاعفات الواط: الكيلو واط= 1000 واط.
الحصان الميكانيكي = 746 واط = 3/4 كيلو واط.
يعد الحصان الميكانيكي الوحدة العملية للقدرة، فهو قدرة آلة تُنجز شغلاً مقداره (746) جولاً في الثانية الواحدة.
تعرف القدرة بأنها معدّل الشغل المبذول في وحدة الزمن.
وتقاس القدرة بوحدة الواط.
الواط: قدرة قوة أو آلة تنجز شغلاً مقداره جول واحد في ثانية واحدة.
ومن مضاعفات الواط: الكيلو واط= 1000 واط.
الحصان الميكانيكي = 746 واط = 3/4 كيلو واط.
يعد الحصان الميكانيكي الوحدة العملية للقدرة، فهو قدرة آلة تُنجز شغلاً مقداره (746) جولاً في الثانية الواحدة.
القنبلة الذرية (الانشطارية)
نظرية عمل القنبلة الذرية:
1 ـ يستخدم فيها كمية من اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم ذات حجم أكبر قليلاً من الحجم الحرج.
2 ـ تقسم هذه الكمية إلى عدة أجزاء لكل منها حجم أقل من الحجم الحرج وتوضع بعيدة بعضها عن بعض بمسافات مناسبة.
3 ـ يوضع في منطقة تجمع اليورانيوم مواد مولدة للنيوترونات مثل خليط من صخر الراديوم وعنصر البريليوم.
4 ـ ولإحداث الانفجار، تفجر أولاً المواد المتفجرة فتتجمع أجزاء اليورانيوم. وفي لحظة تجمعها يصبح الحجم أكبر قليلاً من الحجم الحرج فيبدأ التفاعل المتسلسل بأحد النيوترونات، ويتم في زمن قصير جداً. وتنطلق طاقة هائلة تكافىء قوة انفجار (20) ألف طن منم مادة (T.N.T) أقوى مادة متفجرة.
العوامل التي تتركز فيها القوة التدميرية للقنبلة الذرية:
تتركز القوة التدميرية للقنبلة الذرية في العوامل الأربعة الآتية:
1 ـ صدمة الانجفار:
وهي الصدمة التي تنشأ نتيجة تولد ضغط هائل في لحظة الانفجار وتسبب التدمير الكلي والجزئي في دائرة قطرها 3,5 كيلومترات من مركز الانفجار.
2 ـ الإشعاع الحراري:
وهي الطاقة الحرارية الناتجة من انشطار نوى اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم وتسبب حرائق شديدة.
3 ـ الإشعاعات النووية:
وتشمل فوتونات جاما ذات الطاقة العالية والنيوترونات السريعة وتسبب موت الكائنات الحية في دائرة قطرها حوالي 2 كيلومتر من مركز الانفجار.
4 ـ المتخلفات المشعّة:
وهي نواتج انشطار اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم، وتشمل أكثر من (30) نظيراً مشعاً وتعرف (بالغبار الذري) . وينقلها الهواء إلى مسافات مختلفة، وهي تشع بيتا السالبة التي تسبب أضراراً كثيرة للإنسان (انظر التأثير البيولوجي للإشعاعات النووية) .
القنبلة الهيدروجينية (القنبلة الحرارية)
تحتوي القنبلة الهيدروجينية على قنبلة ذرية وعلى نظائر الهيدروجين الديوتيريوم والتريتيوم، وقد يضاف إليها نظير الليثيوم لث. وتحاط نظائر الهيدروجين والقنبلة الذرية بأغلفة قد يصنع أحدها من يورانيوم 238.
تفجير القنبلة الهيدروجينية والتفاعلات الاندماجية التي تحدث فيها:
تفجر أولاً القنبلة الذرية فتتولد عنها ملايين الدرجات المئوية ومليارات الضغوط الجوية فتندمج نظائر الهيدروجين ثم ينشطر اليورانيوم 238 بالنيوترونات السريعة جداً الناتجة من عملية الاندماج وتكون محصلة هذه التفاعلات الثلاثة طاقة كبيرة.
التفاعلات الاندماجية (النووية الحرارية) التي تتم في القنبلة الهيدروجينية.
القوة التدميرية للقنبلة الهيدروجينية:
1 ـ أقوى ألف مرة من القنبلة الذرية.
2 ـ تسبب تدميراً كاملاً لمسافة 10 أميال، ويصل تأثيرها الحراري إلى عشرين ميلاً.
3 ـ ينتشر غبارها الذري إلى ارتفاع 30 ألف قدم فوق سطح الأرض ويسبب التهابات شديدة قد تؤدي إلى الوفاة.
4 ـ من أخطر المواد المشعة الناتجة من الانفجار نظير الأسترونشيوم ست وله فترة نصف عمر حوالي 27 سنة. وإذا سقط على الأرض يمتص من التربة بواسطة النباتات، وينتقل من النباتات إلى الحيوانات ويتجمع في أجسامها تدريجياً. وعندما يتغذى الإنسان على ألبانها أو لحومها، يتجمع في جسمه العنصر المشع ويترسب في عظامه. وإذا زادت نسبته في العظام فإنه يسبب سرطان العظام ويدمر الأنسجة ويؤدي إلى الوفاة.
ملحوظة:
التفاعلات الاندماجية يطلق عليها التفاعلات النووية الحرارية لأنها لا يتم إلا في درجات الحرارة العالية.
أهم المشاكل في استخدام التفاعلات النووية الحرارية (أي مشاكل ترويض الطاقة الهيدروجينية) كمصدر للطاقة في الحياة السلمية:
1 ـ كيفية الحصول على ملايين الدرجات المئوية لتحويل ذرات الهيدروجين إلى حالة البلازما.
2 ـ كيفية توفير مليارات الضغوط الجوية.
3 ـ كيفية الاحتفاظ بهذا الضغط الهائل داخل حجرة أو وعاء دون أن تنفجر.
الطريقة التي أتبعها العلماء للتغلب على مشاكل ترويض الطاقة الهيدروجينية:
1 ـ يتم الحصول على ملايين الدرجات المئوية بإمرار تيار كهربي شدته مئات الآلاف من الأمبيرات داخل حجرة واسعة مفرغة إلى ضغط 0,1 مم/ز وبها كمية بسيطة من نظائر الهيدروجين التي تتحول إلى حالة البلازما.
2 ـ بواسطة مجال مغناطيسي قوي تتجمع البلازما في شريط رفيع في وسط الحجرة وبعيداً عن الجدران، ويتوفر فيه الحرارة والضغط اللازمين للاندماج فتتم التفاعلات النووية الحرارية وتنطلق طاقة هائلة.
والمشكلة في الطريقة السابقة هي في كيفية الحصول على تيار كهربي شدته مئات الآلاف من الأمبيرات لأن ذلك يستلزم فوق جهد مئات الملايين من الفولتات. ولكن أمكن باستخدام التفريغ الخاطف الحصول على شريط البلازما وتمت فيه التفاعلات الاندماجية.
الأبحاث الحديث في ترويض الطاقة الهيدروجينية:
يحاول العلماء إتمام التفاعلات النووية الحرارية بدون استخدام حرارة عالية وضغط شديد وذلك باستخدام ذرة الهيدروجين الميزونية. وفيها يدور حول النواة ميزون باي السالب بدلاً من الإلكترون، لذا يكون حجمها أصغر من حجم ذرة الهيدروجين العادية 273 مرة.
وقد وجد أن ذرة الهيدروجين الميزونية عندما تقترب من ذرة ديوتيريوم فإن ميزون باي السالب يمكنه أن يدور حول نواة الديوتيريوم بالإضافة إلى دورانه حول نواته الأصلية. ونتيجة لذلك تقترب النواتين إحداهما من الأخرى حتى يندمجا ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة ويتكون نظير للهيليوم أو التريتيوم.
تفجير القنبلة الهيدروجينية والتفاعلات الاندماجية التي تحدث فيها:
تفجر أولاً القنبلة الذرية فتتولد عنها ملايين الدرجات المئوية ومليارات الضغوط الجوية فتندمج نظائر الهيدروجين ثم ينشطر اليورانيوم 238 بالنيوترونات السريعة جداً الناتجة من عملية الاندماج وتكون محصلة هذه التفاعلات الثلاثة طاقة كبيرة.
التفاعلات الاندماجية (النووية الحرارية) التي تتم في القنبلة الهيدروجينية.
القوة التدميرية للقنبلة الهيدروجينية:
1 ـ أقوى ألف مرة من القنبلة الذرية.
2 ـ تسبب تدميراً كاملاً لمسافة 10 أميال، ويصل تأثيرها الحراري إلى عشرين ميلاً.
3 ـ ينتشر غبارها الذري إلى ارتفاع 30 ألف قدم فوق سطح الأرض ويسبب التهابات شديدة قد تؤدي إلى الوفاة.
4 ـ من أخطر المواد المشعة الناتجة من الانفجار نظير الأسترونشيوم ست وله فترة نصف عمر حوالي 27 سنة. وإذا سقط على الأرض يمتص من التربة بواسطة النباتات، وينتقل من النباتات إلى الحيوانات ويتجمع في أجسامها تدريجياً. وعندما يتغذى الإنسان على ألبانها أو لحومها، يتجمع في جسمه العنصر المشع ويترسب في عظامه. وإذا زادت نسبته في العظام فإنه يسبب سرطان العظام ويدمر الأنسجة ويؤدي إلى الوفاة.
ملحوظة:
التفاعلات الاندماجية يطلق عليها التفاعلات النووية الحرارية لأنها لا يتم إلا في درجات الحرارة العالية.
أهم المشاكل في استخدام التفاعلات النووية الحرارية (أي مشاكل ترويض الطاقة الهيدروجينية) كمصدر للطاقة في الحياة السلمية:
1 ـ كيفية الحصول على ملايين الدرجات المئوية لتحويل ذرات الهيدروجين إلى حالة البلازما.
2 ـ كيفية توفير مليارات الضغوط الجوية.
3 ـ كيفية الاحتفاظ بهذا الضغط الهائل داخل حجرة أو وعاء دون أن تنفجر.
الطريقة التي أتبعها العلماء للتغلب على مشاكل ترويض الطاقة الهيدروجينية:
1 ـ يتم الحصول على ملايين الدرجات المئوية بإمرار تيار كهربي شدته مئات الآلاف من الأمبيرات داخل حجرة واسعة مفرغة إلى ضغط 0,1 مم/ز وبها كمية بسيطة من نظائر الهيدروجين التي تتحول إلى حالة البلازما.
2 ـ بواسطة مجال مغناطيسي قوي تتجمع البلازما في شريط رفيع في وسط الحجرة وبعيداً عن الجدران، ويتوفر فيه الحرارة والضغط اللازمين للاندماج فتتم التفاعلات النووية الحرارية وتنطلق طاقة هائلة.
والمشكلة في الطريقة السابقة هي في كيفية الحصول على تيار كهربي شدته مئات الآلاف من الأمبيرات لأن ذلك يستلزم فوق جهد مئات الملايين من الفولتات. ولكن أمكن باستخدام التفريغ الخاطف الحصول على شريط البلازما وتمت فيه التفاعلات الاندماجية.
الأبحاث الحديث في ترويض الطاقة الهيدروجينية:
يحاول العلماء إتمام التفاعلات النووية الحرارية بدون استخدام حرارة عالية وضغط شديد وذلك باستخدام ذرة الهيدروجين الميزونية. وفيها يدور حول النواة ميزون باي السالب بدلاً من الإلكترون، لذا يكون حجمها أصغر من حجم ذرة الهيدروجين العادية 273 مرة.
وقد وجد أن ذرة الهيدروجين الميزونية عندما تقترب من ذرة ديوتيريوم فإن ميزون باي السالب يمكنه أن يدور حول نواة الديوتيريوم بالإضافة إلى دورانه حول نواته الأصلية. ونتيجة لذلك تقترب النواتين إحداهما من الأخرى حتى يندمجا ويحدث نقص في الكتلة يتحول إلى طاقة ويتكون نظير للهيليوم أو التريتيوم.
القوة
القوة كمية متجهة. تعرف بثلاثة عناصر هي المقدار والاتجاه ونقطة التأثير. وتمثل القوة بقطعة مستقيمة، تبدأ من نقطة تأثيرها وبالاتجاه الذي تعمل فيها القوة ويكون طول القطعة المستقيمة متناسباً مع مقدار القوة، وممثلاً له. ويشار إلى اتجاه القوة بوضع سهم عند رأس القطعة المستقيمة، ليدل على اتجاهها ويسمى امتداد القطعة المستقيمة، الممثلة للقوة بخط عمل القوة.ووحدة القوة هي نيوتن.
الكهرباء والمغنطيسية
الكهرباء والمغنطيسية تتصلان اتصالاً وثيقاً حتى إن العلماء كثيراً ما يشيرون إليهما معاً بمصطلح الكهرومغنطيسية. فحركة الشحنات الكهربائية يمكن ان تحدث تأثيرات مغنطيسية, والقوى المغنطيسية يمكن أن تحدث تأثيرات كهربائية. ومعرفة هذه العلاقة أدت إلى تطوير مولدات كهربائية ضخمة وتطوير الأجهزة الإلكترونية مثل المذياع والتلفاز والحاسوب.
المبادىء الالكترونيَّة الأساسيَّة
في الإلكترونيات، يبدأ كل شيء مع الالكترونات، وهي اجزاء كل ذرّة. فقد قام العلماء برسم الصورة الحديثة للذرّة بجهد كبير، مع ان احدا لم يرها، لأنها صغيرة لدرجة انه من الصعب حتى على المجاهر الإلكترونية الأكثر قدرة ان تكشف عنها. لكن هنالك أيضاً ما هو اصغر من الذرّة: الإلكترونات الصغيرة جدا والمشحونة سلبا والتي يمكن تصوّرها تدور من بعيد حول النواة المركزية التي فيها يتركّز معظم كتلة الذرّة.
حركة الإلكترونات:
الذرّات غير مشحونة عادة، لكن بامكانها اكتساب إلكترون اضافي، فتصبح بذلك مشحونة سلباً، أو فقدان إلكترون، فتصبح مشحونة ايجابا. هذه المقدرة عند بعض الذرّات على «تبادل» الإلكترونات بسهولة هي التي تمكّن سيلا منها (تيارا كهربائيا) بالجريان في موصّل. باستعمال بطارية أو مولّد، يمكن تجميع فائض من الإلكترونات في أحد طرفي هذا الجهاز واحداث نقص منها في الطرف الآخر، فتتولّد عن ذلك قوة كهرطيسية دافعة. إذا وُصل موصّل بهذين الطرفين، تسبّب هذه القوة انسياب الإلكترونات (أو بالاحرى «انجرافها» إذ أن معدل انسيابها نادرا ما يزيد عن 2 سم بالدقيقة) من الطرف السالب حيث الفائض إلى الطرف الموجب حيث النقص. هذا الاتجاه هو عكس الاصطلاح المتفق عليه والذي يفترض جريان التيار الكهربائي من الموجب إلى السالب.
تعمل الموصّلات في الدوائر الإلكترونية (بشكل اسلاك أو شرائط من النحاس الرفيع على مادة عازلة كالباكسولين) بمثابة مسارات للإلكترونات تنساب فيها بحرية من جزء من الدائرة إلى آخر. لكن لا بد من وجود عناصر معيّنة لضبط الانسياب، ولتمكين تيّارات محددة من الإلكترونات من المرور في مختلف اجزاء الدائرة كالصمامات والترانزستورات. هذه العناصر معروفة بالمقاومات، وهي متوفرة ضمن مدى واسع من المقادير يتراوح بين جزء واحد من الاوم (وحدة قياس المقاوم) حتى عشرات الملايين من الاومات.
الذرّات غير مشحونة عادة، لكن بامكانها اكتساب إلكترون اضافي، فتصبح بذلك مشحونة سلباً، أو فقدان إلكترون، فتصبح مشحونة ايجابا. هذه المقدرة عند بعض الذرّات على «تبادل» الإلكترونات بسهولة هي التي تمكّن سيلا منها (تيارا كهربائيا) بالجريان في موصّل. باستعمال بطارية أو مولّد، يمكن تجميع فائض من الإلكترونات في أحد طرفي هذا الجهاز واحداث نقص منها في الطرف الآخر، فتتولّد عن ذلك قوة كهرطيسية دافعة. إذا وُصل موصّل بهذين الطرفين، تسبّب هذه القوة انسياب الإلكترونات (أو بالاحرى «انجرافها» إذ أن معدل انسيابها نادرا ما يزيد عن 2 سم بالدقيقة) من الطرف السالب حيث الفائض إلى الطرف الموجب حيث النقص. هذا الاتجاه هو عكس الاصطلاح المتفق عليه والذي يفترض جريان التيار الكهربائي من الموجب إلى السالب.
تعمل الموصّلات في الدوائر الإلكترونية (بشكل اسلاك أو شرائط من النحاس الرفيع على مادة عازلة كالباكسولين) بمثابة مسارات للإلكترونات تنساب فيها بحرية من جزء من الدائرة إلى آخر. لكن لا بد من وجود عناصر معيّنة لضبط الانسياب، ولتمكين تيّارات محددة من الإلكترونات من المرور في مختلف اجزاء الدائرة كالصمامات والترانزستورات. هذه العناصر معروفة بالمقاومات، وهي متوفرة ضمن مدى واسع من المقادير يتراوح بين جزء واحد من الاوم (وحدة قياس المقاوم) حتى عشرات الملايين من الاومات.
المفاعل الحراري
الأجزاء الرئيسية التي يتكون منها المفاعل الحراري:
1 ـ هيكل المفاعل:
ويتكون من عدد كبير من أنابيب الألومنيوم المفتوحة الطرفين والموضوعة في صفوف أفقية.
2 ـ الوقود الانشطاري:
ويشمل اليورانيوم الطبيعي الذي ينقى من الشوائب ويشكل على هيئة أسطونات تغلف بالألومنيوم وتوضع في أنابيب الجزء الأوسط من هيكل المفاعل.
3 ـ المادة المهدئة:
يستخدم الجرافيت مادة مهدئة لأنه لا يمتص النيوترونات ووزنه الذري صغير.
4 ـ المادة المنظمة:
يستخدم البورون أو الكادميوم مواد منظمة لأنها تمتص النيوترونات بسرعة. ويعمل منها أربعة أعمدة يستخدم عمودان لتنظيم التفاعل المتسلسل، ويستخدم الأربعة معاً لإيقاف التفاعل المتسلسل فوراً إذا زاد عن المعدل المطلوب.
5 ـ السياج الواقي:
ويتكون من الخرسانة المسلحة بسمك 2,5 ـ 3,5 أمتار، وذلك لمنع تسرب الإشعاعات النووية.
6 ـ المواد المبردة:
يستخدم الماء العادي المضغوط أو غازات خاملة أو تيارات من الهواء وذلك لامتصاص الحرارة من المفاعل، حتى لا ترتفع درجة الحرارة وتنصهر أسطوانات اليورانيوم وأنابيب الألومنيوم ويمتلى المفاعل بالمواد المشعة.
شرح عمل المفاعل الحراري:
1 ـ تخفض أعمدة التنظيم ثم توضع أسطوانات اليورانيوم في أنابيب هيكل المفاعل وتغلق فتحات الأنابيب بسدادات سميكة متعددة الطبقات.
2 ـ توضع كتل الجرافيت (المادة المهدئة) بين أنابيب هيكل المفاعل.
3 ـ يرفع أحد أعمدة التنظيم قليلاً فيبدأ التفاعل المتسلسل بإحدى النيوترونات.
4 ـ يشطر النيوترون نواة يورانيوم 235 ويخرج ثلاثة نيوترونات يؤسر أحدها بواسطة نواة يورانيوم 238 التي تتحول في النهاية إلى نواة بلوتونيوم، ويهرب الآخران إلى الجرافيت. ويفعل التصادمات المرنة مع ذرات الكربون يصلان إلى السرعة الحرارية ويدخل كلٌّ منهما في أسطوانة يورانيوم ويشطر نواة 235 ويتكرر ما سبق.
5 ـ تضبط أطوال أعمدة التنظيم للحصول على التفاعل المتسلسل بالمعدل المطلوب.
6 ـ تمرر المواد المبرة لامتصاص الحرارة من المفاعل.
1 ـ هيكل المفاعل:
ويتكون من عدد كبير من أنابيب الألومنيوم المفتوحة الطرفين والموضوعة في صفوف أفقية.
2 ـ الوقود الانشطاري:
ويشمل اليورانيوم الطبيعي الذي ينقى من الشوائب ويشكل على هيئة أسطونات تغلف بالألومنيوم وتوضع في أنابيب الجزء الأوسط من هيكل المفاعل.
3 ـ المادة المهدئة:
يستخدم الجرافيت مادة مهدئة لأنه لا يمتص النيوترونات ووزنه الذري صغير.
4 ـ المادة المنظمة:
يستخدم البورون أو الكادميوم مواد منظمة لأنها تمتص النيوترونات بسرعة. ويعمل منها أربعة أعمدة يستخدم عمودان لتنظيم التفاعل المتسلسل، ويستخدم الأربعة معاً لإيقاف التفاعل المتسلسل فوراً إذا زاد عن المعدل المطلوب.
5 ـ السياج الواقي:
ويتكون من الخرسانة المسلحة بسمك 2,5 ـ 3,5 أمتار، وذلك لمنع تسرب الإشعاعات النووية.
6 ـ المواد المبردة:
يستخدم الماء العادي المضغوط أو غازات خاملة أو تيارات من الهواء وذلك لامتصاص الحرارة من المفاعل، حتى لا ترتفع درجة الحرارة وتنصهر أسطوانات اليورانيوم وأنابيب الألومنيوم ويمتلى المفاعل بالمواد المشعة.
شرح عمل المفاعل الحراري:
1 ـ تخفض أعمدة التنظيم ثم توضع أسطوانات اليورانيوم في أنابيب هيكل المفاعل وتغلق فتحات الأنابيب بسدادات سميكة متعددة الطبقات.
2 ـ توضع كتل الجرافيت (المادة المهدئة) بين أنابيب هيكل المفاعل.
3 ـ يرفع أحد أعمدة التنظيم قليلاً فيبدأ التفاعل المتسلسل بإحدى النيوترونات.
4 ـ يشطر النيوترون نواة يورانيوم 235 ويخرج ثلاثة نيوترونات يؤسر أحدها بواسطة نواة يورانيوم 238 التي تتحول في النهاية إلى نواة بلوتونيوم، ويهرب الآخران إلى الجرافيت. ويفعل التصادمات المرنة مع ذرات الكربون يصلان إلى السرعة الحرارية ويدخل كلٌّ منهما في أسطوانة يورانيوم ويشطر نواة 235 ويتكرر ما سبق.
5 ـ تضبط أطوال أعمدة التنظيم للحصول على التفاعل المتسلسل بالمعدل المطلوب.
6 ـ تمرر المواد المبرة لامتصاص الحرارة من المفاعل.
أجهزة التفاعلات النووية
هي أجهزة يتم فيها التفاعل المتسلسل في اليورانيوم الطبيعي أو البلوتونيوم كما يتم فيها تنظيم التفاعل المتسلسل والسيطرة عليه.
وتنقسم المفاعلات النووية إلى:
1 ـ المفاعلات الحرارية:
وفيها تعرض النيوترونات الناتجة من الانشطار إلى مادة مهدئة لتقليل سرعتها لتصل إلى السرعة الحرارية اللازمة لشطر يورانيوم 235.
2 ـ المفاعلات السريعة والمولدة:
لا يستخدم فيها مادة مهدئة والغرض منها إنتاج البلوتونيوم الذي يستخدم في صناعة القنابل الذرية.
وتنقسم المفاعلات النووية إلى:
1 ـ المفاعلات الحرارية:
وفيها تعرض النيوترونات الناتجة من الانشطار إلى مادة مهدئة لتقليل سرعتها لتصل إلى السرعة الحرارية اللازمة لشطر يورانيوم 235.
2 ـ المفاعلات السريعة والمولدة:
لا يستخدم فيها مادة مهدئة والغرض منها إنتاج البلوتونيوم الذي يستخدم في صناعة القنابل الذرية.
|
المكونات
|
المادة المستخدمة
|
ملاحظات
|
|
الوقود النووي
|
نظيراليورانيوم
(235) |
بكمية تكفي لحدوث التفاعل المتسلسل.(الكتلة الحرجة)
|
|
مادة مهدئة
|
الكربون(الجرافيت)أو الماء الثقيل وغيرها
|
تعمل علىإبطاء سرعة النيوترونات الناتجة عن الانشطار
|
|
مادة منظمة
|
قضبان منالكادميومأ والبورون
|
الغرض منهاالتحكم في عدد النيوترونات التي تسبب استمرار الانشطار النووي وسرعته، ولذلك توضع بين قضبان الوقود النووي، حيث لها القدرة على امتصاص النيوترونات، وبذلك يسير التفاعل بمعدل مأمون، كما يمكن إيقاف التفاعل بواسطتها عند إدخال عدد كاف من القضبان
|
|
مادة مبردة
|
الماء عادة
|
فائدته نقل الحرارةالناتجة عن الانشطار النووي إلى مبادل حراري، ومنه إلى توربين لتوليد الطاقة الكهربائية
|
ملاحظة:
يحاط المفاعل النووي بسياج واق من الخرسانة المسلحة والرصاص، وفائدته الوقاية من الحرارة العالية، ومنع تسرب إشعاعات ألفا وبيتا وجاما الناتجة عن التحلل التلقائي للوقود النووي.
يحاط المفاعل النووي بسياج واق من الخرسانة المسلحة والرصاص، وفائدته الوقاية من الحرارة العالية، ومنع تسرب إشعاعات ألفا وبيتا وجاما الناتجة عن التحلل التلقائي للوقود النووي.
الميكانيكا
الميكانيكا: فرع من علم الفيزياء يبحث في تأثير القوى على الأجسام الصلبة والسائلة والغازية في حالة الحركة والسكون. فهي تدرس, على سبيل المثال, كيف تعمل القوة على جسم لتنتج تسارعاً. وسماها العرب الأقدمون علم الحيل. يعتمد المهندسون على علم علم الميكانيكا لتحديد الإجهادات والتشوهات في أجزاء الآلات كالتروس المُسنَّنة أو الأجزاء التركيبية كأعمدة التحميل. كما يستخْدم المهندسون أسس الميكانيكا في تصميم وتصنيع الأجزاء المختلفة الأحجام سواء كانت شديدة الدقة كأجزاء الحاسوب، أو شديدة الضخامة كالسدود. كذلك يستخدمها علماء الفلك في إجاء تنبؤاتهم بتحركات النجوم والكواكب والأجرام الكونية، كما يستخدمها علماء الطبيعة في بحوثهم عن الجسيمات الذرية.
تنقسم الميكانيكا إلى قسمين الإستاتيكا والديناميكا فالإستاتيكا تُعني بالبحث في طبيعة الأجسام في حالة السكون أو الحركة في سرعة ثابتة واتجاه ثابت. أما الديناميكا فتُعني بالبحث في طبيعة الأجسام المتغيرة السرعة أو الاتجاه أو كليهما، وعلاقتهما بالقوى المؤثرة الأخرى.
وتعني ميكانيكا الجوامد بالبحث في حركة المواد الصلبة والأجسام الجامدة القابلة للتشكل والقوى التي تُسبِّب هذه الحركة. أما الميكانيكا المتصلة فتتعامل مع المواد المتغيرة الشكل، مثل الغازات والسوائل والأجسام الصلبة المرنة. ويشمل علم الميكانيكا المتصلة نظرية المرونة، وهي دراسة التشكيلات الارتدادية للمواد الصلبة، ونظرية اللدونة؛ أي دراسة التشكيلات الدائمة للمواد الصلبة، وديناميكا الموائع أي دراسة حركة الموائع، وكذلك الديناميكا الهوائية؛ أي دراسة الغازات وحركتها حول الأجسام، وأخيراً الهيدروليكا وهي دراسة السوائل في حالة السكون أو الحركة.
تنقسم الميكانيكا إلى قسمين الإستاتيكا والديناميكا فالإستاتيكا تُعني بالبحث في طبيعة الأجسام في حالة السكون أو الحركة في سرعة ثابتة واتجاه ثابت. أما الديناميكا فتُعني بالبحث في طبيعة الأجسام المتغيرة السرعة أو الاتجاه أو كليهما، وعلاقتهما بالقوى المؤثرة الأخرى.
وتعني ميكانيكا الجوامد بالبحث في حركة المواد الصلبة والأجسام الجامدة القابلة للتشكل والقوى التي تُسبِّب هذه الحركة. أما الميكانيكا المتصلة فتتعامل مع المواد المتغيرة الشكل، مثل الغازات والسوائل والأجسام الصلبة المرنة. ويشمل علم الميكانيكا المتصلة نظرية المرونة، وهي دراسة التشكيلات الارتدادية للمواد الصلبة، ونظرية اللدونة؛ أي دراسة التشكيلات الدائمة للمواد الصلبة، وديناميكا الموائع أي دراسة حركة الموائع، وكذلك الديناميكا الهوائية؛ أي دراسة الغازات وحركتها حول الأجسام، وأخيراً الهيدروليكا وهي دراسة السوائل في حالة السكون أو الحركة.
الميكروفون
جهاز يعمل على تحويل الصوت إلى طاقة كهربائية. وتنتقل هذه الطاقة مباشرة عبر أسلاك أو خلال موجات راديو، إلى مُستقبل مرتبط مع مكبر للصوت، أو أداة أخرى تحوله إلى صوت. وقد اتخذ أول ميكروفون شكل هاتف البث الذي طوره المخترع الأمريكي ألكسندر جراهام بِل عام 1876 م. واليوم تستخدم الميكروفونات في أنظمة مخاطبة الجمهور، وفي بث العروض التلفازية والإذاعية، وفي تسجيل الصوت للأفلام، وفي طبع الأسطوانات، وفي تسجيلات الكاسيت. وتُستَخدم الميكروفونات أيضاً في الإذاعاتُ الشعبية وإذاعات الهُواة.
النشاط الإشعاعي الطبيعي والنشاط الإشعاعي الصناعي
النشاط الإشعاعي الطبيعي هو نشاط العناصر المشعة الموجودة في الطبيعة مثل اليورانيوم.
أما النشاط الإشعاعي الصناعي فهو نشاط العناصر المشعة المحضّرة من التفاعلات النووية.
وفي النشاط الإشعاعي الطبيعي يشع العنصر دقائق ألفا وبيتا مع خروج فوتونات جاما، ويتحول العنصر المشع إلى عنصر مشع آخر وهكذا حتى يستقر العنصر عندما يُصبح رصاصاً. أما في النشاط الإشعاعي الصناعي فإن العنصر يشع إما دقيقة بيتا السالبة ويستقر، وإما دقيقة بيتا الموجبة ويستقر بالإضافة إلى خروج فوتونات جاما.
أما النشاط الإشعاعي الصناعي فهو نشاط العناصر المشعة المحضّرة من التفاعلات النووية.
وفي النشاط الإشعاعي الطبيعي يشع العنصر دقائق ألفا وبيتا مع خروج فوتونات جاما، ويتحول العنصر المشع إلى عنصر مشع آخر وهكذا حتى يستقر العنصر عندما يُصبح رصاصاً. أما في النشاط الإشعاعي الصناعي فإن العنصر يشع إما دقيقة بيتا السالبة ويستقر، وإما دقيقة بيتا الموجبة ويستقر بالإضافة إلى خروج فوتونات جاما.
النظائر المشعّة
يوجد في الطبيعة أكثر من 270 نظيراً ثابتاً، ونحو 50 نظيراً آخر مشعاً، بما فيها نظائر اليورانيوم والراديوم. وتسمى هذه النظائر التي تقذف جسيمات أو أشعة نظائر مشعة.
وكل العناصر التي هي أثقل من البزموت (عدده الذري 83) مشعة. وتنحل (تتفكك) هذه الذرات المشعة وتتحول إلى نظائر لعناصر أخر أخف وزناً. فهي تنتمي إلى ثلاث سلاسل انحلال مشعة تبدأ بـ 238U و 235U و 232Th. وتنحل هذه الذرات الثقيلة إلى نظائر مختلفة، وتستمر هكذا حتى تتحول إلى نظائر الرصاص المستقرة الثابتة. أما السرعة التي تنحل بها النظائر المشعة فتقاس بنصف العمر، أو بالوقت اللازم حتى تنحل ذرات عينة ما إلى النصف. ولكلِّ نظير نصف عمر معين. وبعض النظائر في السلاسل المشعة تنحل ببطء. فنظير الراديوم 226Ra مثلاً، له نصف عمر يصل إلى 1,600 سنة. وبعض العناظر الأخرى تنحل بسرعة فائقة، حتى أن أنصاف أعمار بعضها يساوي جزءاً صغيراً من ثانية. ويمكن للنظائر ذات أنصاف الأعمار القصيرة أن توجد في الطبيعة. فهي تتكون باستمرار عن طريق الانحلال الذي يحصل للنظير الأم الأثقل في السلاسل.
ويوجد قليل من النظائر المشعة المتناثرة التي لا تنتمي إلى السلاسل، بين العناصر الأخف من البزموت. من هذه العناصر عنصر البوتاسيوم ـ40، والروبيديوم ـ87، والمسريوم ـ146، واللوتيتيوم ـ176، والرينيوم ـ187.
النظائر المشعة صناعياً: تمكّن العلماء من إنتاج كثير من النظائر المشعة صناعياً. وهي ليست موجودة في الطبيعة، ولو وجدت لانحلت منذ زمن بعيد. يمكن إنتاج هذه النظائر صناعياً، إما في السيكلوترونات، وغيرها من الأجهزة المسرِّعة للجسيمات، أو في المفاعلات النووية. يمكن للعلماء ـ مثلاً ـ أن يقذفوا نظيراً من نظائر الصوديوم 23Na بديوترونات ذات طاقة عالية في السيكلوترون. والديوترون جسيم مكون من بروتون ونيوترون، وإذا اصطدم بذرة صوديوم 23Na، حدث تفاعل نووي، يغدو فيه النيوترون جزءاً من نواة الذرة، وينطرح بروتون منتجاً 24Na. كذلك تصنع النظائر المشعة بتعريض العناصر في مفاعل نووي إلى عدد ضخم من النيوترونات. فذرات الصوديوم 23Na، على سبيل المثال تقتنص نيوترونات من المفاعل وتتحول إلى 24Na. ويؤدي انشطار (أو انفلاق)اليورانيوم إلى نشوء أكثر من 450 نظيراً مشعاً، وأكثر من 100 نظير ثابت مستقر.
وقد تمكن العلماء من إنتاج نحو 1,700 نظير مشع، شملت كافة العناصر. واليوم يوجد للعديد من العناصر 15 نظيراً صناعياً أو أكثر.
كذلك أمكن إنتاج كل العناصر التي لا توجد في الأرض. ومن هذه العناصر التكنيتيوم والبروميثيوم اللذان يوجدان في بعض النجوم ـ والعناصر 93 إلى 109، وهي ما تعرف بعناصر ما فوق اليورانيوم.
ولهذه العناصر المشعة أنصاف أعمار قصيرة، ولهذا اختفت من الأرض بالانحلال إلى عناصر أخرى. وقد شذ البلوتونيوم عن ذلك، فقد وجد العلماء كميات قليلة جداً من نظير البلوتونيوم 244Pu في الأرض.
وكل العناصر التي هي أثقل من البزموت (عدده الذري 83) مشعة. وتنحل (تتفكك) هذه الذرات المشعة وتتحول إلى نظائر لعناصر أخر أخف وزناً. فهي تنتمي إلى ثلاث سلاسل انحلال مشعة تبدأ بـ 238U و 235U و 232Th. وتنحل هذه الذرات الثقيلة إلى نظائر مختلفة، وتستمر هكذا حتى تتحول إلى نظائر الرصاص المستقرة الثابتة. أما السرعة التي تنحل بها النظائر المشعة فتقاس بنصف العمر، أو بالوقت اللازم حتى تنحل ذرات عينة ما إلى النصف. ولكلِّ نظير نصف عمر معين. وبعض النظائر في السلاسل المشعة تنحل ببطء. فنظير الراديوم 226Ra مثلاً، له نصف عمر يصل إلى 1,600 سنة. وبعض العناظر الأخرى تنحل بسرعة فائقة، حتى أن أنصاف أعمار بعضها يساوي جزءاً صغيراً من ثانية. ويمكن للنظائر ذات أنصاف الأعمار القصيرة أن توجد في الطبيعة. فهي تتكون باستمرار عن طريق الانحلال الذي يحصل للنظير الأم الأثقل في السلاسل.
ويوجد قليل من النظائر المشعة المتناثرة التي لا تنتمي إلى السلاسل، بين العناصر الأخف من البزموت. من هذه العناصر عنصر البوتاسيوم ـ40، والروبيديوم ـ87، والمسريوم ـ146، واللوتيتيوم ـ176، والرينيوم ـ187.
النظائر المشعة صناعياً: تمكّن العلماء من إنتاج كثير من النظائر المشعة صناعياً. وهي ليست موجودة في الطبيعة، ولو وجدت لانحلت منذ زمن بعيد. يمكن إنتاج هذه النظائر صناعياً، إما في السيكلوترونات، وغيرها من الأجهزة المسرِّعة للجسيمات، أو في المفاعلات النووية. يمكن للعلماء ـ مثلاً ـ أن يقذفوا نظيراً من نظائر الصوديوم 23Na بديوترونات ذات طاقة عالية في السيكلوترون. والديوترون جسيم مكون من بروتون ونيوترون، وإذا اصطدم بذرة صوديوم 23Na، حدث تفاعل نووي، يغدو فيه النيوترون جزءاً من نواة الذرة، وينطرح بروتون منتجاً 24Na. كذلك تصنع النظائر المشعة بتعريض العناصر في مفاعل نووي إلى عدد ضخم من النيوترونات. فذرات الصوديوم 23Na، على سبيل المثال تقتنص نيوترونات من المفاعل وتتحول إلى 24Na. ويؤدي انشطار (أو انفلاق)اليورانيوم إلى نشوء أكثر من 450 نظيراً مشعاً، وأكثر من 100 نظير ثابت مستقر.
وقد تمكن العلماء من إنتاج نحو 1,700 نظير مشع، شملت كافة العناصر. واليوم يوجد للعديد من العناصر 15 نظيراً صناعياً أو أكثر.
كذلك أمكن إنتاج كل العناصر التي لا توجد في الأرض. ومن هذه العناصر التكنيتيوم والبروميثيوم اللذان يوجدان في بعض النجوم ـ والعناصر 93 إلى 109، وهي ما تعرف بعناصر ما فوق اليورانيوم.
ولهذه العناصر المشعة أنصاف أعمار قصيرة، ولهذا اختفت من الأرض بالانحلال إلى عناصر أخرى. وقد شذ البلوتونيوم عن ذلك، فقد وجد العلماء كميات قليلة جداً من نظير البلوتونيوم 244Pu في الأرض.
النظام المتري
النظام المتري: مجموعة من الوحدات تستخدم للقيام بأي من عمليات القياس؛ كقياس الطول أو الحرارة أو الزمن أو الوزن. وهو نظام لا يضاهيه من حيث البساطة أي نظام قياس استخدم حتى الآن.
تم استحداث هذا النظام على أيدي مجموعة من العلماء الفرنسيين في العقد الأخير من القرن الثامن عشر الميلادي، وتمت مراجعته عدة مرات. وهو يُسمى في هيئته الحالية رسمياً باسم النظام العالمي للوحدات. أما التسمية متري فأصلها هو وحدة قياس الطول الأساسية، المتر.
تم استحداث هذا النظام على أيدي مجموعة من العلماء الفرنسيين في العقد الأخير من القرن الثامن عشر الميلادي، وتمت مراجعته عدة مرات. وهو يُسمى في هيئته الحالية رسمياً باسم النظام العالمي للوحدات. أما التسمية متري فأصلها هو وحدة قياس الطول الأساسية، المتر.
استخدام النظام المتري:
ترجع سهولة استخدام النظام المتري إلى سببين؛ فهو أولاً يتبع النظام العشري ـ أي أن الوحدات المترية تتزايد وتتناقص في المقدار بالعشرات. كذلك فإن جميع القياسات في النظام المتري مبنية على سبع وحدات أساسية، بينما يحتاج النظام البريطاني لأكثر من عشرين وحدة، وذلك لمجرد إجراء القياسات المألوفة. وتتطلب القياسات للأغراض المتخصصة زيادة العديد من هذه الوحدات الأساسية.
التنظيم العشري: ولمعظم الوحدات المترية بادئات تبين علاقتها بالوحدة الأساسية، ولكل بادئة نفس المعنى بغض النظر عن الوحدة الأساسية. وهذا الاتساق يزيد من سهولة القياس على الطريقة المترية.
وتُستَخدم البادئات الإغريقية لتبيان مضاعفات أي وحدة أساسية فتجعل الوحدة أكبر. على سبيل المثال هكتو تعني مائة مرة وكيلو تعني ألف مرة. أما البادئات اللاتينية فستستخدم للدلالة على قواسم الوحدة الأساسية فتجعلها أصغر. مثلاً: سنتي تعني 1/100 وملي تعني 1/1000 ويتضمن هذا المقال كل البادئات وعلاقاتها بالوحدة الأساسية.
وحدات القياس المترية: تتكون قاعدة النظام المتري من سبع وحدات، ونقتصر على أربع منها فقط في معظم عمليات القياس التي نؤديها في حياتنا اليومية. 1 ـ المتر وهو الوحدة الأساسية للطول أو المسافة. 2 ـ الكيلوجرام وهو الوحدة الأساسية لكتلة الجسم أو وزنه على سطح الأرض. 3 ـ الثانية وهي وحدة الزمن الأساسية. 4 ـ الكلفين وهي الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة. يقوم معظم الناس عند قياس درجة الحرارة مترياً باستخدام الدرجات المئوية. وتساوي وحدة كلفين درجة مئوية واحدة، غير أن نقطتي الابتداء في هذين النظامين لقياس درجة الحرارة مختلفتان.
أما الثلاث وحدات الأساسية الباقية فإنها ذات استخدامات متخصصة لدى العلماء والمهندسين وهي: 5 ـ الأمبير، الوحدة الأساسية للقياس في الكهرباء. 6 ـ المول وحدة القياس الأساسية لمقدار أي مادة تدخل في تفاعل كيميائي أو غيره. 7 ـ الشمعة القياسية وهي الوحدة الأساسية لقياس شدة الإضاءة. كذلك يضم النظام المتري وحدتين إضافيتين لقياس الزوايا هما الزاوية نصف القطرية (الراديان) والإستراديان (الراديان الفراغي). انظر: الزاوية نصف القطرية.
ترجع سهولة استخدام النظام المتري إلى سببين؛ فهو أولاً يتبع النظام العشري ـ أي أن الوحدات المترية تتزايد وتتناقص في المقدار بالعشرات. كذلك فإن جميع القياسات في النظام المتري مبنية على سبع وحدات أساسية، بينما يحتاج النظام البريطاني لأكثر من عشرين وحدة، وذلك لمجرد إجراء القياسات المألوفة. وتتطلب القياسات للأغراض المتخصصة زيادة العديد من هذه الوحدات الأساسية.
التنظيم العشري: ولمعظم الوحدات المترية بادئات تبين علاقتها بالوحدة الأساسية، ولكل بادئة نفس المعنى بغض النظر عن الوحدة الأساسية. وهذا الاتساق يزيد من سهولة القياس على الطريقة المترية.
وتُستَخدم البادئات الإغريقية لتبيان مضاعفات أي وحدة أساسية فتجعل الوحدة أكبر. على سبيل المثال هكتو تعني مائة مرة وكيلو تعني ألف مرة. أما البادئات اللاتينية فستستخدم للدلالة على قواسم الوحدة الأساسية فتجعلها أصغر. مثلاً: سنتي تعني 1/100 وملي تعني 1/1000 ويتضمن هذا المقال كل البادئات وعلاقاتها بالوحدة الأساسية.
وحدات القياس المترية: تتكون قاعدة النظام المتري من سبع وحدات، ونقتصر على أربع منها فقط في معظم عمليات القياس التي نؤديها في حياتنا اليومية. 1 ـ المتر وهو الوحدة الأساسية للطول أو المسافة. 2 ـ الكيلوجرام وهو الوحدة الأساسية لكتلة الجسم أو وزنه على سطح الأرض. 3 ـ الثانية وهي وحدة الزمن الأساسية. 4 ـ الكلفين وهي الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة. يقوم معظم الناس عند قياس درجة الحرارة مترياً باستخدام الدرجات المئوية. وتساوي وحدة كلفين درجة مئوية واحدة، غير أن نقطتي الابتداء في هذين النظامين لقياس درجة الحرارة مختلفتان.
أما الثلاث وحدات الأساسية الباقية فإنها ذات استخدامات متخصصة لدى العلماء والمهندسين وهي: 5 ـ الأمبير، الوحدة الأساسية للقياس في الكهرباء. 6 ـ المول وحدة القياس الأساسية لمقدار أي مادة تدخل في تفاعل كيميائي أو غيره. 7 ـ الشمعة القياسية وهي الوحدة الأساسية لقياس شدة الإضاءة. كذلك يضم النظام المتري وحدتين إضافيتين لقياس الزوايا هما الزاوية نصف القطرية (الراديان) والإستراديان (الراديان الفراغي). انظر: الزاوية نصف القطرية.
البادئات المترية:
هذه البادئات يمكن إضافتها إلى معظم الوحدات المترية لزيادة أو نقص مقدارها، فكيلومتر مثلاً يساوي ألف متر، والبادئات سنتي، كيلو وملي هي الأكثر شيوعاً.
البادئة الزيادة أو النقصان في الوحدة إكسا 1,000,000,000,000,000,000 (كوينتيليون واحد)
بيتا 1,000,000,000,000,000 (كوادريليون واحد)
تيرا 1,000,000,000,000 (تريليون واحد)
جيجا 1,000,000,000 (بليون واحد)
ميجا 1,000,000 (مليون واحد)
كيلو 1,000 (ألف واحد)
هكتو 100 (مائة واحد)
ديكا 10 (عشرة)
ديسي 0,1 (جزء من عشرة)
سنتي 0,01 (جزء من المائة)
ملي 0,001 (جزء من الألف)
مايكرو 0,000,001 (جزء من الألف)
نانو 0,000,000,001 (جزء من البليون)
بيكو 0,000,000,000,001 (جزء من التريليون)
فمتو 0,000,000,000,000,001 (جزء من الكرادريليون)
أتو 0,000,000,000,000,000,001 (جزء من الكونيتليون)
بعض التواريخ المهمة في تطور النظام المتري:
1670 م الفرنسي جابريل يقترح نظاماً عشرياً للقياس مبنياً على جزء من محيط الأرض.
1671 م الفلكي الفرنسي جين بيكارد يقترح استخدام طول البندول الذي يتأرجح مرة واحدة في الثانية كمعيار لوحدة الطول.
1790 م المجلس الوطني الفرنسي يطلب من الأكاديمية الفرنسية للعلوم إنشاء نظام للموازين والمقاييس. سمِّي النظام الذي استحدثته الأكاديمية باسم النظام المتري.
1795 م تبنت فرنسا النظام المتري ولكن سمحت للناس بمواصلة استخدام وحدات أخرى.
1837 م أجازت فرنسا قانوناً يفرض على كل فرنسي البدء في استخدام النظام المتري في 1 / 1 / 1840 م.
1866 م أجاز الكونجرس في أمريكا استخدام النظام المتري ولكن لم يفرض استخدامه.
1870 ـ 1875 م عُقد مؤتمر عالمي لتحديث النظام المتري ولتبني معايير قياس جديدة للكيلوجرام والمتر، وقد شاركت 17 دولة في المؤتمر.
1875 م تم توقيع معاهدة المتر في نهاية مؤتمر 1870 ـ 1875م وأنشأت المعاهدة منظمة دائمة، وهي وكالة الموازين والمقاييس، لتعديل النظام المتري حسب الحاجة.
1889 م استحدثت معايير جديدة للمتر والكيلوجرام مبنية على تلك التي تبناها مؤتمتر 1870 ـ 1875م وأرسلت للدول التي وقعت اتفاقية المتر.
1960 م في مؤتمر عام للموازين قامت الدول التي تستخدم النظام المتري بتبني صيغة معدلة من النظام.
1965 م بدأت بريطانيا في التحول للنظام المتري.
1970 م بدأت أستراليا عملية تحول للنظام المتري مبرمجة على عشر سنوات.
1971 م أوصت إحدى الدراسات التي قام بها الكونجرس أن تقوم الولايات المتحدة بالتخطيط للتحول للنظام المتري.
1975 م بدأت كندا في التحول التدريجي نحو النظام المتري.
1975 م أجاز الكونجرس الأمريكي قانون التغيير للنظام المتري والذي نادى بالتحول الاختياري لهذا النظام.
1983 م تم في مؤتمر عام للموازين والمقاييس تبني معيار قياسي جديد للمتر.
1988 م أجاز الكونجرس الأمريكي القانون المعروف باسم القانون الجامع للتجارة والتنافس وقد احتوى القانون على فقرة تطلب من كل وكالات الحكومة الفيدرالية استخدام النظام المتري في كل المعاملات الرسمية ابتداءً من عام 1992 م.
هذه البادئات يمكن إضافتها إلى معظم الوحدات المترية لزيادة أو نقص مقدارها، فكيلومتر مثلاً يساوي ألف متر، والبادئات سنتي، كيلو وملي هي الأكثر شيوعاً.
البادئة الزيادة أو النقصان في الوحدة إكسا 1,000,000,000,000,000,000 (كوينتيليون واحد)
بيتا 1,000,000,000,000,000 (كوادريليون واحد)
تيرا 1,000,000,000,000 (تريليون واحد)
جيجا 1,000,000,000 (بليون واحد)
ميجا 1,000,000 (مليون واحد)
كيلو 1,000 (ألف واحد)
هكتو 100 (مائة واحد)
ديكا 10 (عشرة)
ديسي 0,1 (جزء من عشرة)
سنتي 0,01 (جزء من المائة)
ملي 0,001 (جزء من الألف)
مايكرو 0,000,001 (جزء من الألف)
نانو 0,000,000,001 (جزء من البليون)
بيكو 0,000,000,000,001 (جزء من التريليون)
فمتو 0,000,000,000,000,001 (جزء من الكرادريليون)
أتو 0,000,000,000,000,000,001 (جزء من الكونيتليون)
بعض التواريخ المهمة في تطور النظام المتري:
1670 م الفرنسي جابريل يقترح نظاماً عشرياً للقياس مبنياً على جزء من محيط الأرض.
1671 م الفلكي الفرنسي جين بيكارد يقترح استخدام طول البندول الذي يتأرجح مرة واحدة في الثانية كمعيار لوحدة الطول.
1790 م المجلس الوطني الفرنسي يطلب من الأكاديمية الفرنسية للعلوم إنشاء نظام للموازين والمقاييس. سمِّي النظام الذي استحدثته الأكاديمية باسم النظام المتري.
1795 م تبنت فرنسا النظام المتري ولكن سمحت للناس بمواصلة استخدام وحدات أخرى.
1837 م أجازت فرنسا قانوناً يفرض على كل فرنسي البدء في استخدام النظام المتري في 1 / 1 / 1840 م.
1866 م أجاز الكونجرس في أمريكا استخدام النظام المتري ولكن لم يفرض استخدامه.
1870 ـ 1875 م عُقد مؤتمر عالمي لتحديث النظام المتري ولتبني معايير قياس جديدة للكيلوجرام والمتر، وقد شاركت 17 دولة في المؤتمر.
1875 م تم توقيع معاهدة المتر في نهاية مؤتمر 1870 ـ 1875م وأنشأت المعاهدة منظمة دائمة، وهي وكالة الموازين والمقاييس، لتعديل النظام المتري حسب الحاجة.
1889 م استحدثت معايير جديدة للمتر والكيلوجرام مبنية على تلك التي تبناها مؤتمتر 1870 ـ 1875م وأرسلت للدول التي وقعت اتفاقية المتر.
1960 م في مؤتمر عام للموازين قامت الدول التي تستخدم النظام المتري بتبني صيغة معدلة من النظام.
1965 م بدأت بريطانيا في التحول للنظام المتري.
1970 م بدأت أستراليا عملية تحول للنظام المتري مبرمجة على عشر سنوات.
1971 م أوصت إحدى الدراسات التي قام بها الكونجرس أن تقوم الولايات المتحدة بالتخطيط للتحول للنظام المتري.
1975 م بدأت كندا في التحول التدريجي نحو النظام المتري.
1975 م أجاز الكونجرس الأمريكي قانون التغيير للنظام المتري والذي نادى بالتحول الاختياري لهذا النظام.
1983 م تم في مؤتمر عام للموازين والمقاييس تبني معيار قياسي جديد للمتر.
1988 م أجاز الكونجرس الأمريكي القانون المعروف باسم القانون الجامع للتجارة والتنافس وقد احتوى القانون على فقرة تطلب من كل وكالات الحكومة الفيدرالية استخدام النظام المتري في كل المعاملات الرسمية ابتداءً من عام 1992 م.
النظرية الميزونية
تفسير هذه النظرية القوى الكامنة في النواة التي تعمل على ربط النويات والتي تساوي طاقة الترابط النووي.
فروض النظرية الميزونية:
1 ـ ميزونات باي وتشمل ميزون باي الموجب II+ وميزون باي السالب II- والمتعادل – وتعرف هذه الميزونات بالميزونات الثقيلة وهي المسؤولة عن ربط النويات.
2 ـ يتم الجذب بين البروتون والنيوترون بواسطة التأثير المتبادل لميزون باي الموجب فيتحول البروتون إلى نيوترون والنيوترون إلى بروتون.
3 ـ يتم الجذب بين النيوترون والبروتون بواسطة التأثير المتبادل لميزون باي السالب فيتحول النيوترون إلى بروتون والبروتون إلى نيوترون.
4 ـ يتم الجذب بين بروتونين وكذلك بين نيوترونين بواسطة التأثير المتبادل لميزونات باي المتعادلة.
5 ـ تبادل الميزونات يتم بسرعة عظيمة جداً وينشأ عن ذلك قوة الربط بين النويات ويكون – مجموعة طاقة حركة الميزونات = طاقة الترابط النووي.
فروض النظرية الميزونية:
1 ـ ميزونات باي وتشمل ميزون باي الموجب II+ وميزون باي السالب II- والمتعادل – وتعرف هذه الميزونات بالميزونات الثقيلة وهي المسؤولة عن ربط النويات.
2 ـ يتم الجذب بين البروتون والنيوترون بواسطة التأثير المتبادل لميزون باي الموجب فيتحول البروتون إلى نيوترون والنيوترون إلى بروتون.
3 ـ يتم الجذب بين النيوترون والبروتون بواسطة التأثير المتبادل لميزون باي السالب فيتحول النيوترون إلى بروتون والبروتون إلى نيوترون.
4 ـ يتم الجذب بين بروتونين وكذلك بين نيوترونين بواسطة التأثير المتبادل لميزونات باي المتعادلة.
5 ـ تبادل الميزونات يتم بسرعة عظيمة جداً وينشأ عن ذلك قوة الربط بين النويات ويكون – مجموعة طاقة حركة الميزونات = طاقة الترابط النووي.
انقلاب الجمهرة
Population Inversion
Population Inversion
المادة في الحالة الطبيعية تكون ذراتها مستقرة وموزعة في مستويات الطاقة وفقاً لما يمثله الشكل (1) الذي يبين أن عدد الذرات في مستوى الطاقة الأدنى E 1 يكون أكبر من عددها في المستوى الذي يعلوه E 2، ويتناقص العدد تباعاً في مستويات الطاقة الأعلى E 3 ثم E 4… وإذا استثيرت الذرة (كما يحدث في جهاز توليد الليزر نتيجة ضخ الطاقة hv) فإن توزيع عددها في مستويات الطاقة يتغير نتيجة لانتقال إلكترونات من المستويات الأدنى إلى المستويات التي تعلوها. وعندما تنتقل إلكترونات من المستوى E 1 إلى المستوى E 2 بحيث يصبح عدد الذرات في المستوى E 1 أقل من عددها في المستوى E 2 (كما بالشكل (2) يقال للذرات إنها في حالة «تعاكس إسكاني»، ويكون هذا الوضع غير مستقر، وتحاول الذرات بطبيعتها أن تعود إلى الحالة المستقرة بانتقال إلكترون من المستوى E 2 إلى المستوى E 1، وكل إلكترون يفعل ذلك يتخلى عن طاقة قدرها hv (هي الطاقة المنبعثة وقدرها (E 1 – E 2 = hv) (أي لها التردد نفسه للفوتون الساقط من الضخ) . وتكون حركة كل من الفوتونين في الاتجاه نفسه.
وعند ضخ الفوتونات ذات التردد v لكي تسقط على الذرات يحدث أحد أمور ثلاثة (يوضحها الشكل 3): (أ) إذا كانت طاقة الفوتون الساقط (الذي يضخّ) لا تساوي (E 2 – E 1) فإنه يمر بين ذرات المادة دون أن يتفاعل معها (الشكل أ) . (ب) وإذا كانت طاقة الفوتون الساقط تساوي الفرق (E 2 – E 1) وكان عدد الذرات بالمستوى الأدنى E 1 أكبر من عددها بالمستوى الأعلى E 2 فإن الذرة تمتص الفوتون الساقط عليها (بانتقال الكترون من E 1 إلى E 2 ـ الشكل ب) . (ج) وإذا كانت طاقة الفوتون الساقط تساوي الفرق (E 2 – E 1) وكانت الذرات في حالة تعاكس اسكاني (أي أن عددها بالمستوى E 1 أقل من عددها بالمستوى E 2) فإن الذرات المستحثة يمكنها أن تشع الطاقة الممتصة الزائدة (E 2 – E 1) لتعود الذرة إلى المستوى E 1 حيث تكون أكثر استقراراً (الشكل ج) . وقبل أن تجد الذرات فرصة للعودة إلى المستوى الأدنى للطاقة E 1 فإن الفوتونات الساقطة تصطدم بالذرة المستحثة والتي تعود عندئذ إلى مستوى الطاقة الأدنى، ويصحب ذلك انبعاث فوتون له التردد (v) نفسه. وتواصل الفوتونات الساقطة سيرتها مصحوبة بالفوتونات المنبعثة. وفي جهاز توليد أشعة الليزر يتزايد عدد هذه الفوتونات وتتصاعد طاقتها كلما طالت مسيرتها، الأمر الذي يتحقق بوجود السطحين العاكسين. وفي نهاية الأمر تتمكن الفوتونات عالية الطاقة من اختراق السطح نصف العاكس، منطلقة إلى خارج مولد أشعة الليزر على شكل حزمة دقيقة من الأشعة المكثفة والمتوازية والمترابطة، هي حزمة أشعة الليزر.
وعند ضخ الفوتونات ذات التردد v لكي تسقط على الذرات يحدث أحد أمور ثلاثة (يوضحها الشكل 3): (أ) إذا كانت طاقة الفوتون الساقط (الذي يضخّ) لا تساوي (E 2 – E 1) فإنه يمر بين ذرات المادة دون أن يتفاعل معها (الشكل أ) . (ب) وإذا كانت طاقة الفوتون الساقط تساوي الفرق (E 2 – E 1) وكان عدد الذرات بالمستوى الأدنى E 1 أكبر من عددها بالمستوى الأعلى E 2 فإن الذرة تمتص الفوتون الساقط عليها (بانتقال الكترون من E 1 إلى E 2 ـ الشكل ب) . (ج) وإذا كانت طاقة الفوتون الساقط تساوي الفرق (E 2 – E 1) وكانت الذرات في حالة تعاكس اسكاني (أي أن عددها بالمستوى E 1 أقل من عددها بالمستوى E 2) فإن الذرات المستحثة يمكنها أن تشع الطاقة الممتصة الزائدة (E 2 – E 1) لتعود الذرة إلى المستوى E 1 حيث تكون أكثر استقراراً (الشكل ج) . وقبل أن تجد الذرات فرصة للعودة إلى المستوى الأدنى للطاقة E 1 فإن الفوتونات الساقطة تصطدم بالذرة المستحثة والتي تعود عندئذ إلى مستوى الطاقة الأدنى، ويصحب ذلك انبعاث فوتون له التردد (v) نفسه. وتواصل الفوتونات الساقطة سيرتها مصحوبة بالفوتونات المنبعثة. وفي جهاز توليد أشعة الليزر يتزايد عدد هذه الفوتونات وتتصاعد طاقتها كلما طالت مسيرتها، الأمر الذي يتحقق بوجود السطحين العاكسين. وفي نهاية الأمر تتمكن الفوتونات عالية الطاقة من اختراق السطح نصف العاكس، منطلقة إلى خارج مولد أشعة الليزر على شكل حزمة دقيقة من الأشعة المكثفة والمتوازية والمترابطة، هي حزمة أشعة الليزر.
الشكل 1
الشكل 2
الشكل 3
انكماش فتزجيرالد لورنتز
لقد أوضح ألبرت اينشتين * في نظريته النسبية الخاصة * أنه من أهم الأسباب التي أدت إلى العديد من المشاكل واللبس الذي وقع فيه العلماء في أواخل القرن التاسع عشر ترتبط بالطريقة التي نتبعها في قياس أطوال الأجسام وكتلها، وخاصة الأجسام التي تتحرك بالنسبة إلينا. وكذلك عند قياسنا للفترة الزمنية بين حدثين متتاليين. وقد أوضح أينشتين أن هناك طريقتين مختلفتين لقياس طول جسم من الأجسام. فعلى سبيل المثال، نفرض أن المطلوب قياس طول إحدى عربات قطار متحرك. في هذه الحالة يمكن إجراء هذا القياس بواسطة مشاهد بداخل العربة، أي مشاهد ساكن بالنسبة للعربة ويتحرك معها. ولنفرض أنه، بحسب قياسات هذا المشاهد، وجُد أن طول العربة (ل.) . أما إذا قام مشاهد آخر، يقف على رصيف المحطة، بإجراء عملية القياس لنفس العربة أثناء مرور القطار أمامه متحركاً بسرعة منتظمة (ى) فإنه في هذه الحالة سوف يستخدم وسائل أخرى مناسبة كي يتمكن من حساب طول العربة، ولنفرض أنه قدر طول العربة بالقيمة (ل) حسب قياساته هو. ومن الطبيعي أن يختلف التقديران. وقد وجد أينشتين باستخدام «تحويلات لورنتز» * أن العلاقة بينهما هي:
ل= ل ؟ 1 ـ ى 2/ج 2 حيث ج هي سرعة الضوء، وحيث أن سرعة القطار ى تكون عادة أصغر كثيراً من سرعة الضوء ج فإن ى 2/ج 2 تكون أصغر من الواحدالصحيح. وعلى ذلك فإن ل تكون أصغر من ل.، أي أن تقدير المشاهد الواقف على رصيف المحطة لطول العربة التي تتحرك بالنسبة إليه يكون أقل من تقدير المشاهد الساكن بالنسبة للعربة لهذا الطول. أي أن المشاهد الذي تتحرك العربة بالنسبة إليه يخيل إليه كما لو كان طول العربة قد انكمش. وقد عرفت هذه النتيجة باسم «انكماش فتزجيرالد» على اسم العالم الأيرلندي فتزجيرالد الذي يقال إنه أول من استخدم تعبير «انكماش الطول» عام 1893 عند محاولته تفسير النتيجة السلبية لتجربة ميكلسون ـ مورلى *. كما يطلق على هذه الظاهرة أيضاً «انكماش لورنتز».
ومن المهم أن ندرك أن الانكماش هنا ليس انكماشاً فيزيائياً، ولكنه نشأ عند المقارنة بين طريقتين مختلفتين للقياس: في إحداهما يكون الجسم المراد تقدير طوله متحركاً بالنسبة للمشاهد الذي يقوم بعملية القياس، وفي الثانية يكون الجسم ساكناً بالنسبة للمشاهد. وبصورة أخرى نقول إنه إذا تحرك قضيب بالنسبة لمشاهد ما في اتجاه طوله، فإن القضيب يظهر للمشاهد كما لو كان قد انكمش. أما إذا تحرك القضيب في اتجاه عمودي على طوله فإنه لا يظهر أي انكماش. وقد ارتبطت هذه النتيجة بما يعرف باسم «تناقض إرِنفست» *.
ل= ل ؟ 1 ـ ى 2/ج 2 حيث ج هي سرعة الضوء، وحيث أن سرعة القطار ى تكون عادة أصغر كثيراً من سرعة الضوء ج فإن ى 2/ج 2 تكون أصغر من الواحدالصحيح. وعلى ذلك فإن ل تكون أصغر من ل.، أي أن تقدير المشاهد الواقف على رصيف المحطة لطول العربة التي تتحرك بالنسبة إليه يكون أقل من تقدير المشاهد الساكن بالنسبة للعربة لهذا الطول. أي أن المشاهد الذي تتحرك العربة بالنسبة إليه يخيل إليه كما لو كان طول العربة قد انكمش. وقد عرفت هذه النتيجة باسم «انكماش فتزجيرالد» على اسم العالم الأيرلندي فتزجيرالد الذي يقال إنه أول من استخدم تعبير «انكماش الطول» عام 1893 عند محاولته تفسير النتيجة السلبية لتجربة ميكلسون ـ مورلى *. كما يطلق على هذه الظاهرة أيضاً «انكماش لورنتز».
ومن المهم أن ندرك أن الانكماش هنا ليس انكماشاً فيزيائياً، ولكنه نشأ عند المقارنة بين طريقتين مختلفتين للقياس: في إحداهما يكون الجسم المراد تقدير طوله متحركاً بالنسبة للمشاهد الذي يقوم بعملية القياس، وفي الثانية يكون الجسم ساكناً بالنسبة للمشاهد. وبصورة أخرى نقول إنه إذا تحرك قضيب بالنسبة لمشاهد ما في اتجاه طوله، فإن القضيب يظهر للمشاهد كما لو كان قد انكمش. أما إذا تحرك القضيب في اتجاه عمودي على طوله فإنه لا يظهر أي انكماش. وقد ارتبطت هذه النتيجة بما يعرف باسم «تناقض إرِنفست» *.
الحركة المستقيمة
Rectilinear Motion
Rectilinear Motion
يعبر عن المسافة التي يقطعها جسم متحرك في وحدة الزمن بالسرعة. وَتعرف السرعة المتوسطة: النسبة بين المسافة المقطوعة والزمن الذي تم فيه قطع تلك المسافة.
وتقاس السرعة بوحدة مسافة / وحدة زمن؛ أي (م/ث) أو (كم/ساعة).
وعند لحظة معينة تسمى السرعة بالسرعة اللحظية للسيارة إن السرعة التي تتغير باستمرار زيادة كان ذلك أو نقصاناً تسمى حركة ذات تسارع. ويعرف التسارع كالآتي:
التسارع: المعدل الزمني للتغير في السرعة.
وتقاس السرعة بوحدة مسافة / وحدة زمن؛ أي (م/ث) أو (كم/ساعة).
وعند لحظة معينة تسمى السرعة بالسرعة اللحظية للسيارة إن السرعة التي تتغير باستمرار زيادة كان ذلك أو نقصاناً تسمى حركة ذات تسارع. ويعرف التسارع كالآتي:
التسارع: المعدل الزمني للتغير في السرعة.
الحركة الدائرية المنتظمة
Uniform Circular Motion
Uniform Circular Motion
لو ربطت حجراً بطرف خيط، وأمسكت بيدك الطرف الآخر للخيط، ثم قمت بتحريك الحجر في مسار دائري في مستوى، فإنك ستلاحظ أنه:
ـ عليك أن تشد الخيط دائماً بقوة لإجبار الحجر على الاستمرار في الحركة الدورانية.
ـ تزداد قوة الشد في الخيط بزيادة سرعة دوران الحجر.
ـ إذا أفلت الخيط، فإن الحجر سوف ينطلق باتجاه المماس للمسار الدائري الذي كان يسلكه لحظة الإفلات.
إن الحركة التي يتحركها الحجر المربوط بالخيط تسمى حركة دائرية منتظمة وتعرف على النحو الآتي:
الحركة الدائرية المنتظمة هي حركة جسم في مسار دائري بحيث يمسح زوايا متساوية في أزمنة متساوية.
حتى يتحرك جسم حركة دائرية منتظمة، يستلزم ذلك التأثير فيه بقوة ثابتة المقدار، وباتجاه متعامد مع اتجاه حركة الجسم؛ أي باتجاه مركز الدائرة التي يدور فيها الجسم، وحسب قانون نيوتن الثاني، فإن هذه القوة سوف تكسب الجسم تسارعاً باتجاهها؛ أي باتجاه مركز الدائرة؛ لذلك فإن هذه القوة تسمى القوة الجابذة (المركزيّة)، والتسارع الناشىء عنها بالتسارع الجابذ (المركزيّ). أما بالنسبة لسرعة الجسم الانتقالية، فيبقى مقدارها ثابتاً، وتأخذ اتجاه المماس للمسار الدائري عند أي نقطة عليه.
حركة الأجسام في مجال الجاذبية الأرضية في قانون نيوتن في الجذب العام:
لقد عمم نيوتن وجود هذه القوى بين جميع الأجسام في الكون مهما صغرت أو كبرت؛ أي أن هنالك قوة تجاذب متبادلة بين أي جسمين في الكون، فمثلاً تجذب الأرض القمر نحو مركزها، ويجذب القمر الأرض بالقوة نفسها نحو مركزه أيضاً، وكذلك التفاحة التي قيل إنها سقطت على رأس نيوتن تجذب الأرض كما تجذبها الأرض وبالقوة نفسها. وقد افترض نيوتن أن قوة التجاذب بين أي جسمين تتحدد بالعوامل الآتية:
أ ـ كتلة كل من الجسمين.
ب ـ المسافة بين مركزي الجسمين.
وينص قانون نيوتن في الجذب العام على أن:
تتناسب قوة الجذب المتبادلة بين أي جسمين في الكون تناسباً طردياً مع حاصل ضرب كتلتي الجسمين، وعكسياً مع مربع المسافة بينهما.
ـ عليك أن تشد الخيط دائماً بقوة لإجبار الحجر على الاستمرار في الحركة الدورانية.
ـ تزداد قوة الشد في الخيط بزيادة سرعة دوران الحجر.
ـ إذا أفلت الخيط، فإن الحجر سوف ينطلق باتجاه المماس للمسار الدائري الذي كان يسلكه لحظة الإفلات.
إن الحركة التي يتحركها الحجر المربوط بالخيط تسمى حركة دائرية منتظمة وتعرف على النحو الآتي:
الحركة الدائرية المنتظمة هي حركة جسم في مسار دائري بحيث يمسح زوايا متساوية في أزمنة متساوية.
حتى يتحرك جسم حركة دائرية منتظمة، يستلزم ذلك التأثير فيه بقوة ثابتة المقدار، وباتجاه متعامد مع اتجاه حركة الجسم؛ أي باتجاه مركز الدائرة التي يدور فيها الجسم، وحسب قانون نيوتن الثاني، فإن هذه القوة سوف تكسب الجسم تسارعاً باتجاهها؛ أي باتجاه مركز الدائرة؛ لذلك فإن هذه القوة تسمى القوة الجابذة (المركزيّة)، والتسارع الناشىء عنها بالتسارع الجابذ (المركزيّ). أما بالنسبة لسرعة الجسم الانتقالية، فيبقى مقدارها ثابتاً، وتأخذ اتجاه المماس للمسار الدائري عند أي نقطة عليه.
حركة الأجسام في مجال الجاذبية الأرضية في قانون نيوتن في الجذب العام:
لقد عمم نيوتن وجود هذه القوى بين جميع الأجسام في الكون مهما صغرت أو كبرت؛ أي أن هنالك قوة تجاذب متبادلة بين أي جسمين في الكون، فمثلاً تجذب الأرض القمر نحو مركزها، ويجذب القمر الأرض بالقوة نفسها نحو مركزه أيضاً، وكذلك التفاحة التي قيل إنها سقطت على رأس نيوتن تجذب الأرض كما تجذبها الأرض وبالقوة نفسها. وقد افترض نيوتن أن قوة التجاذب بين أي جسمين تتحدد بالعوامل الآتية:
أ ـ كتلة كل من الجسمين.
ب ـ المسافة بين مركزي الجسمين.
وينص قانون نيوتن في الجذب العام على أن:
تتناسب قوة الجذب المتبادلة بين أي جسمين في الكون تناسباً طردياً مع حاصل ضرب كتلتي الجسمين، وعكسياً مع مربع المسافة بينهما.
الحركة التذبذبية والتوافقية البسيطة
1 ـ الحركة التذبذبية Oscillatory Mtion:
الحركة التذبذبية: نمط من أنماط الحركة يتحرك فيها الجسم حول موضع سكونه، بحيث تكرر نفسها عدداً من المرات، في فترات زمنية متساوية.
والذبذبة الكاملة: الحركة التي يعملها الجسم المتذبذب في الفترة الزمنية بين مروره بنقطة معينة في مسار حركته مرتين متتاليتين.
وتسمى أكبر إزاحة للجسم المهتز من موضع سكونه اتساع الحركة التذبذبية ، كما يسمى الزمن اللازم لإتمام ذبابة كاملة الزمن الدوري. كما يسمى عدد الذبذبات الكاملة التي يتمها الجسم خلال وحدة الزمن بتردد الجسم.
التردد (ت د)= عدد الذبذبات الكاملة التي ينجزها الجسم / الزمن المستغرق في إتمامها ذبذبة/ث أو هيرتز.
الزمن الدوري = الزمن المستغرق في إتمام عدد معين من الذبذبات / عدد الذبذبات المنجزة 2 ـ الحركة التوافقية البسيطة Simple Harmonic Motion:
ومن الأمثلة على الحركة التوافقية البسيطة ما يأتي:
ـ حركة كتلة معلقة بطرف نابض (حركة أفقية أو رأسيّة).
ـ الحركة التذبذبية لفرعي شوكة رنانة.
ـ الحركة التذبذبية لوتر.
ـ الحركة التذبذبية لدقائق الوسط الناقل للموجات الميكانيكية.
ـ الحركة التذبذبية للإلكترونات في سلك يسري فيه تيار كهربائي متناوب.
وبصورة عامة تنشأ الحركة التوافقية البسيطة بفعل قوة تؤثر في الجسم، وتتناسب طردياً مع الإزاحة التي تحدث للجسم عن موضع سكونه، ويكون اتجاه القوة في عكس اتجاه الإزاحة دائماً كما في الشكل، أي أن: ق ر= ث؟س وتسمى هذه القوة بالقوة المعيدة (أو المرجعة) (Restoring force) لأنها تحاول إرجاع النابض لوضعه الأصلي. ومن شأن هذه القوة أن تحرك الجسم (جيئة وذهاباً)، كما هو الحال في الرقّاص (البندول) أو في جسم مربوط بنابض.
الحركة التوافقية البسيطة: الحركة التذبذبية التي تتناسب فيها القوة المعيدة تناسباً طردياً مع الإزاحة الحادثة للجسم المهتز وفي اتجاه معاكس لها.
الحركة التذبذبية: نمط من أنماط الحركة يتحرك فيها الجسم حول موضع سكونه، بحيث تكرر نفسها عدداً من المرات، في فترات زمنية متساوية.
والذبذبة الكاملة: الحركة التي يعملها الجسم المتذبذب في الفترة الزمنية بين مروره بنقطة معينة في مسار حركته مرتين متتاليتين.
وتسمى أكبر إزاحة للجسم المهتز من موضع سكونه اتساع الحركة التذبذبية ، كما يسمى الزمن اللازم لإتمام ذبابة كاملة الزمن الدوري. كما يسمى عدد الذبذبات الكاملة التي يتمها الجسم خلال وحدة الزمن بتردد الجسم.
التردد (ت د)= عدد الذبذبات الكاملة التي ينجزها الجسم / الزمن المستغرق في إتمامها ذبذبة/ث أو هيرتز.
الزمن الدوري = الزمن المستغرق في إتمام عدد معين من الذبذبات / عدد الذبذبات المنجزة 2 ـ الحركة التوافقية البسيطة Simple Harmonic Motion:
ومن الأمثلة على الحركة التوافقية البسيطة ما يأتي:
ـ حركة كتلة معلقة بطرف نابض (حركة أفقية أو رأسيّة).
ـ الحركة التذبذبية لفرعي شوكة رنانة.
ـ الحركة التذبذبية لوتر.
ـ الحركة التذبذبية لدقائق الوسط الناقل للموجات الميكانيكية.
ـ الحركة التذبذبية للإلكترونات في سلك يسري فيه تيار كهربائي متناوب.
وبصورة عامة تنشأ الحركة التوافقية البسيطة بفعل قوة تؤثر في الجسم، وتتناسب طردياً مع الإزاحة التي تحدث للجسم عن موضع سكونه، ويكون اتجاه القوة في عكس اتجاه الإزاحة دائماً كما في الشكل، أي أن: ق ر= ث؟س وتسمى هذه القوة بالقوة المعيدة (أو المرجعة) (Restoring force) لأنها تحاول إرجاع النابض لوضعه الأصلي. ومن شأن هذه القوة أن تحرك الجسم (جيئة وذهاباً)، كما هو الحال في الرقّاص (البندول) أو في جسم مربوط بنابض.
الحركة التوافقية البسيطة: الحركة التذبذبية التي تتناسب فيها القوة المعيدة تناسباً طردياً مع الإزاحة الحادثة للجسم المهتز وفي اتجاه معاكس لها.
تاريخ اكتشاف الذرة
تحويلات لورنتز
لقد تعرض العالم الهولندي هـ.أ. لورنتز *، أثناء قيامه بإجراء بعض التطبيقات على معادلات ماكسويل الخاصة بالمجال الكهرومغنطيسي *، تعرّض لمشكلة أساسية تتعلق بالعلاقات الرياضية بين القياسات الخاصة بالمكان والزمان التي يجريها كل من مشاهدَيْن يحتركان بسرعة نسبية منتظمة عندما يرصدان نفس الحادثة. فقد وجد لورنتز أنه لو كان لدينا مشاهدان أ، ب مثلاً فإن المشاهد أ يعين أية حادثة «د» تقع تحت إدراكه بأربع كميات: (س، ص، ع) مثلاً لتعيين مكانها بالنسبة لمجموعة متعامدة من المحاور (م س، م ص، مع) . ثم يعين زمان حدوث الحادثة وليكن ن. وبذلك تتعين الحادثة تماماً حسب قياسات المشاهد أ على الصورة: د[(سَ، صَ، عَ)، ن]كذلك المشاهد الآخر ب عندما يرصد أية حادثة «دَ» تقع تحت إدراكه، فإنه يعينها هو الآخر بأربع كميات خاصة به هو: (سَ، صَ، عَ) بالنسبة لمجموعة من المحاور المتعامدة (مَ سَ، مَ صَ، مَ عَ) لتعيين مكانها، نَ لتعيين لحظة حدوثها. أي أن دَ[(سَ، صَ، عَ)، نَ]والمشكلة تنشأ عندما يرصد المشاهدان أ، ب نفس الحادثة، أي عندما د = دَ، وكان المشاهد ب مثلاً يتحرك بسرعة منتظمة ى بالنسبة للمشاهد أ. والسؤال المطروح في هذه الحالة: ما هي العلاقات التي تربط الكميات الأربع التي تعين الحادثة د بالكميات الأربع التي تعين الحادثة دَ؟ بمعنى أنه لو عرفت إحدى المجموعتين فإنه يمكن تعيين المجموعة الأخرى. ولتيسير الإجابة نفرض أنه عند بدء الزمن، أي عندما ن = نَ= صفر كان المشاهدان معا وكانت محاورهما متطابقة. ولنفرض أن سرعتهما النسبية ى في اتجاه م س. في هذه الحالة تكون العلاقات المطلوبة، حسب قواعد الميكانيكا
النيوتونية هي:
سَ = س ـ ى ن، صَ = ص، عَ = ع، نَ = ن إلا أن لورنتز عندما تصدى لهذه المشكلة عام 1896 رفض استخدام هذه العلاقات على الصورة السابقة، إذ أنها لا تؤدى إلى محافظة معادلات ماكسويل على صورتها عند تحويلها بموجب هذه العلاقات من مجموعة المشاهد ب إلى مجموعة المشاهد أ. وقد تمكن لورنتز من استنباط الصورة التي يجب أن تكون عليها هذه العلاقات كي تحافظ على صورة معادلات ماكسويل، ووجد أنها سَ = B (س ـ ى ن)، صَ = ص، عَ = ع، نَ = B (ن ـ ى/ج 2 س)
حيث B = 1/؟ 1 ـ ى 2/ج 2، ج هي سرعة الضوء وسميت هذه العلاقات باسم «تحويلات لورنتز»، كما سميت المجموعة الأولى باسم «تحويلات جاليليو». ويلاحظ أن تحويلات لورنتز تؤول إلى تحويلات جاليليو عندما تكون السرعة النسبية للمشاهدين ى صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء ج بحيث يمكن إهمال الكمية ى 2/ج 2. وقد تمكن أينشتين عام 1905 من اشتقاق تحويلات لورنتز مستنداً فقط على الفرضين الأساسيين للنسبية الخاصة *.
سَ = س ـ ى ن، صَ = ص، عَ = ع، نَ = ن إلا أن لورنتز عندما تصدى لهذه المشكلة عام 1896 رفض استخدام هذه العلاقات على الصورة السابقة، إذ أنها لا تؤدى إلى محافظة معادلات ماكسويل على صورتها عند تحويلها بموجب هذه العلاقات من مجموعة المشاهد ب إلى مجموعة المشاهد أ. وقد تمكن لورنتز من استنباط الصورة التي يجب أن تكون عليها هذه العلاقات كي تحافظ على صورة معادلات ماكسويل، ووجد أنها سَ = B (س ـ ى ن)، صَ = ص، عَ = ع، نَ = B (ن ـ ى/ج 2 س)
حيث B = 1/؟ 1 ـ ى 2/ج 2، ج هي سرعة الضوء وسميت هذه العلاقات باسم «تحويلات لورنتز»، كما سميت المجموعة الأولى باسم «تحويلات جاليليو». ويلاحظ أن تحويلات لورنتز تؤول إلى تحويلات جاليليو عندما تكون السرعة النسبية للمشاهدين ى صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء ج بحيث يمكن إهمال الكمية ى 2/ج 2. وقد تمكن أينشتين عام 1905 من اشتقاق تحويلات لورنتز مستنداً فقط على الفرضين الأساسيين للنسبية الخاصة *.
تغير الكتلة مع السرعة
في ميكانيكا النسبية الخاصة *. ثبت أن كتلة الجسم المتحرك تتغير تبعا لسرعته فتزداد بازدياد تلك السرعة. وبصورة أدق، إذا تحرك جسم بسرعة منتظمة ع بالنسبة لمشاهد ما، فإن كتلة الجسم ك بالنسبة لهذا المشاهد تحقق العلاقة:
ك = ك/1 ـ ع 2/ج 2 حيث ج هي سرعة الضوء.
ومن هذه العلاقة يتضح أن ك = ك. عندما ع = صفر. أي أن ك. هي كتلة الجسم عندما يكون ساكناً بالنسبة للمشاهد ويطلق عليها اسم «الكتلة الفعلية للجسم» * (proper mass)، كما تسمى أيضاً «بكتلة السكون» * (rest mass) .
ومن أهم نتائج هذه العلاقة والتي لم تكن معروفة في الميكانيكا النيوتونية *، أنه أمكن إيجاد علاقة مباشرة بين الكتلة والطاقة لجسم متحرك[انظر: العلاقة بين الكتلة والطاقة].
وقد ارتبط بهذه العلاقة مفهوم خاطىء وهو أنه عندما تزداد سرعة الجسم ع بحيث تصبح مساوية لسرعة الضوء أي عندما ع = ج فإن كتلة الجسم ك تصبح لا نهائية في الكبر. وهذا الاستنتاج غير صحيح إذ أنه في حالة «الفوتون» * وهو الجسم الذي يتحرك بسرعة الضوء تكون سرعة السكون ك. مساوية للصفر. وحسب العلاقة السابقة تصبح كتلة الفوتون ك = صفر/صفر، وهذه كمية غير معينة رياضياً.
ك = ك/1 ـ ع 2/ج 2 حيث ج هي سرعة الضوء.
ومن هذه العلاقة يتضح أن ك = ك. عندما ع = صفر. أي أن ك. هي كتلة الجسم عندما يكون ساكناً بالنسبة للمشاهد ويطلق عليها اسم «الكتلة الفعلية للجسم» * (proper mass)، كما تسمى أيضاً «بكتلة السكون» * (rest mass) .
ومن أهم نتائج هذه العلاقة والتي لم تكن معروفة في الميكانيكا النيوتونية *، أنه أمكن إيجاد علاقة مباشرة بين الكتلة والطاقة لجسم متحرك[انظر: العلاقة بين الكتلة والطاقة].
وقد ارتبط بهذه العلاقة مفهوم خاطىء وهو أنه عندما تزداد سرعة الجسم ع بحيث تصبح مساوية لسرعة الضوء أي عندما ع = ج فإن كتلة الجسم ك تصبح لا نهائية في الكبر. وهذا الاستنتاج غير صحيح إذ أنه في حالة «الفوتون» * وهو الجسم الذي يتحرك بسرعة الضوء تكون سرعة السكون ك. مساوية للصفر. وحسب العلاقة السابقة تصبح كتلة الفوتون ك = صفر/صفر، وهذه كمية غير معينة رياضياً.
تناقض الساعة
بعد ظهور النظرية النسبية الخاصة * التي وضعها إلبرت أينشتين عام 1905 ظهرت عدة تناقضات ظاهرية فيما يتعلق بنتائج هذه النظرية. ومن أهم هذه التناقضات تناقض إرنست *، وتناقض الساعة. والغريب أن أينشتين نفسه هو أول من كتب عن التناقض الأخير عام 1905 م، ثم عاد وكتب عنه ثانية عام 1911، ولم يقم بأية محاولة لتفسير ما يشوبه من لبس أو غموض.
ويتلخص هذا التناقض في أننا لو عتبرنا مشاهدين أ، ب يجلسان معاً وكل منهما معه ساعة لتحديد الوقت، والساعتان متطابقتان تماماً. ثم تحرك أحدهما وليكن ب بسرعة منتظمة مبتعداً عن زميله، الذي ظل ساكناً، في رحلة طويلة ثم ارتد عائداً إلى زميله أ. وبحسب ظاهرة اتساع الفترات الزمنية * في النسبية الخاصة فإن تقدير المشاهد أ لزمن الرحلة يكون أكبر من تقدير ب له. إذ أن المشاهد أ يخيل إليه أن الساعة التي يحملها زميله ب المتحرك بالنسبة إليه تؤخر. وحيث أن المسألة في الحركة النسبية متماثلة تماماً. أي أنه يمكن اعتبار أن المشاهد أ هو الذي تحرك في الاتجاه المضاد لحركة ب، بينما ترك زميله ساكناً. وحيث أن أ يحمل الآن الساعة المتحركة والتي تظهر للمشاهد ب كما لو كانت تؤخر. فإنه في هذه الحالة يكون تقدير ب لزمن الرحلة أكبر من تقدير أ لها، وبذلك يكون هناك تناقض بين النتيجتين. وقد ثبت بعد ذلك أن هذا التناقض ظاهري، إذ أنه لكي يرتد أي من المشاهدين عائداً لزميله فيجب أن يقف أولاً ثم يرتد بنفس السرعة، وهذا يقتضى تأثير قوة خارجية لتوقف الجسم ثم بعد ذلك تكسبه سرعة مساوية في الاتجاه المضاد. وهذا لا يدخل في نطاق النسبية الخاصة لأنها قاصرة على حركة المشاهدين بسرعة منتظمة وبدون عجلة. وذلك يدخل في نطاق النظرية النسبية العامة *. وقد تم حل هذه المسألة حلا كاملاً في نطاق النسبية العامة عام (1952) .
ويتلخص هذا التناقض في أننا لو عتبرنا مشاهدين أ، ب يجلسان معاً وكل منهما معه ساعة لتحديد الوقت، والساعتان متطابقتان تماماً. ثم تحرك أحدهما وليكن ب بسرعة منتظمة مبتعداً عن زميله، الذي ظل ساكناً، في رحلة طويلة ثم ارتد عائداً إلى زميله أ. وبحسب ظاهرة اتساع الفترات الزمنية * في النسبية الخاصة فإن تقدير المشاهد أ لزمن الرحلة يكون أكبر من تقدير ب له. إذ أن المشاهد أ يخيل إليه أن الساعة التي يحملها زميله ب المتحرك بالنسبة إليه تؤخر. وحيث أن المسألة في الحركة النسبية متماثلة تماماً. أي أنه يمكن اعتبار أن المشاهد أ هو الذي تحرك في الاتجاه المضاد لحركة ب، بينما ترك زميله ساكناً. وحيث أن أ يحمل الآن الساعة المتحركة والتي تظهر للمشاهد ب كما لو كانت تؤخر. فإنه في هذه الحالة يكون تقدير ب لزمن الرحلة أكبر من تقدير أ لها، وبذلك يكون هناك تناقض بين النتيجتين. وقد ثبت بعد ذلك أن هذا التناقض ظاهري، إذ أنه لكي يرتد أي من المشاهدين عائداً لزميله فيجب أن يقف أولاً ثم يرتد بنفس السرعة، وهذا يقتضى تأثير قوة خارجية لتوقف الجسم ثم بعد ذلك تكسبه سرعة مساوية في الاتجاه المضاد. وهذا لا يدخل في نطاق النسبية الخاصة لأنها قاصرة على حركة المشاهدين بسرعة منتظمة وبدون عجلة. وذلك يدخل في نطاق النظرية النسبية العامة *. وقد تم حل هذه المسألة حلا كاملاً في نطاق النسبية العامة عام (1952) .
تواريخ مهمة في الفيزياء
القرن الرابع قبل الميلادقدم أرسطو نظريات في مجالات عديدة من الفيزياء
القرن الثالث قبل الميلاداكتسف أرخميدس قانون العتلة وقوانين تتعلق بسلوك السوائل
القرن الثاني الميلاديتصور بطليموس أن الأرض ساكنة تدور حولها النجوم والكواكب والشمس والقمر
1017 م اخترع البيروني أول جهاز لقياس كثافة المواد
1020 م وضع العالم العربي ابن الهيثم أساس علم البصريات في عدة كتب فيزيائية مهمة مثل كتاب المناظر الذي درس فيه الضوء وانكساراته وطبيعة الإبصار وتشريح العين
1135 م أجرى الخازن أولى التجارب لإيجاد العلاقة بين وزن الهواء وكثافته
1270 م أجرى روجر بيكون دراسات في البصريات
1543 م نشر نيكولاس كوبرنيكوس نظريته بأن الأرض والكواكب تتحرك في مدارات دائرية حول الشمس
1600 م اكتشف جاليليو قوانين مهمة في حقول فيزيائية كثيرة, بصفة خاصة في الميكانيكا
1687 م نشر نيوتن قوانينه للحركة
1690 م نشر كريستيان هايجنز نظرية موجية الضوء
1798 م ذكر بنيامين طومسون وكاونت رمفورد أن حركة الجسيمات خلال مادة تنتج حرارة
1801 م – 1803مأحيا توماس يونج النظرية الموجية للضوء
1803 م أعلن جون دالتون لأول مرة نظريته الذرية عن تركيب المادة
القرن التاسع عشر الميلاديأنتج مايكل فارادي وجوزيف هنريكل على حده الكهرباء من المغتطيسية
1847 م اكتشف جيمس جول أن الحرارة والطاقة يمكن أن يتحول كل منهما للآخر بمعدل ثابت
1864 م نشر جيمس كلارك ماكسويل نظريته الكهرومغنطيسية للضوء
1887 م أثبتت تجربة مايكلسون ومورليعدم وجود الأثير
1895 م اكتشف ويلهلم ك. رونتجن الأشعة السينية
1896 م اكتشف أنطوان هنري بكويريل الإشعاع الطبيعي
1898 م استخلصت ماري كوري وزوجها بييرعنصر الراديوم المشع
1900 م نشر ماكس بلانك نظريته الكمية
1905 م نشرأينشتاين نظريته النسبية الخاصة مزلزلاً أركان التصور النيوتوني للكون
1911 – 1913 م اقترح إرنست رذرفورد ونيلز بورنماذج على شكل نظام كوكبي للذرة
1915 م أعلن أينشتاين نظريته النسبية العامة
1924 م قدم لوي دي بروغلي النظرية الموجبة للإلكترون
1925م – 1926مطور كل من إيرفين شرودينجر وفرنر هيسينبرج, كل على حده, نظماً لتنسيق الفيزياء الكمية.
1930 م تنبأ بول ديراكب وجود البوزيترون وهو إلكترون موجب الشحنة
1931 م أنشأ السير جون كوكروفت وأرنست والتنأول معجل جسيمات
1932 م اكتشف جايمس شادويك وجود جسيمات متعادلة في نواة الذرة، أطلق عليها فيما بعد النيوترونات
1938 م تمكن أوتو هان وفرتز ستراسمانمن شطر ذرة اليورانيوم
1942 م حقق إنريكو فيرمي وزملاؤه أول تفاعل نووي متحكم فيه
1945 م أول تفجير لقنبلة ذرية في نيومكسيكو، تبعه إلقاء قنبلتين في نفس السنة على اليابان
1947 م اخترع جون باردين ووالتر. براتين وويليام شوكلي الترانزستور
1960م صنع ثيودور ميمان أول ليزر
1964 م اقتراح موري جل – مان وجورج زفايجوجود جسيمات الكوارك جسيمات أساسية
1974 م اكتشف بيرتون ريختر وصمويل. سي. سي.تنج نوعاً من الجسيمات تحت الذرية سمي بجسيم إبساي أو جسيم جي
1983 م اكتشف باحثون تحت قيادة كارلو روبيا ثلاثة جسيمات تحت ذرية, هي جسيمات +w و -w و z?
1995 م إكتشف العلماء في مختبر فرمي الجسيم تحت الذري الكوارك فوقي
2000 م إكتشف العلماء في مختبر فرمي جسيماً تحت ذري سمي تاو نيوترينو
القرن الثالث قبل الميلاداكتسف أرخميدس قانون العتلة وقوانين تتعلق بسلوك السوائل
القرن الثاني الميلاديتصور بطليموس أن الأرض ساكنة تدور حولها النجوم والكواكب والشمس والقمر
1017 م اخترع البيروني أول جهاز لقياس كثافة المواد
1020 م وضع العالم العربي ابن الهيثم أساس علم البصريات في عدة كتب فيزيائية مهمة مثل كتاب المناظر الذي درس فيه الضوء وانكساراته وطبيعة الإبصار وتشريح العين
1135 م أجرى الخازن أولى التجارب لإيجاد العلاقة بين وزن الهواء وكثافته
1270 م أجرى روجر بيكون دراسات في البصريات
1543 م نشر نيكولاس كوبرنيكوس نظريته بأن الأرض والكواكب تتحرك في مدارات دائرية حول الشمس
1600 م اكتشف جاليليو قوانين مهمة في حقول فيزيائية كثيرة, بصفة خاصة في الميكانيكا
1687 م نشر نيوتن قوانينه للحركة
1690 م نشر كريستيان هايجنز نظرية موجية الضوء
1798 م ذكر بنيامين طومسون وكاونت رمفورد أن حركة الجسيمات خلال مادة تنتج حرارة
1801 م – 1803مأحيا توماس يونج النظرية الموجية للضوء
1803 م أعلن جون دالتون لأول مرة نظريته الذرية عن تركيب المادة
القرن التاسع عشر الميلاديأنتج مايكل فارادي وجوزيف هنريكل على حده الكهرباء من المغتطيسية
1847 م اكتشف جيمس جول أن الحرارة والطاقة يمكن أن يتحول كل منهما للآخر بمعدل ثابت
1864 م نشر جيمس كلارك ماكسويل نظريته الكهرومغنطيسية للضوء
1887 م أثبتت تجربة مايكلسون ومورليعدم وجود الأثير
1895 م اكتشف ويلهلم ك. رونتجن الأشعة السينية
1896 م اكتشف أنطوان هنري بكويريل الإشعاع الطبيعي
1898 م استخلصت ماري كوري وزوجها بييرعنصر الراديوم المشع
1900 م نشر ماكس بلانك نظريته الكمية
1905 م نشرأينشتاين نظريته النسبية الخاصة مزلزلاً أركان التصور النيوتوني للكون
1911 – 1913 م اقترح إرنست رذرفورد ونيلز بورنماذج على شكل نظام كوكبي للذرة
1915 م أعلن أينشتاين نظريته النسبية العامة
1924 م قدم لوي دي بروغلي النظرية الموجبة للإلكترون
1925م – 1926مطور كل من إيرفين شرودينجر وفرنر هيسينبرج, كل على حده, نظماً لتنسيق الفيزياء الكمية.
1930 م تنبأ بول ديراكب وجود البوزيترون وهو إلكترون موجب الشحنة
1931 م أنشأ السير جون كوكروفت وأرنست والتنأول معجل جسيمات
1932 م اكتشف جايمس شادويك وجود جسيمات متعادلة في نواة الذرة، أطلق عليها فيما بعد النيوترونات
1938 م تمكن أوتو هان وفرتز ستراسمانمن شطر ذرة اليورانيوم
1942 م حقق إنريكو فيرمي وزملاؤه أول تفاعل نووي متحكم فيه
1945 م أول تفجير لقنبلة ذرية في نيومكسيكو، تبعه إلقاء قنبلتين في نفس السنة على اليابان
1947 م اخترع جون باردين ووالتر. براتين وويليام شوكلي الترانزستور
1960م صنع ثيودور ميمان أول ليزر
1964 م اقتراح موري جل – مان وجورج زفايجوجود جسيمات الكوارك جسيمات أساسية
1974 م اكتشف بيرتون ريختر وصمويل. سي. سي.تنج نوعاً من الجسيمات تحت الذرية سمي بجسيم إبساي أو جسيم جي
1983 م اكتشف باحثون تحت قيادة كارلو روبيا ثلاثة جسيمات تحت ذرية, هي جسيمات +w و -w و z?
1995 م إكتشف العلماء في مختبر فرمي الجسيم تحت الذري الكوارك فوقي
2000 م إكتشف العلماء في مختبر فرمي جسيماً تحت ذري سمي تاو نيوترينو
حوادث المفاعلات النووية
حتى 21 ديسمبر 1990 كان هناك 423 مفاعلاً نوويا تعمل في 24 بلداً على نطاق العالم. منها 112 مفاعلاً في الولايات المتحدة. وتقع «الحوادث الروتينية» التي يشار إليها بالأحداث غير العادية من وقت لآخر أثناء تشغيل هذه المفاعلات. وقد صنفت الوكالة الدولية للطاقة الذرية هذه «الأحداث غير العادية» على أنها أحداث لا تتعلق بالسلامة (بمتوسط تكرار 5ر0 إلى حدث/أسبوع/مفاعل)، وأحداث متعلقة بالسلامة (5ر0 حدث/شهر/مفاعل)، وأحداث ذات إضرار بالسلامة (5ر0 إلى 1 حدث/سنة/مفاعل) وخلال الفترة من 1970 ـ 1990 أدى كثير من اوحداث غير العادية إلى إغلاق المفاعلات. فعلى سبيل المثال كان هناك 195 حادثاً في الولايات المتحدة في الفترة ما بين مايو وسبتمبر 1984 فقط. وبصفة عامة لم تسفر حالات الاغلاق هذه وأمثالها عن انطلاق إشعاعات في البيئة مع أن قليلاً منها أدى إلى تلوث بعض العاملين أو المناطق المحصورة حول المعامل.
وبالرغم من الاجراءات والاحتياطات المعقدة التي تتخذ لمنع وقوع حادث كبير، وقعت عدة حوادث، كان أهمها حادث ثرى مايل أيلاند بالولايات المتحدة عام 1979، وحادث تشيرنوبيل باتحاد دول الكومنولث عام 1986 (انظر: مفاعل نووى) .
حادث ثرى مايل أيلاند: في الصباح الباكر من يوم 28 آذار/مارس 1979 أصيب المفاعل المبرد بالماء المضغوط الذي تصل قدرته إلى 880 ميجاواط في Three Mile Island Unit 2، الذي كان يعمل بكامل طاقته تقريباً، بتوقف التغذية العادية بالمياه مما أدى إلى تعطل التوربين ومن بعده توقّف المفاعل. وتبعاً لذلك حدثت سلسلة من الأحداث أدت نتيجتها إلى ضرر شديد في قلب المفاعل. ووصلت درجات الحرارة محلياً في قلب المفاعل إلى حد ذوبان الوقود.
وقد انطلقت في البيئة مواد انشطارية إشعاعية، تضمنت بشكل رئيسي، الغازات الخاملة (زينون ـ 133 وزينون ـ 135) ومقادير ضئيلة من اليود ـ 131. لم يقتل أحد نتيجة الحادث، ولم يكن هناك أثر ملحوظ للإشعاع على صحة الجمهور. وأدى الحادث إلى إجلاء نحو 22000 شخص من المناطق المحيطة بالموقع.
كارثة تشيرنوبيل: تقع محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية، على بعد 130 كم شمال كييف، باتحاد دول الكومنولث،. وفي 26 أبريل 1986 في الساعة 1 و23 دقيقة صباحاً وقع انفجار في الوحدة رقم 4 بها ونتيجة للحادث حصل تفتت في الوقود، وانفجارات بخارية وهدروجينية، وارتفعت درجة حرارة المفاعل المحترق إلى عدة آلاف درجة مئوية مؤدياً إلى انصهار قلب المفاعل وانطلاق الإشعاعات من عناصر الوقود المدمرة خلال فترة 10 أيام.
وأدى الحادث إلى انطلاق كميات ضخمة من النويدات المشعة في الغلاف الجوى. وكان من بين هذه النويدات المهمة من الناحية الطبية الحيوية: سترنشيوم ـ 90 واليود ـ 131 والسيزيوم ـ 137.
وانتقلت المواد المشعة المنبعثة من تشيرنوبيل إلى مسافات بعيدة ووصلت إلى أماكن تبعد آلاف الكيلومترات عن مصدرها. فقد عبرت الحدود إلى بولندا وجنوب فنلندا السويد والنرويج. وإلى ألمانيا، واليونان وعبر الجمهوريات السوفياتية (سابقا) والبلدان الاسكندنافية والمملكة المتحدة.
تركز الاهتمام في بداية الأمر على اليود ـ 131 الذي تأكله الأبقار خلال رعيها ويظهر في ألبانها. كما تلوثت الخضر الورقية والفواكه المزروعة في الخارج مما أدى إلى التخلص منها. وقد اتخذت تدابير خاصة في اسكندنافيا والمملكة المتحدة للحد من نقل المواشي وذبحها.
ومع أن مجموع الوفيات نتيجة للحادث كان 31 شخصاً في البداية، فقد أعلنت حكومة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (سابقاً) أن جملة الوفيات تراوحت بين 250 و300 شخص بعد أربع سنوات من الحادث. وتوضح البيانات الطبية عن الفتترة 1986 ـ 1990، في منطقة المراقبة الدقيقة حول تشيرنوبيل، ارتفاعاً بنسبة 50 في المائة في متوسط تكرار الإصابة بأمراض الغدة الدرقية والأورام الخبيثة ونمو الأنسجة (وازداد سرطان الدم بنسبة 50 في المائة)، بالإضافة إلى زيادة خطيرة في حالات الإجهاض وولادة أطفال بتشوهات جينية.
وبالرغم من الاجراءات والاحتياطات المعقدة التي تتخذ لمنع وقوع حادث كبير، وقعت عدة حوادث، كان أهمها حادث ثرى مايل أيلاند بالولايات المتحدة عام 1979، وحادث تشيرنوبيل باتحاد دول الكومنولث عام 1986 (انظر: مفاعل نووى) .
حادث ثرى مايل أيلاند: في الصباح الباكر من يوم 28 آذار/مارس 1979 أصيب المفاعل المبرد بالماء المضغوط الذي تصل قدرته إلى 880 ميجاواط في Three Mile Island Unit 2، الذي كان يعمل بكامل طاقته تقريباً، بتوقف التغذية العادية بالمياه مما أدى إلى تعطل التوربين ومن بعده توقّف المفاعل. وتبعاً لذلك حدثت سلسلة من الأحداث أدت نتيجتها إلى ضرر شديد في قلب المفاعل. ووصلت درجات الحرارة محلياً في قلب المفاعل إلى حد ذوبان الوقود.
وقد انطلقت في البيئة مواد انشطارية إشعاعية، تضمنت بشكل رئيسي، الغازات الخاملة (زينون ـ 133 وزينون ـ 135) ومقادير ضئيلة من اليود ـ 131. لم يقتل أحد نتيجة الحادث، ولم يكن هناك أثر ملحوظ للإشعاع على صحة الجمهور. وأدى الحادث إلى إجلاء نحو 22000 شخص من المناطق المحيطة بالموقع.
كارثة تشيرنوبيل: تقع محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية، على بعد 130 كم شمال كييف، باتحاد دول الكومنولث،. وفي 26 أبريل 1986 في الساعة 1 و23 دقيقة صباحاً وقع انفجار في الوحدة رقم 4 بها ونتيجة للحادث حصل تفتت في الوقود، وانفجارات بخارية وهدروجينية، وارتفعت درجة حرارة المفاعل المحترق إلى عدة آلاف درجة مئوية مؤدياً إلى انصهار قلب المفاعل وانطلاق الإشعاعات من عناصر الوقود المدمرة خلال فترة 10 أيام.
وأدى الحادث إلى انطلاق كميات ضخمة من النويدات المشعة في الغلاف الجوى. وكان من بين هذه النويدات المهمة من الناحية الطبية الحيوية: سترنشيوم ـ 90 واليود ـ 131 والسيزيوم ـ 137.
وانتقلت المواد المشعة المنبعثة من تشيرنوبيل إلى مسافات بعيدة ووصلت إلى أماكن تبعد آلاف الكيلومترات عن مصدرها. فقد عبرت الحدود إلى بولندا وجنوب فنلندا السويد والنرويج. وإلى ألمانيا، واليونان وعبر الجمهوريات السوفياتية (سابقا) والبلدان الاسكندنافية والمملكة المتحدة.
تركز الاهتمام في بداية الأمر على اليود ـ 131 الذي تأكله الأبقار خلال رعيها ويظهر في ألبانها. كما تلوثت الخضر الورقية والفواكه المزروعة في الخارج مما أدى إلى التخلص منها. وقد اتخذت تدابير خاصة في اسكندنافيا والمملكة المتحدة للحد من نقل المواشي وذبحها.
ومع أن مجموع الوفيات نتيجة للحادث كان 31 شخصاً في البداية، فقد أعلنت حكومة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (سابقاً) أن جملة الوفيات تراوحت بين 250 و300 شخص بعد أربع سنوات من الحادث. وتوضح البيانات الطبية عن الفتترة 1986 ـ 1990، في منطقة المراقبة الدقيقة حول تشيرنوبيل، ارتفاعاً بنسبة 50 في المائة في متوسط تكرار الإصابة بأمراض الغدة الدرقية والأورام الخبيثة ونمو الأنسجة (وازداد سرطان الدم بنسبة 50 في المائة)، بالإضافة إلى زيادة خطيرة في حالات الإجهاض وولادة أطفال بتشوهات جينية.
خواص الدقائق الأساسية في الذرة
|
الجسيم
|
الكتلة.جرام
|
الكتلة.وك ذ
|
الشحنة النسبية
|
الشحنة الفعلية.كولوم
|
|
الإلكترون
|
9.109×10-28
|
0.00055
|
-1
|
-1.6×10-19
|
|
البروتون
|
1.673×10-24
|
1.00728
|
+1
|
+1.6×10-19
|
|
النيوترون
|
1.675×10-24
|
1.00867
|
صفر
|
–
|
طاقة الترابط النووي
هي الطاقة المساوية لمقدار الشغل اللازم إعطاؤه للنواة لتبتعد نوياتها بعضها عن بعض تماماً، وهي تكافىء النقص في كتلة نويات النواة.
حسابها: طاقة الترابط النووي = (مجموع كتل نويات النواة ـ كتلة النواة الفعلية) × 931,44 م.أ.ف كسر الترابط:
هو طاقة الربط للنوية الواحدة بالنواة.
كسر الترابط = طاقة الترابط النووي/رقم الكتلة منحنى كسر الترابط:
هو منحنى بياني يوضح العلاقة بين كسر ترابط نوى ذرات العناصر ورقم كتلتها.
حسابها: طاقة الترابط النووي = (مجموع كتل نويات النواة ـ كتلة النواة الفعلية) × 931,44 م.أ.ف كسر الترابط:
هو طاقة الربط للنوية الواحدة بالنواة.
كسر الترابط = طاقة الترابط النووي/رقم الكتلة منحنى كسر الترابط:
هو منحنى بياني يوضح العلاقة بين كسر ترابط نوى ذرات العناصر ورقم كتلتها.
ملاحظات:
1 ـ يمكن إيجاد كسر الترابط لنواة أي عنصر بمعلومية رقم كتلته وطاقة ترابطه النووي.
2 ـ أثبت النوى الخفيفة هي نواة الهيليوم ولهذا فإن أكثر النوى الخفيفة استقراراً هي التي لها رقم كتلة مضاعف لرقم 4 لأن النوى المستقرة تميل نوياتها لتكوين مجاميع من دقائق ألفا داخلها.
3 ـ النوى الخفيفة تكون مستقرة إذا احتوت على أعداد متساوية من البروتونات والنيوترونات حتى رقم كتله (40) . فمثلاً الأكسجين أ فيها عدد البروتونات = عدد النيوترونات ولذا فهي من النوى الخفيفة المستقرة.
4 ـ النوى التي لها رقم كتلة أكبر من (40) لضمان استقرارها فإنها تميل لزيادة عدد نيوتروناتها قليلاً عن عدد البروتونات للمساعدة هي تقليل قوة التنافر داخل النواة.
1 ـ يمكن إيجاد كسر الترابط لنواة أي عنصر بمعلومية رقم كتلته وطاقة ترابطه النووي.
2 ـ أثبت النوى الخفيفة هي نواة الهيليوم ولهذا فإن أكثر النوى الخفيفة استقراراً هي التي لها رقم كتلة مضاعف لرقم 4 لأن النوى المستقرة تميل نوياتها لتكوين مجاميع من دقائق ألفا داخلها.
3 ـ النوى الخفيفة تكون مستقرة إذا احتوت على أعداد متساوية من البروتونات والنيوترونات حتى رقم كتله (40) . فمثلاً الأكسجين أ فيها عدد البروتونات = عدد النيوترونات ولذا فهي من النوى الخفيفة المستقرة.
4 ـ النوى التي لها رقم كتلة أكبر من (40) لضمان استقرارها فإنها تميل لزيادة عدد نيوتروناتها قليلاً عن عدد البروتونات للمساعدة هي تقليل قوة التنافر داخل النواة.
طاقة التفاعل النووي
هي الطاقة المكافئة للفرق بين مجموع كتل النوى الداخلة في التفاعل النووي والناتجة منه.
أ + ب = ح + ء = ط ويكون التفاعل ماصاً للطاقة إذا كان مجموع كتل النوى الناتجة أكبر من مجموع كتل النوى الداخلة في التفاعل.
ويكون مولداً للطاقة إذا كان مجموع كتل النوى الناتجة أقل من مجموع كتل النوى الداخلة في التفاعل.
والتفاعلات المولدة للطاقة تشمل الانشطار النووي والاندماج النووي.
أ + ب = ح + ء = ط ويكون التفاعل ماصاً للطاقة إذا كان مجموع كتل النوى الناتجة أكبر من مجموع كتل النوى الداخلة في التفاعل.
ويكون مولداً للطاقة إذا كان مجموع كتل النوى الناتجة أقل من مجموع كتل النوى الداخلة في التفاعل.
والتفاعلات المولدة للطاقة تشمل الانشطار النووي والاندماج النووي.
طاقة الليزر
استعمل الليزر في سلسلة مدهشة من أوجه الاستعمال خلال حياته القصيرة: من إحداث ثقوب في الماس إلى إجراء عمليات دقيقة في العين، ومن قياس الفضاء بين القمر والأرض إلى كشف أصغر الحركات. ولا يبدو مستقبله أقل روعة، بما يبشرنا به من تلفيزيون ذي ثلاثة أبعاد وقوة نووية زهيدة الثمن. من الواضح إذن أن الليزر ليس مصدراً عادياً للضوء.
ما هو الليزر
الليزر النبضي هو، في الأساس، جهاز لخزن الطاقة ثم لاطلاقها دفعة واحدة وأحداث حزمة كثيفة جداً من الضوء. قلب الليزر بلورة أو أنبوب غاز أو سائل تضخ فيه الطاقة (1) . يتم ذلك عادة باحاطته بجهاز ينتج وميضاً قوياً من الضوء أو حزمة كثيفة من الموجات الاشعاعية أو الالكترونات.
أول ليزر نبضي أخترعه ثيودور هـ. ميمان عام 1960 وكان يحتوي على بلورة من ياقوت، ويحدث وميضاً قصيراً من الضوء الأحمر. أما اليوم، فالليزرات ذات الموجة المتواصلة تحدث حزماً متواصلة من الأضواء ذات الوان عدة، ومنها ما يطلق أشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية.
أول ليزر نبضي أخترعه ثيودور هـ. ميمان عام 1960 وكان يحتوي على بلورة من ياقوت، ويحدث وميضاً قصيراً من الضوء الأحمر. أما اليوم، فالليزرات ذات الموجة المتواصلة تحدث حزماً متواصلة من الأضواء ذات الوان عدة، ومنها ما يطلق أشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية.
نشاطات الفوتونات
يحث الذرات لاطلاق فوتوناتها وصول فوتونات أخرى، فينتج عن ذلك اشعاع ضوئي. للضوء المضخوخ في الليزر تواترات متنوعة، لكن الضوء المنطلق منه هو أشد بكثير وله تواتر واحد.
كل فوتون يسبب انفلات فوتون آخر، وهكذا تسير جميع الفوتونات معا محدثة موجات ضوئية متزامنة تماماً. يقال في هذه الحالة الضوء متوافق الطور أو منسجم (في الضوء العادي جميع الموجات متفاوتة الطور) . بما أن جميع الموجات متزامنة، فبعضها يقوي البعض الآخر، وهكذا يكون ضوء الليزر قوي التألق. أن الليزر مبني بحيث أنه لا يطلق إلا حزمة ضيقة جداً من الضوء تكاد لا تنتشر قط. فحتى في مسافة كمسافة القمر لا يتعدى عرض حزمة الليزر الموجهة من الأرض 3 كيلو مترات (3) . فالحزمة الضيقة من الضوء الحاد المنسجم تحتوي على كمية هائلة من الطاقة المركّزة، فإذا صوبت حزمة ليزر إلى نقطة واحدة من الفضاء بواسطة عدسة، فأنها تسخّن الهواء إلى حالة التوهج، فيشع نوراً ويقلي حرارة، كما بأمكانها أن تثقب صفيحة فولاذية.
كل فوتون يسبب انفلات فوتون آخر، وهكذا تسير جميع الفوتونات معا محدثة موجات ضوئية متزامنة تماماً. يقال في هذه الحالة الضوء متوافق الطور أو منسجم (في الضوء العادي جميع الموجات متفاوتة الطور) . بما أن جميع الموجات متزامنة، فبعضها يقوي البعض الآخر، وهكذا يكون ضوء الليزر قوي التألق. أن الليزر مبني بحيث أنه لا يطلق إلا حزمة ضيقة جداً من الضوء تكاد لا تنتشر قط. فحتى في مسافة كمسافة القمر لا يتعدى عرض حزمة الليزر الموجهة من الأرض 3 كيلو مترات (3) . فالحزمة الضيقة من الضوء الحاد المنسجم تحتوي على كمية هائلة من الطاقة المركّزة، فإذا صوبت حزمة ليزر إلى نقطة واحدة من الفضاء بواسطة عدسة، فأنها تسخّن الهواء إلى حالة التوهج، فيشع نوراً ويقلي حرارة، كما بأمكانها أن تثقب صفيحة فولاذية.
أوجه استعمال أخرى لليزر:
يمكن استعمال حزم الليزر أيضاً لقياس المسافات والسرعات الكبيرة. فقد اطلقت حزمة ليزر نحو القمر لتعكسها إلى الأرض مرآة خاصة وضعها هناك ملاّحو أبولو، فتمكّنا بذلك من قياس دقيق جداً لبعد القمر. في علم الارصاد الجوية تستعمل حزم الليزر لكشف طبقات الهواء غير المرئية والحركات والغيوم، وهي مفيدة أيضاً في دراسات تلوث الهواء.
فضلاً عن ذلك، أن حرارة الليزرات المرتفعة تؤمّن لها أوجه استعمال عدة في الطب والصناعة. فإذا وجهت حزمة ليزر إلى داخل العين بقوة غير كافية لإيذاء العدسة، تجمعها العدسة على الشبكية فتلحم بدون ألم قطعة منفصلة عنها وتصحح النظر الضعيف (4) . باستطاعة حزم الليزر أيضاً أتن تذيب ناميات جلدية دون اجراء عمليات جراحية، وذلك بأطلاق الحزم على طول أنابيب ليفية بصرية تولج داخل الجسم بدون ألم. في الصناعة تفصّل بالليزر نماذج الآلات، وتثقب قطع من ألماس لتصبح قوالب لصنع الاسلاك الرفيعة، وتقص وتلحم القطع لصنع الدوائر الالكترونية الدقيقة (7) .
حتى الاتصال بواسطة حزم الليزر بدلاً من موجات الراديو أصبح من المرغوب فيه اليوم. لأن حزم الضوء تستطيع أن تحمل عدداً من أقنية الاتصال يفوق كثيراً ما تستطيع موجات الراديو حمله. يمكن أيضاً تقل المعلومات والاصوات والصور بواسطة حزمة ليزر تسير في مسار مغلق من نوع خاص لتحاشي فقدان شيء من قوتها عند مرورها خلال الضباب والسديم في الهواء.
من أغرب نتائج أحداث الضوء المنسجم في الليزرات نشوء الهولوغرافيا التي تمكّن من صنع صور ذات ثلاثة أبعاد (5 و6 و8) .
ثمّة مجال آخر يمكن أن يحدث فيه الليزر ثورة، هو الطاقة النووية. تجرى الآن بحوث لمعرفة ما إذا كان الانصهار النووي الحراري (التفاعل الذي يحصل في القنبلة الهيدروجينية وفي النجوم) يمكن بدؤه بواسطة الليزر بدلاً من تفريغ كهربائي قوي.
يمكن استعمال حزم الليزر أيضاً لقياس المسافات والسرعات الكبيرة. فقد اطلقت حزمة ليزر نحو القمر لتعكسها إلى الأرض مرآة خاصة وضعها هناك ملاّحو أبولو، فتمكّنا بذلك من قياس دقيق جداً لبعد القمر. في علم الارصاد الجوية تستعمل حزم الليزر لكشف طبقات الهواء غير المرئية والحركات والغيوم، وهي مفيدة أيضاً في دراسات تلوث الهواء.
فضلاً عن ذلك، أن حرارة الليزرات المرتفعة تؤمّن لها أوجه استعمال عدة في الطب والصناعة. فإذا وجهت حزمة ليزر إلى داخل العين بقوة غير كافية لإيذاء العدسة، تجمعها العدسة على الشبكية فتلحم بدون ألم قطعة منفصلة عنها وتصحح النظر الضعيف (4) . باستطاعة حزم الليزر أيضاً أتن تذيب ناميات جلدية دون اجراء عمليات جراحية، وذلك بأطلاق الحزم على طول أنابيب ليفية بصرية تولج داخل الجسم بدون ألم. في الصناعة تفصّل بالليزر نماذج الآلات، وتثقب قطع من ألماس لتصبح قوالب لصنع الاسلاك الرفيعة، وتقص وتلحم القطع لصنع الدوائر الالكترونية الدقيقة (7) .
حتى الاتصال بواسطة حزم الليزر بدلاً من موجات الراديو أصبح من المرغوب فيه اليوم. لأن حزم الضوء تستطيع أن تحمل عدداً من أقنية الاتصال يفوق كثيراً ما تستطيع موجات الراديو حمله. يمكن أيضاً تقل المعلومات والاصوات والصور بواسطة حزمة ليزر تسير في مسار مغلق من نوع خاص لتحاشي فقدان شيء من قوتها عند مرورها خلال الضباب والسديم في الهواء.
من أغرب نتائج أحداث الضوء المنسجم في الليزرات نشوء الهولوغرافيا التي تمكّن من صنع صور ذات ثلاثة أبعاد (5 و6 و8) .
ثمّة مجال آخر يمكن أن يحدث فيه الليزر ثورة، هو الطاقة النووية. تجرى الآن بحوث لمعرفة ما إذا كان الانصهار النووي الحراري (التفاعل الذي يحصل في القنبلة الهيدروجينية وفي النجوم) يمكن بدؤه بواسطة الليزر بدلاً من تفريغ كهربائي قوي.
علماء الفيزياء والمال
فترة نصف عمر العنصر المشع
هي الفترة الزمنية التي تلزم لإنقاص عدد الذرات المشعة للعنصر إلى نصف قيمتها الابتدائية.
ملاحظة: تختلف فترة نصف العمر للنظير المشع باختلاف نوع العنصر، وقد وجد أنه كلما قلت فترة نصف عمر النظير المشع زادت شدة إشعاعه.
ملاحظة: تختلف فترة نصف العمر للنظير المشع باختلاف نوع العنصر، وقد وجد أنه كلما قلت فترة نصف عمر النظير المشع زادت شدة إشعاعه.
فروع الفيزياء
تتفرع الفيزياء إلى مجموعتين كبيرتين: الفيزياء التقليدية والفيزياء الحديثة, والاختلاف بينهما, في الدرجة الأولى, هو في الاهتمام والتركيز.
فالفيزياء التقليدية تعنى بالأسئلة حول الحركة والطاقة, وأقسامها خمسة:
فالفيزياء التقليدية تعنى بالأسئلة حول الحركة والطاقة, وأقسامها خمسة:
الفيزياء الحديثة فتركز على دراسة التركيب الأساسي للعالم المادي, وتشمل حقولها الكبيرة:
فروع أخرى
الجيوفيزياء: هي دراسة الأرض وجوها ومياهها بوساطة مبادئ الفيزياء.
الفيزياء الحيوية: تطبق أدوات ووسائل الفيزياء لدراسة الأحياء والعمليات الحيوية.
الفيزياء الرياضية: هي دراسة النظم الرياضية التي تمثل الظواهر الطبيعية.
فيزياء الصحة: تتعلق بحماية الذين يعملون في مجال الإشعاع أو قريباً من الإشعاع.
فيزياء الكم: تشمل مجالات عديدة تبنى فيها الدراسة على النظرية الكمية, التي تعنى بالماء والإشعاع الكهرومغنطيسي وتفاعلاتهما.
الفيزياء الحيوية: تطبق أدوات ووسائل الفيزياء لدراسة الأحياء والعمليات الحيوية.
الفيزياء الرياضية: هي دراسة النظم الرياضية التي تمثل الظواهر الطبيعية.
فيزياء الصحة: تتعلق بحماية الذين يعملون في مجال الإشعاع أو قريباً من الإشعاع.
فيزياء الكم: تشمل مجالات عديدة تبنى فيها الدراسة على النظرية الكمية, التي تعنى بالماء والإشعاع الكهرومغنطيسي وتفاعلاتهما.
فيزياء الجسيمات
فرع من فروع الفيزياء يدرس الجسيمات الذرية. وتشمل هذه الجسيمات تحت الذرية الأجزاء الأساسية الثلاثة للذرة وهي البروتونات موجبة الشحنة, والإلكترونات سالبة الشحنة, والنيوترونات المتعادلة كهربائياً. فالبروتونات والنيوترونات تكون نواة الذرة, بينما تدور الإلكترونات حول هذه النواة.
وهناك جسيمات كثيرة داخل النواة غير ثابتة وغير مرئية, وهذه الجسيمات تظهر قبيل انحلال (تفكك) الذرة إلى جسيمات أدق. وقد تفرعت فيزياء الجسيمات من الفيزياء النووية بعد أن اكتشف الباحثون هذه الجسيمات الدقيقة غير الثابتة. وأدى اكتشافهم هذا إلى ان البروتونات والنيوترونات تتكون من جسيمات أدق منها. ويجري فيزيائيو الجسيمات الأبحاث باستخدام أجهزة تسمى معجلات الجسيمات. وتستطيع هذه الأجهزة أن تدفع بالحسيمات تحت الذرية إلى سرعات عالية جداً. وعندما تبلغ سرعات هذه الجسيمات قيماً قريبة جداً من سرعة الضوء, يسمح لها بالتصادم مع المادة. ويدرس الفيزيائيون الشظايا التي تنتج من التصادمات ويقيسون طاقاتها. وبهذه الكيفية يأملون أن يفهموا كيف تترابط الجسيمات الأولية لتكون البروتونات والنيوترونات والجسيمات تحت الذرية الأخرى.
وفي بعض الأحيان تنتج الطاقة المنبعثة من التصادم جسيمات جديدة, يفنى معظمها في أقل من جزء من البليون من الثانية. ويتتبع علماء الفيزياء مسارات مثل هذه الجسيمات بطرق مختلفة:
ومن هذه الطرق تصوير الآثار التي تتركها الجسيمات أثناء مرورها خلال بعض المواد الشفافة. وهناك طريقة أخرى للتتبع تستخدم جهازاً يرسل إشارة كهربائية عندما يمر أي جسيم من خلاله, وتحول هذه الإشارة إلى حاسوب يعيد تركيب ممرات الجسيمات الناتجة عن التصادم.
ويسعى علماء فيزياء الجسيمات إلى التعرف على كل الجسيمات الأولية وإلى استنتاج نظرية رياضية عن سلوكها. كما يريدون أن يكتشفوا أصل الكتل التي تحملها الجسيمات المختلفة. فبعضهم يعتقد أن هذه الكتل تنتج عن فعل البوزونات التي تسمى بوزونات هيجز, غير أن وجود هذه البوزونات لم تتم برهنته بطريقة مباشرة حتى الآن.
وهناك جسيمات كثيرة داخل النواة غير ثابتة وغير مرئية, وهذه الجسيمات تظهر قبيل انحلال (تفكك) الذرة إلى جسيمات أدق. وقد تفرعت فيزياء الجسيمات من الفيزياء النووية بعد أن اكتشف الباحثون هذه الجسيمات الدقيقة غير الثابتة. وأدى اكتشافهم هذا إلى ان البروتونات والنيوترونات تتكون من جسيمات أدق منها. ويجري فيزيائيو الجسيمات الأبحاث باستخدام أجهزة تسمى معجلات الجسيمات. وتستطيع هذه الأجهزة أن تدفع بالحسيمات تحت الذرية إلى سرعات عالية جداً. وعندما تبلغ سرعات هذه الجسيمات قيماً قريبة جداً من سرعة الضوء, يسمح لها بالتصادم مع المادة. ويدرس الفيزيائيون الشظايا التي تنتج من التصادمات ويقيسون طاقاتها. وبهذه الكيفية يأملون أن يفهموا كيف تترابط الجسيمات الأولية لتكون البروتونات والنيوترونات والجسيمات تحت الذرية الأخرى.
وفي بعض الأحيان تنتج الطاقة المنبعثة من التصادم جسيمات جديدة, يفنى معظمها في أقل من جزء من البليون من الثانية. ويتتبع علماء الفيزياء مسارات مثل هذه الجسيمات بطرق مختلفة:
ومن هذه الطرق تصوير الآثار التي تتركها الجسيمات أثناء مرورها خلال بعض المواد الشفافة. وهناك طريقة أخرى للتتبع تستخدم جهازاً يرسل إشارة كهربائية عندما يمر أي جسيم من خلاله, وتحول هذه الإشارة إلى حاسوب يعيد تركيب ممرات الجسيمات الناتجة عن التصادم.
ويسعى علماء فيزياء الجسيمات إلى التعرف على كل الجسيمات الأولية وإلى استنتاج نظرية رياضية عن سلوكها. كما يريدون أن يكتشفوا أصل الكتل التي تحملها الجسيمات المختلفة. فبعضهم يعتقد أن هذه الكتل تنتج عن فعل البوزونات التي تسمى بوزونات هيجز, غير أن وجود هذه البوزونات لم تتم برهنته بطريقة مباشرة حتى الآن.
فيزياء الحالة الصلبة
وتسمى أيضاً فيزياء المادة المكثفة.
يمكن تصنيف المواد الصلبة وفق الكيفية التي تتفاعل بها الإلكترونات والنوى في الذرات المختلفة. ويهتم الفيزيائيون الذين يدرسون المواد الصلبة بتأثر خصائص هذه المواد بعوامل مثل الحرارة والضغط. فبعض المواد الصلبة مثلاً, تفقد كل المقاومة الكهربائية عند الدرجات المنخفضة جداً, مما يجعلها تتحول إلى موصلات فائقة. وأبحاث التركيب الإلكتروني للمواد الصلبة ذات أهمية خاصة في فهم سلوك أشباه الموصلات التي هي أساس الأجهزة الإلكترونية الحديثة.
يمكن تصنيف المواد الصلبة وفق الكيفية التي تتفاعل بها الإلكترونات والنوى في الذرات المختلفة. ويهتم الفيزيائيون الذين يدرسون المواد الصلبة بتأثر خصائص هذه المواد بعوامل مثل الحرارة والضغط. فبعض المواد الصلبة مثلاً, تفقد كل المقاومة الكهربائية عند الدرجات المنخفضة جداً, مما يجعلها تتحول إلى موصلات فائقة. وأبحاث التركيب الإلكتروني للمواد الصلبة ذات أهمية خاصة في فهم سلوك أشباه الموصلات التي هي أساس الأجهزة الإلكترونية الحديثة.
فيزياء الموائع والبلازما
فيزياء الموائع الحديثة مبينة على مبادئ ميكانيكا الموائع التقليدية. ويعتبر فهم سلوك وحركة الموائع أمراَ مهماَ لتصميم وصناعة السيارات والسفن والطائرات والصواريخ, كما هو مهم لدراسة الأحوال الجوية. أما فيزياء البلازما فتعنى بدراسة الغازات التي تسمى البلازما. فعندما تزيد طاقة الغاز على قدر معين يصبح الغاز مؤيناً, أي مكوناً من جسيمات مشحونة كهربائياً, لانفصال الجسيمات سالبة الشحنة عن الجسيمات موجبة الشحنة.
ويسمى هذا الغاز البلازما, ويستخدم في أضواء النيون وفي المصابيح الفلورية. ويدرس الفيزيائيون كيف يمكن التحكم في البلازما من أجل استخدامها لإنتاج طاقة الاندماج لتوليد الكهرباء.
ويسمى هذا الغاز البلازما, ويستخدم في أضواء النيون وفي المصابيح الفلورية. ويدرس الفيزيائيون كيف يمكن التحكم في البلازما من أجل استخدامها لإنتاج طاقة الاندماج لتوليد الكهرباء.
قواعد وفوانين
قوانين الثبات للتفاعلات النووية
في أي تفاعل نووي يكون المقدار الكلي للطاقة ثابتاً. فأي نقص في الكتلة يتبعه انبعاث كمية مكافئة من الطاقة، وأي زيادة في الكتلة يتبعها امتصاص كمية مكافئة من الطاقة وذلك طبقاً لمعادلة آينشتين ط= ك× ع 2 ـ قانون بقاء كم الحركة:
في أي تفاعل نووي يظل كم الحركة ثابتاً.
بمعنى أن كتلة المواد الداخلة في التفاعل × سرعتها = كتلة المواد الناتجة من التفاعل × سرعتها.
3 ـ قانون بقاء الشحنة:
في أي تفاعل نووي يظل عدد الشحنات ثابتاً.
بمعنى أن مجموع الأرقام الذرية للنوى الداخلة في التفاعل = مجموع الأرقام الذرية للنوى الناتجة من التفاعل.
4 ـ قانون بقاء عدد النويات:
في أي تفاعل نووي يظل عدد النويات ثابتاً.
بمعنى أن مجموع أرقام الكتلة للنوى الداخلة في التفاعل = مجموع أرقام الكتلة للنوى الناتجة من التفاعل.
في أي تفاعل نووي يظل كم الحركة ثابتاً.
بمعنى أن كتلة المواد الداخلة في التفاعل × سرعتها = كتلة المواد الناتجة من التفاعل × سرعتها.
3 ـ قانون بقاء الشحنة:
في أي تفاعل نووي يظل عدد الشحنات ثابتاً.
بمعنى أن مجموع الأرقام الذرية للنوى الداخلة في التفاعل = مجموع الأرقام الذرية للنوى الناتجة من التفاعل.
4 ـ قانون بقاء عدد النويات:
في أي تفاعل نووي يظل عدد النويات ثابتاً.
بمعنى أن مجموع أرقام الكتلة للنوى الداخلة في التفاعل = مجموع أرقام الكتلة للنوى الناتجة من التفاعل.
قوانين كبلر
Kepler Laws
Kepler Laws
يقول نيوتن: إن أعماله وإنجازاته قامت على أكتاف علماء آخرين مثل: تيخو براهي (Thycho Brahe) ويوهانز كبلر (Johannes Kepler) وكانت هذه الأعمال هي الأساس في تحليل نيوتن لحركة الكواكب. وقد وجد تيخو وكبلر أن أعمالها متممة لبعضها بعضاً؛ إذ وجد كبلر أنه بحاجة ماسة لمعطيات تيخو الدقيقة؛ وبالمقابل وجد يتخو أن تحليلات كبلر الرياضية أساسية لعمله، فاستمرت هذه العلاقة بين العالميْن حتى وفاة تيخو. وقام كبلر باستخدام أوراق تيخو وبحوثه التي حصل عليها من مجلس الوصاية. وبسبب ذلك توصل إلى أن مدارات الكواكب حول الشمس لا تكون دائرية بل إهليجليّة (قطوع ناقصة). وتمكن من وضع ثلاثة قوانين للحركة الكوكبية.
لقد توصل كبلر إلى أن الكواكب تدور حول الشمس في مدارات إهلجيلجيَّة، والشمس في إحدى بؤرتي القطع الناقص. وهذا هو القانون الأول لكبلر.
كذلك لاحظ كبلر أن سرعة الكوكب تكون كبيرة كلما كان الكوكب قريباً من الشمس، وتكون صغيرة كلما كان الكوكب بعيداً عن الشمس.
لاستمرار كبلر في بحوثه المتعلقة بحركة الكواكب، توصل بعد مرور عشر سنوات تقريباً إلى أن مربع الزمن الدوري للكوكب يتناسب طردياً مع مكعب متوسط بعده عن الشمس. وهذا هو القانون الثالث لكبلر.
لقد توصل كبلر إلى أن الكواكب تدور حول الشمس في مدارات إهلجيلجيَّة، والشمس في إحدى بؤرتي القطع الناقص. وهذا هو القانون الأول لكبلر.
كذلك لاحظ كبلر أن سرعة الكوكب تكون كبيرة كلما كان الكوكب قريباً من الشمس، وتكون صغيرة كلما كان الكوكب بعيداً عن الشمس.
لاستمرار كبلر في بحوثه المتعلقة بحركة الكواكب، توصل بعد مرور عشر سنوات تقريباً إلى أن مربع الزمن الدوري للكوكب يتناسب طردياً مع مكعب متوسط بعده عن الشمس. وهذا هو القانون الثالث لكبلر.
قوانين نيوتن في الحركة
تتحرك الأجسام من حولنا بأنماط حركية مختلفة، فأنت تشاهد سيارة تبدأ حركتها من السكون، وتشاهدها عندما تدور في منعطف أو تتوقف؛ كما أنك تشاهد جسماً مقذوفاً إلى الأعلى فكيف يتحرك في أثناء صعوده وسقوطه؟ وطائرة تطير في الهواء، أو سمكة تسبح في الماء؛ فكيف تتحرك هذه الأجسام؟ وما الذي يحركها؟ هل تتحرك من تلقاء نفسها أم هنالك مؤثرات خارجية تجعلها تتحرك؟ وما العلاقة بين هذه القوى المؤثرة وطبيعة الحركة الناتجة؟ وما القوانين التي تضبط حركة هذه الأجسام؟ هذه الأسئلة وأخرى كثيرة يمكنك الإجابة عنها بعد دراسة قوانين نيوتن في الحركة، هذا مع الانتساب للأهمية الكبرى والدور المهم الذي تمثله بالنسبة لعلم الميكانيكا، واتساع تطبيقها.
قانون نيوتن الأول في الحركة (قانون القصور)
إن الأجسام الساكنة تبقى كذلك ما لم تؤثر فيها قوة خارجية. وهذا ينطبق على الأجسام المتحركة، لأنه إذا كانت الأجسام الساكنة قاصرة عن تغيير حالة سكونها بنفسها، فإن الأجسام المتحركة قاصرة عن تغيير حالتها الحركية بنفسها أيضاً.
إن هذه الصفة في الأجسام التي تجعلها غير قادرة على تغيير حالتها الحركية، هي خاصية طبيعية تسمى خاصية القصور (Inertia). وقد أطلق هذا الأسم أصلاً (غاليلو)؛ ثم أصبح مرادفاً لقانون نيوتن الأول. والقصور لغة تعني العجز؛ أما فيزيائياً فيعني عدم قدرة الجسم على تغيير حالته الحركية مقداراً أو اتجاهاً أو كليهما.
إن الأهمية الكبرى لقانون نيوتن الأول في الحركة تكمن في استخدامه لتعريف القوة. فإذا انعدمت القوة المؤثرة في جسم ما فإن ذلك يؤدي إلى ثبات الحالة الحركية، في حين أن وجود القوة يؤدي إلى تغيير الحالة الحركية. وعلى ذلك فالقوة كل مؤثر خارجي يغيّر أو يحاول التغيير من حالة الجسم الحركية مقداراً أو اتجاهاً، أو كليهما معاً.
إن هذه الصفة في الأجسام التي تجعلها غير قادرة على تغيير حالتها الحركية، هي خاصية طبيعية تسمى خاصية القصور (Inertia). وقد أطلق هذا الأسم أصلاً (غاليلو)؛ ثم أصبح مرادفاً لقانون نيوتن الأول. والقصور لغة تعني العجز؛ أما فيزيائياً فيعني عدم قدرة الجسم على تغيير حالته الحركية مقداراً أو اتجاهاً أو كليهما.
إن الأهمية الكبرى لقانون نيوتن الأول في الحركة تكمن في استخدامه لتعريف القوة. فإذا انعدمت القوة المؤثرة في جسم ما فإن ذلك يؤدي إلى ثبات الحالة الحركية، في حين أن وجود القوة يؤدي إلى تغيير الحالة الحركية. وعلى ذلك فالقوة كل مؤثر خارجي يغيّر أو يحاول التغيير من حالة الجسم الحركية مقداراً أو اتجاهاً، أو كليهما معاً.
قانون نيوتن الثاني في الحركة
إذا أثرت قوة محصلة في جسم أكسبته تسارعاً، يتناسب مقداره تناسباً طردياً مع مقدار القوة المحصلة، ويكون اتجاهه في اتجاه القوة المحصلة نفسها وَيمكن تمثيل هذا القانون رياضياً باستخدام العلاقة التالية:
ق م = ك ت.
حيث
ق م = محصلة القوة المؤثرة في جسم
ك = كتلة الجسم
ت = التسارع الذي هو معدل التغير في السرعة بالنسبة إلى الزمن.
ويكون التسارعُ موجباً (بالنسبة لاتجاه حركة الجسم)، إذا كانت القوة المحصلة باتجاه الحركة فيؤدي إلى زيادة سرعته؛ ويكون سالباً إذا كان اتجاه القوة المحصلة بعكس اتجاه حركة الجسم، تتناقص سرعة الجسم إلى أن يتوقف في النهاية. أي أنه إذا كانت إشارة (ت) مثل إشارة (ع) فالتسارع موجب. وإلا يكون سالباً.
وَإذا كانت القوة المحصلة صفراً، فإن التسارع الذي يكتسبه الجسم = صفراً، وهذا هو قانون نيوتن الأول. وعلى ذلك فإن القانون نيوتن الأول يمكن اعتباره حالة خاصة من قانون نيوتن الثاني؛ أو أن القانونين يمكن اعتبارهما قانوناً واحداً هو قانون نيوتن في الحركة.
ومن قانون نيوتن الثاني يمكن أن نجد طريقة مناسبة لقياس محصلة القوى المؤثرة في جسم معروف الكتلة بحساب تسارعه.
تقاس القوة بوحدة النيوتن، عندما تقاس الكتلة بوحدة (كغ)، والتسارع بوحدة (م/ث2). ويعرف النيوتن بأنه القوة التي إذا أثرت في جسم كتلته (1) كغ، أكسبته تسارعاً باتجاهها مقداره (1) م/ث2.
ق م = ك ت.
حيث
ق م = محصلة القوة المؤثرة في جسم
ك = كتلة الجسم
ت = التسارع الذي هو معدل التغير في السرعة بالنسبة إلى الزمن.
ويكون التسارعُ موجباً (بالنسبة لاتجاه حركة الجسم)، إذا كانت القوة المحصلة باتجاه الحركة فيؤدي إلى زيادة سرعته؛ ويكون سالباً إذا كان اتجاه القوة المحصلة بعكس اتجاه حركة الجسم، تتناقص سرعة الجسم إلى أن يتوقف في النهاية. أي أنه إذا كانت إشارة (ت) مثل إشارة (ع) فالتسارع موجب. وإلا يكون سالباً.
وَإذا كانت القوة المحصلة صفراً، فإن التسارع الذي يكتسبه الجسم = صفراً، وهذا هو قانون نيوتن الأول. وعلى ذلك فإن القانون نيوتن الأول يمكن اعتباره حالة خاصة من قانون نيوتن الثاني؛ أو أن القانونين يمكن اعتبارهما قانوناً واحداً هو قانون نيوتن في الحركة.
ومن قانون نيوتن الثاني يمكن أن نجد طريقة مناسبة لقياس محصلة القوى المؤثرة في جسم معروف الكتلة بحساب تسارعه.
تقاس القوة بوحدة النيوتن، عندما تقاس الكتلة بوحدة (كغ)، والتسارع بوحدة (م/ث2). ويعرف النيوتن بأنه القوة التي إذا أثرت في جسم كتلته (1) كغ، أكسبته تسارعاً باتجاهها مقداره (1) م/ث2.
قانون نيوتن الثالث في الحركة
إن التأثير بقوة في جسم يتطلب تفاعلاً (أي تأثيراً متبادلاً) بين هذا الجسم وجسم آخر. فإذا دفعت جسماً حدث تفاعل بين يدك وذلك الجسم؛ وإذا تعلقت بحبل فهنالك تفاعل بينك وبين الحبل ينشأ عنه قوة تؤثر فيك، وقوة أخرى تؤثر في الحبل.
لكل فعل رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
إن قوى الجذب المتبادلة سواء بين الأجرام السماوية، أو الجسيمات الأولية هي أيضاً تطبيق لقانون نيوتن الثالث؛ والشمس تجذب الأرض بقوة تجبرها على الدوران حولها، وكذلك النواة تجذب الالكترون وهكذا.
لكل فعل رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
إن قوى الجذب المتبادلة سواء بين الأجرام السماوية، أو الجسيمات الأولية هي أيضاً تطبيق لقانون نيوتن الثالث؛ والشمس تجذب الأرض بقوة تجبرها على الدوران حولها، وكذلك النواة تجذب الالكترون وهكذا.
ما وَرَاء الذَّرة
احدى الخصائص التي يتميز بها العلم هي السعي لتفسير مجموعة من الظاهرات المختلفة انطلاقاً من عدد قليل من المفاهيم الاساسية. نظرية جون دالتون (1766 ـ 1844) الذرية هي مثل بارز على ذلك، إذ انها تعتبر أن مواد مختلفة عدة هي مكوّنة جميعها من بعض أنواع الذرة، وان الذرات هي مواد البناء الاساسية لكل ما هو مادي في العالم. في أواخر القرن التاسع عشر واوائل القرن العشرين، تضافرت الدلائل على أن للذرات نفسها بنية داخلية. وبحلول عام 1932، كان العلماء قد تحققوا من أن الذرات هي تجمّعات لجسيمات أصغر منها: البروتونات والنيوترونات (التي تؤلف معا نواة صغيرة مشحونة ايجابا) مع إلكترونات تدور حولها وهي ذات شحنة سالبة.
التفاعلات بين الجسيمات
لا يكفي، لاعطاء وصف كامل للمادة، تعيين مقوّماتها، بل من الضروري أيضاً وصف الطريقة التي تتماسك بها هذه المقوّمات، أي لا بد من وصف الطريقة التي بها تتفاعل هذه فيما بينها. يمكن تمييز أربعة أنواع من التفاعلات: اثنان منها معروفان تماماً، إذ يظهران بسهولة في العناصر المادية العادية. فهناك التفاعل التجاذبي (6) الذي يُحدِث بين الأجسام تجاذباً يتوقف على كتلها، لكن تأثيره ضئيل جداً في تركيب بنية الذرّة ولا يقوم بأي دور في ترابط اجزائها، لكنه مسؤول عن القوّة التي تتجاذب الاجرام السماوية؛ اما التفاعل الكهرطيسي (7) بين الجسيمات المشحونة كهربائياً، فقوته تفوق بملايين الاضعاف التفاعل التجاذبي، وهي مسؤولة عن التجاذب بين نواة الذرة والكتروناتها المدارية. فضلاً عن ذلك، ثمّة تفاعلات مختلفة تماماً تحدث داخل النواة نفسها. هنا تتماسك البروتونات والنيوترونات بشدة رغم التنافر الكهرطيسي بينها. هذا «التفاعل الشديد» لا علاقة له بالشحنة ولا يتأثر بها، لأنه يعمل بين النيوترونات، كما يعمل بين البروتونات، وهو أقوى من التفاعل الكهرطيسي بحوالي 7000 ضعف.
النوع الرابع، المعروف «بالتفاعل الضعيف»، تساوي قوّته حوالي جزء من ألف من قوة التفاعل الكهرطيسي. وهو يظهر في بعض العمليات التي تحدث فيها تحولات لبعض الجسيمات كما في انحلال بيتا الاشعاعي.
النوع الرابع، المعروف «بالتفاعل الضعيف»، تساوي قوّته حوالي جزء من ألف من قوة التفاعل الكهرطيسي. وهو يظهر في بعض العمليات التي تحدث فيها تحولات لبعض الجسيمات كما في انحلال بيتا الاشعاعي.
مجالات القوة
تحدث الأنواع الأربعة من التفاعلات في الفضاء الحر. تستعمل احدى النظريات لشرح هذا «التأثير من بعيد»، فكرة مجال القوة، القائلة أن الجسيم المشحون يؤثر في الفضاء المحيط به، بحيث إذا وضع جسيم مشحون آخر في هذا الفضاء عينه، فانه يتأثر بدوره بذلك التأثير. تسمّى منطقة التأثير هذه مجالاً كهرطيسياً.
هنالك نموذج تفسير مختلف يعتمد على الميكانيكا الكمية مستعيناً بفكرة تبادل جسيمات مفترضة. فكما يتفاعل جسيمان مشحونان ببثّ الفوتونات (جسيمات الضوء) وامتصاصها، كذلك يفسَّر التفاعل التجاذبي بتبادل جسيمات مفترضة تسمّى غرافيتونات. في عام 1935 رأى هيديكي يوكاوا (8) أن التفاعلات القوية، التي تبقي النواة متماسكة، متأتّية عن تبادل جسيم وكتلة يتمّ بين الالكترون والبروتون. هذا الجسيم معروف الآن باسم باي ميزون (أو بيون) .
هنالك نموذج تفسير مختلف يعتمد على الميكانيكا الكمية مستعيناً بفكرة تبادل جسيمات مفترضة. فكما يتفاعل جسيمان مشحونان ببثّ الفوتونات (جسيمات الضوء) وامتصاصها، كذلك يفسَّر التفاعل التجاذبي بتبادل جسيمات مفترضة تسمّى غرافيتونات. في عام 1935 رأى هيديكي يوكاوا (8) أن التفاعلات القوية، التي تبقي النواة متماسكة، متأتّية عن تبادل جسيم وكتلة يتمّ بين الالكترون والبروتون. هذا الجسيم معروف الآن باسم باي ميزون (أو بيون) .
جسيمات اساسية أخرى
حتى عام 1932، كان يظن انه يمكن، بثلاثة جسيمات فقط، تفسير البنية الذرية. لكن منذ ذلك الحين، تعقدت الأمور باكتشاف جسيمات عديدة اضافية بفضل دراسة الأشعة الكونية وتجارب استخدمت فيها مسارعات الجسيمات (1، 9) . فقد تبين أن الاصطدامات المرتفعة الطاقة تؤدي إلى توليد جسيمات جديدة عرف منها حتى الآن ما يربو على 200، وأكثرها غير مستقرة (2) .
تصنف هذه الجسيمات تحت الذريّة العديدة في مجموعات: فالجسيمات التي تشترك في التفاعلات الشديدة تسمى هادرونات (ومنها النيوترون والبروتون والهيبرون والميزون)، والجسيمات التي لا تشترك في التفاعلات الشديدة تسمّى لبتونات (ومنها الالكترون والنيوترينو) . لا تزال المشكلة التوصل إلى نظريّة موحّدة تفسر وجود هذه الكثرة من الجسيمات وتصرفاتها.
تصنف هذه الجسيمات تحت الذريّة العديدة في مجموعات: فالجسيمات التي تشترك في التفاعلات الشديدة تسمى هادرونات (ومنها النيوترون والبروتون والهيبرون والميزون)، والجسيمات التي لا تشترك في التفاعلات الشديدة تسمّى لبتونات (ومنها الالكترون والنيوترينو) . لا تزال المشكلة التوصل إلى نظريّة موحّدة تفسر وجود هذه الكثرة من الجسيمات وتصرفاتها.
مجموعات الجسيمات
وزع علماء الفيزياء الجسيمات تحت الذرية إلى ثلاث مجموعات أساسية هي:
وهذه المجموعات الثلاثة هي الجسيمات الأولية, بمعنى أنها لاتبدو مكونة من وحدات أصغر, وأحجامها أدق بكثير من أن يتم قياسها حالياً. فالجسيمات الأولية أدق بمقدار 100 مليون مرة من الذرة.
وهذه المجموعات الثلاثة هي الجسيمات الأولية, بمعنى أنها لاتبدو مكونة من وحدات أصغر, وأحجامها أدق بكثير من أن يتم قياسها حالياً. فالجسيمات الأولية أدق بمقدار 100 مليون مرة من الذرة.
اللبتونات
اكتشف علماء الفيزياء ستة أنواع من اللبتونات, وهي الإلكترونات, والميونات, والتاوات, إضافة إلى ثلاثة أنواع من اليوترينوات التي ليس لها شحنة كهربائية. أما بقية اللبتونات فلها شحنة سالبة.
الكواركات
لا تشبه الكواركات اللبتونات؛ فهي لا توجد بمفردها في الطبيعة, إنما تتحد دائماً لتكون الجسيمات المعروفة باسم الهدرونات. والهدرونات الثابتة الوحيدة هي البترونات والنيوترونات التي تتكون من مجموعات متحدة من نوعين من الكواركات هي الكواركات الفوقية والكواركات التحتية. وتحمل كل واحدة من هذه الكواركات شحنة كهربائية تساوي ثلث أو ثلثي شحنة الإلكترون. وقد تعرف علماء الفيزياء أيضاً على كواركات غير ثابتة؛ منها الجسيمات الغربية, والمسحورة, والقاعدية, وقد تتحد الكواركات لتكون مايربو على 300 نوع من الهدرونات.
البوزونات
تقوم البوزونات بنقل القوى بين الجسيمات. وتشمل الأنواع المعروفة من البوزونات الفوتونات, والقلونات, والويكونات, أو البوزونات الضعيفة. وتحمل الفوتونات – التي هي في الأصل جسيمات من الضوء – القوة الكهربائية التي تحفظ الإلكترونات داخل الذرة. ويمكن للويكونات أن تغير أي نوع من الكواركات أو اللبتونات إلى نوع آخر.
مصادر الإشعاعات التي تتعرض لها الكائنات الحية والإنسان
ـ العناصر المشعة الموجودة في التربة والصخور.
2 ـ الأشعة الكونية.
3 ـ المفاعلات الذرية ومعجلات القذائف.
4 ـ الغبار الذري الناتج من تفجير القنابل الذرية والهيدروجينية.
5 ـ أجهزة الأشعة السينية المستخدمة في العلاج والكشف.
6 ـ الأجهزة المحتوية على مواد مضيئة دذاتياً مثل الساعات.
7 ـ الكبرون المشع ك، وهو موجود في جميع أجسام الكائنات الحية مع الكربون العادي ك بنسبة 1: 25000 وهو يشع بيتا السالبة.
2 ـ الأشعة الكونية.
3 ـ المفاعلات الذرية ومعجلات القذائف.
4 ـ الغبار الذري الناتج من تفجير القنابل الذرية والهيدروجينية.
5 ـ أجهزة الأشعة السينية المستخدمة في العلاج والكشف.
6 ـ الأجهزة المحتوية على مواد مضيئة دذاتياً مثل الساعات.
7 ـ الكبرون المشع ك، وهو موجود في جميع أجسام الكائنات الحية مع الكربون العادي ك بنسبة 1: 25000 وهو يشع بيتا السالبة.
مقارنة بين التفاعلات الكيميائية والتفاعلات النووية
|
التفاعلات الكيميائية
|
التفاعلات النووية
|
|
تتبع قانون بقاء الماد
|
ةتتبع قانون بقاء الطاقة
|
|
تتبع قوانين النسب الثابتة والمتضاعفة
|
لا تتبع هذه القوانين
|
|
ينتج عنها طاقة صغيرة
|
ينتج عنها طاقة هائلة
|
|
تتم بانتقال أو مشاركة الإلكترونات بين أغلفة التكافؤ أو بالمساهمة بينها
|
تتم بين النوى وينتج عنها تكوين نوى عناصر جديدة
|
|
تحتاج غالباً لحرارة بسيطة لكي يبدأ التفاعل حتى تتقارب مستويات الطاقة من بعضها فيحدث انتقال الإلكترونات أو المساهمة بينها
|
يحتاج بعضها لمعجلات القذائف. والتفاعلات الاندماجية تحتاج إلى ملايين الدرجات المئوية ومليارات الضغوط الجوية
|
|
نظائر العنصر الواحد تعطي نفس النواتج في التفاعلات الكيميائية
|
نظائر العنصر الواحد لا تعطي نفس النواتج في التفاعلات النووية
|
|
يد+ أ ـ يد 2 أ ماء عادي
|
لث + يد ـ هـ + هـ + طاقة
|
|
2 يد + أ ـ يد 2 أ ماء ثقيل
|
لث + يد ـ هـ + هـ + ق + طاقة
|
|
لا تتغير نوعية العنصر
|
تتغير نوعية العنصر
|
مقارنة بين السيكلوترون والبيتاترون من حيث
أ ـ نوع الجسيمات المعجلة ـ ب ـ الاستخدام ـ ج ـ فكرة التعجيل ـ د ـ المجال المغناطيسي ـ هـ ـ السرعة الزاوية ـ و ـ المسار.
|
السيكلوترون
|
البيتاترون
|
|
أ ـ يستخدم في تعجيل الجسيمات الموجبة الشحنة مثل البروتونات، الديوترونات ودقائق ألفا
|
أ ـ يستخدم في تعجيل الإلكترونات
|
|
ب ـ تستخدم الجسيمات الموجبة المعجلة كقذائف في التفاعلات النووية
|
ب ـ توجه الإلكترونات المعجلة نحو سلك من البلاتين فتصطدم به فتولد أشعة سينية ذات طاقة عالية تستخدم في التفاعلات النووية
|
|
ج ـ تعتمد فكرة التعجيل على تغير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين (د 1، د 2) . فعندما يعبر الجسيم الفجوة يتم تعجيله فتزداد سرعته. وبتكرار تغير اتجاه المجال يكتسب الجسيم طاقة إضافية كلما عبر الفجوة، حتى تصل طاقته إلى أقصاها في نهاية مساره، ثم يوجه نحو الهدف لإحداث التفاعل النووي
|
ج ـ تعتمد فكرة التعجيل على تغير شدة المجال المغناطيسي المتردد. حيث تزداد شدته تدريجياً من صفر إلى نهاية عظمى في الربع الأول من ذبذبة التيار أي في زمن قدره 1/240 من الثانية، وفي هذه الفترة تكتسب الإلكترونات سرعة وطاقة متزايدة تصل إلى أقصاها في نهاية هذه الفترة الزمنية. وعندما توجه نحو سلك البلاتين لتصطدم به فتتولد الأشعة السينية ذات طاقة عالية
|
|
د ـ المجال المغناطيسي المستخدم يكون موحد الاتجاه والشدة
|
د ـ المجال المغناطيسي متردد متغير الشدة والاتجاه
|
|
هـ ـ السرعة الزاوية للجسيمات المعجلة ثابتة لا تعتمد على (ع أو س)
|
هـ ـ السرعة الزاوية للإلكترونات المعجلة متزايدة تتناسب طردياً مع السرعة الخطية (ع)
|
|
و ـ تتحرك الجسيمات المعجلة في مسار حلزوني
|
و ـ تتحرك الإلكترونات المعجلة في مسار دائري
|
وجه المقارنة القنبلة الذرية القنبلة الهيدروجينية
| فكرة العمل | تعتمد على إحداث تفاعل انشطاري في وقت قصير | تعتمد على إحداث تفاعل اندماجي بين نظائر الهيدروجين باستخدام تفاعل انشطاري متسلسل |
| نوع التفاعل النووي | تفاعل انشطاري متسلسل | تفاعل اندماجي |
| القنبلة الذرية | القنبلة الهيدروجينية | |
| وقودها اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم | وقودها نظائر الهيدروجين وقد يضاف إليها نظير الليثيوم لث وتحاط نظائر الهيدروجين والقنبلة الذرية بغلاف من اليورانيوم 238 | |
| وقودها محدد بحجم حرج | وقودها غير محدد بحجم معين | |
| تستخدم فيها مواد عاكسة للنيوترونات | لا تستخدم فيها مواد عاكسة للنيوترونات | |
| قوتها التدميرية أقل 1000 مرة من القنبلة الهيدروجينية | قوتها التدميرية أكبر 1000 مرة من قوة القنبلة الذرية |
ميكانيكا الكم
ميدانٌ من ميادين علم الفيزياء، يصف تركيب الذرّة وحركة الجسيمات الذرية، ويوضح كذلك كيف تمتص الذرات الطاقة في شكل ضوء، وكيف تطلقها، ويوضح طبيعة الضوء.
تمضي ميكانيكا الكم إلى ما يتجاوز الحدود القصوى للفيزياء التقليدية، التي تقوم على أساس القوانين التي صاغها العالم الإنجليزي السير إسحق نيوتن. وهي تُعد من المُنجَزَات العلمية الكبرى التي تحققت في القرن العشرين. وبالإضافة إلى أهميتها النظرية، فقد ساهمت في تطوير أجهزة عملية مثل أجهزة الليزر والترانزستور، كما مكنت العلماء من تحقيق فهم أفضل للروابط والتفاعلات الكيميائية.
فهم ميكانيكا الكم: تتحرك في الذرة جسيماتٌ صغيرةٌ ذاتُ شحنة كهربائية سالبة. ويُطلق على هذه الجسيمات الإلكترونات وتتحرك في مدارات حول نواة ذات شحنة موجبة. وتوضح ميكانيكا الكم أن الإلكترونات لا يمكنها التحرك إلا في مدارات بعينها، وكلّ مدار يدعى المدر المُكمَّى وله قيمة معينة من الطاقة. وعندما يكون إلكترون ما في مدار محدد فإنه يوجد في مستوى بعينه من مستويات الطاقة، ولا يطلق الطاقة أو يمتصها. ويظل الإلكترون في هذه الحالة العادية، طالما أن ذرته على حالها، ولكن إذا ما أثرت قوى جارجية على هذه الذرة، فإن الإلكترون يمكن أن يتغير متنقلاً إلى مدار مكمّى آخر.
وعندما يقفز الإلكترون من مدار ذي طاقة أعلى إلى مدار ذي طاقة أقل، فإنه يطلق الطاقة على شكل ضوء، وهذا الضوء يُطلق في صورة حزمة صغيرة من الطاقة تدعى كوانتم أو فوتون. وتساوي طاقة الفوتون هذه الفرق في الطاقة بين المدارين اللذين حدث القفز من أحدهما إلى الآخر. والإلكترون يمكنه كذلك أن يمتص فوتوناً، ويقفز من مدار ذي طاقة أدنى إلى مدار ذي طاقة أعلى. وبهذه الطريقة فإن ميكانيكا الكم توضح العملية التي من خلالها تُطلق الذرة فوتونات الضوء وتمتصها.
كان العلماء في السابق يعتقدون أن الضوء موجةٌ تنبعث على شكل دفق متواصل، ولكننا الآن نعرف أن للضوء خواصّ كل من الجسيمات (الفوتونات) والموجات. وللفوتون طاقة تتناسب مع تردد الموجات؛ أي مع عدد الذبذبات في الثانية.
وتوضح ميكانيكا الكم إن الإلكترونات وغيرها من الجسيمات الذرية للمادة مرتبطة بالموجات كذلك. وهذه الموجات التي تسمى موجات المادة لها أطوال موجبة محددة. والطول الموجي يتناسب في كل الأحوال مع تردد الموجات ومع كمية حركة الجسيمات. وهذه الكمية تُحسب بضرب كتلة الجسيمات في سرعتها. وتقدم موجات المادة تفسيراً لترتيب الإلكترونات في مدارات منفصلة.
تمضي ميكانيكا الكم إلى ما يتجاوز الحدود القصوى للفيزياء التقليدية، التي تقوم على أساس القوانين التي صاغها العالم الإنجليزي السير إسحق نيوتن. وهي تُعد من المُنجَزَات العلمية الكبرى التي تحققت في القرن العشرين. وبالإضافة إلى أهميتها النظرية، فقد ساهمت في تطوير أجهزة عملية مثل أجهزة الليزر والترانزستور، كما مكنت العلماء من تحقيق فهم أفضل للروابط والتفاعلات الكيميائية.
فهم ميكانيكا الكم: تتحرك في الذرة جسيماتٌ صغيرةٌ ذاتُ شحنة كهربائية سالبة. ويُطلق على هذه الجسيمات الإلكترونات وتتحرك في مدارات حول نواة ذات شحنة موجبة. وتوضح ميكانيكا الكم أن الإلكترونات لا يمكنها التحرك إلا في مدارات بعينها، وكلّ مدار يدعى المدر المُكمَّى وله قيمة معينة من الطاقة. وعندما يكون إلكترون ما في مدار محدد فإنه يوجد في مستوى بعينه من مستويات الطاقة، ولا يطلق الطاقة أو يمتصها. ويظل الإلكترون في هذه الحالة العادية، طالما أن ذرته على حالها، ولكن إذا ما أثرت قوى جارجية على هذه الذرة، فإن الإلكترون يمكن أن يتغير متنقلاً إلى مدار مكمّى آخر.
وعندما يقفز الإلكترون من مدار ذي طاقة أعلى إلى مدار ذي طاقة أقل، فإنه يطلق الطاقة على شكل ضوء، وهذا الضوء يُطلق في صورة حزمة صغيرة من الطاقة تدعى كوانتم أو فوتون. وتساوي طاقة الفوتون هذه الفرق في الطاقة بين المدارين اللذين حدث القفز من أحدهما إلى الآخر. والإلكترون يمكنه كذلك أن يمتص فوتوناً، ويقفز من مدار ذي طاقة أدنى إلى مدار ذي طاقة أعلى. وبهذه الطريقة فإن ميكانيكا الكم توضح العملية التي من خلالها تُطلق الذرة فوتونات الضوء وتمتصها.
كان العلماء في السابق يعتقدون أن الضوء موجةٌ تنبعث على شكل دفق متواصل، ولكننا الآن نعرف أن للضوء خواصّ كل من الجسيمات (الفوتونات) والموجات. وللفوتون طاقة تتناسب مع تردد الموجات؛ أي مع عدد الذبذبات في الثانية.
وتوضح ميكانيكا الكم إن الإلكترونات وغيرها من الجسيمات الذرية للمادة مرتبطة بالموجات كذلك. وهذه الموجات التي تسمى موجات المادة لها أطوال موجبة محددة. والطول الموجي يتناسب في كل الأحوال مع تردد الموجات ومع كمية حركة الجسيمات. وهذه الكمية تُحسب بضرب كتلة الجسيمات في سرعتها. وتقدم موجات المادة تفسيراً لترتيب الإلكترونات في مدارات منفصلة.
نظرية بوهر للتفاعل النووي
تفسر هذه النظرية مراحل التفاعل النووي وتتلخص فيما يأتي:
1 ـ عند قذف نواة الهدف بقذيفة فإنها تمتص القذيفة ويتكون نواة مركبة نواة الهدف + قذيفة ـ نواة مركبة 2 ـ تتوزع طاقة القذيفة على نويات النواة بالتساوي فترتفع درجة حرارتها إلى ملايين الدرجات المئوية فتتصادم النويات وفي النهاية يتركز جزء كبير من الطاقة الإضافية على إحدى النويات فتتغلب على القوى النووية وتنفصل عن النواة.
نواة مركبة ـ نواة نهائية + قذيفة أو قذائف مطرودة 3 ـ النواة المركبة تشبه قطرة سائل ارتفعت درجة حرارتها فتبخر بعض جزيئاتها. فالنواة المركبة يتبخر بعض نوياتها والنوية المتبخرة قد تكون بروتوناً أو نيوتروناً أو بروتوناً مع نيوترون (ديترون) أو 2 بروتون مع 2 نيوترون (دقيقة ألفا) .
4 ـ إذا كانت القذيفة طاقتها ضعيفة وغير قادرة على تبخير إحدى النويات تأسرها النواة وتصبح نواة نهائية وتخرج منها طاقة القذيفة على هيئة فوتونات جاما.
1 ـ عند قذف نواة الهدف بقذيفة فإنها تمتص القذيفة ويتكون نواة مركبة نواة الهدف + قذيفة ـ نواة مركبة 2 ـ تتوزع طاقة القذيفة على نويات النواة بالتساوي فترتفع درجة حرارتها إلى ملايين الدرجات المئوية فتتصادم النويات وفي النهاية يتركز جزء كبير من الطاقة الإضافية على إحدى النويات فتتغلب على القوى النووية وتنفصل عن النواة.
نواة مركبة ـ نواة نهائية + قذيفة أو قذائف مطرودة 3 ـ النواة المركبة تشبه قطرة سائل ارتفعت درجة حرارتها فتبخر بعض جزيئاتها. فالنواة المركبة يتبخر بعض نوياتها والنوية المتبخرة قد تكون بروتوناً أو نيوتروناً أو بروتوناً مع نيوترون (ديترون) أو 2 بروتون مع 2 نيوترون (دقيقة ألفا) .
4 ـ إذا كانت القذيفة طاقتها ضعيفة وغير قادرة على تبخير إحدى النويات تأسرها النواة وتصبح نواة نهائية وتخرج منها طاقة القذيفة على هيئة فوتونات جاما.
من مشاكل البيئة والارض
من مشاكل البيئة والارض
الاحتباس الحرارى (ظاهرة الصوبة)
لا تصل أشعة الشمس التي تسقط على الغلاف الجوى إلى سطح الأرض بكامل قوتها، فينعكس نحو 25% من هذه الأشعة عائداً إلى الفضاء بفعل الهواء والسحاب، ويمتص الغلاف الجوي نحو 23% منها. أما الباقي وهو 52% منها فقط فيصل إلى سطح الأرض. وينعكس من هذه الكمية الأخيرة نحو 6% عائداً إلى الفضاء أما الباقي وهو 46% فيمتصه سطح الأرض ومياه البحار فيدفئهما. وتشع هذه الأسطح الدافئة بدورها الطاقة الحرارية التي اكتسبتها من الشمس على شكل الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة. ونظرا لأن بعض الغازات الشحيحة الموجودة طبيعياً في الهواء ـ خاصة ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ـ لها القدرة على امتصاص هذه الأشعة فإن هذا يؤدي إلى حجز جزء من الطاقة الحرارية المنبعثة من سطح الأرض داخل الغلاف الجوي ويمنع تبددها في الفضاء. وتعرف هذه الظاهرة بالاحتباس الحراري أو ظاهرة الصوبة نسبة لما يحدث داخل الصوبة الزجاجية التي تستخدم في الزراعة. ولولا هذا الاحتباس الحراري الطبيعي لانخفضت درجة حرارة سطح الأرض بمقدار 33 درجة مئوية عن مستواها الحالي، أي لهبطت إلى دون نقطة تجمد الماء ولأصبحت الحياة على سطح الأرض مستحيلة. ونظرا لأن التركيز الطبيعي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تحكمه التفاعلات التي تحدث بين الغلاف الجوي ومياه البحر والمحيط الحيوي على سطح الأرض، فيما يعرف باسم الدورة الجيوكيميائية للكربون، فإن أي خلل في توازن هذه التفاعلات يحدث تغيراً في درجة الحرارة على سطح الأرض. ويعد غاز ثاني أكسيد الكربون غاز الاحتباس الحراري الرئيسي، وتتوقف تركيزاته في الهواء على الكميات المنبعثة من نشاطات الإنسان، خاصة من احتراق الوقود الحفري ومن معدل آزالة الغابات، والتغيرات التي قد تطرأ في الغطاء النباتي. ويقدر تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم بنحو 353 جزءاً في المليون بالحجم، أي بزيادة قدرها 25% عن مستواه قبل عصر الصناعة (عام 1750 ـ 1800 م) البالغ 280 جزءاً من المليون بالحجم. وتتزايد التركيزات اليوم بمعدل 5ر0% سنوياً بسبب الانبعاثات الناشئة عن الأنشطة البشرية. وإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون وجد أن هناك عددا من الغازات الأخرى لديها خصائص الاحتباس الحراري، وأهم هذه الغازات: الميثان وأكسيد النيتروز ومجموعة الكلوروفلوروكربون والأوزون الذي يتكون في طبقة التروبوسفير.
الأرصاد الجوية للطيران
Aeronautical Meteorology
Aeronautical Meteorology
نظراً لأهمية الأرصاد الجوية بالنسبة للطيران فقد تم إنشاء مراكز للتنبؤات الجوية في جميع المطارات الدولية، تصدر تقارير وتنبؤات جوية عن حالات الطقس في المطارات التابعة لها لتذيعها إلى المطارات الأخرى وإلى الطائرات، كما تستقبل التنبؤات والتقارير الجوية من كافة المطارات بصفة مستمرة، تصدر التنبؤات الجوية الخاصة برحلات الطيران على خرائط كاملة لمساحات كبيرة من العالم، تشتمل على معلومات الرياح والحرارة والطقس عند مستويات ارتفاعات مختلفة، هذا بالإضافة إلى صور الأقمار الصناعية التي تبيِّن مواقع الأعاصير والرياح الشديدة خلال الرحلة.
وعند تصميم الطائرة يلزم معرفة الخصائص الفيزيائية والديناميكية للجو. وفي التجهيز لأعمال الطيران تلزم المعلومات الجوية في بناء المطارات حيث تحدِّد قيمُ الضغط والحرارة أطوال الممرات، وتحدِّد الرياحُ السطحية السائدة اتجاهات هذه الممرات.
وعند تصميم الطائرة يلزم معرفة الخصائص الفيزيائية والديناميكية للجو. وفي التجهيز لأعمال الطيران تلزم المعلومات الجوية في بناء المطارات حيث تحدِّد قيمُ الضغط والحرارة أطوال الممرات، وتحدِّد الرياحُ السطحية السائدة اتجاهات هذه الممرات.
وفي عمليات الطيران تفيد معلومات الأرصاد الجوية فيما يلي:
1 ـ اختيار أنسب أوقات الرحلات الجوية ومساراتها.
1 ـ اختيار أنسب أوقات الرحلات الجوية ومساراتها.
2 ـ توفير الوقود وتقدير الحمل الفعّال للطائرة مما يوفر عائداً اقتصادياً محسوساً.
3 ـ تأمين سلامة الطائرات والأرواح في الجو وخلال مراحل الإقلاع والهبوط.
الهواء
الهواء خليط الغازات الذي يحيط بالأرض. وغالباً ما يطلق عليه الغلاف الجوي. وبدون الهواء فإن الحياة تستحيل على سطح الأرض، وتكون مجرد عالم صخري شبيه بسطح القمر، وتكون السماء داكنة باستمرار، والنجوم غير متلألئة، وتكون الشمس كرة نارية تذهب بالأبصار، وتنطلق منها إلى الأرض إشعاعات مميتة، بالإضافة إلى الحرارة والضوء.
وتحتاج جميع الأحياء (الحيوانات والنباتات) الهواء لتبقى على قيد الحياة، فقد يعيش الإنسان أكثر من شهر دون طعام وأكثر من أسبوع دون ماء. لكنه لا يستطيع البقاء حياف دون هواء سوى بضع دقائق.
وتحتاج جميع الأحياء (الحيوانات والنباتات) الهواء لتبقى على قيد الحياة، فقد يعيش الإنسان أكثر من شهر دون طعام وأكثر من أسبوع دون ماء. لكنه لا يستطيع البقاء حياف دون هواء سوى بضع دقائق.
وللهواء دور أكبر من كونه يمكِّننا من التنفس. فالهواء يقي الأرض من الأشعة الضارة التي تنبعث من الشمس وغيرها من الأجسام، والكواكب في الفضاء الخارجي. وفي نفس الوقت يقوم الهواء بامتصاص الكثير من الحرارة المنبعثة من الشمس. وبهذا يحافظ الهواء على بقاء الأرض دافئة بما فيه الكفاية لضمان استمرار الحياة. والهواء يحمينا من الجسيمات النيزكية، التي يحترق معظمها قبل أن ترتطم بسطح الأرض.
وتجلب السحب التي تتشكل في طبقات الجو العليا المياء سواء أكانت على شكل أمطرا أم ثلوج. وينبغي توافر المياه والهواء لجميع الكائنات الحية لكي تعيش.
ونحتاج للهواء أيضاً لكي نسمع، حيث ينتقل الصوت عبر الهواء، أو أي مادة أخرى. ومعظم الأصوات التي نسمعها تنتقل عبر الهواء. وللهواء وزن، وهذا الوزن يمكِّن المناطيد المملوءة بالغاز الخفيف أو الساخن من أن ترتفع فوق الأرض لأنها أخف من الهواء المحيط بها. كما يمكِّن الهواء المتحرك الملامس لأجنحة الطائرات والطيور والحشرات من الطيران.
ونحتاج للهواء أيضاً لكي نسمع، حيث ينتقل الصوت عبر الهواء، أو أي مادة أخرى. ومعظم الأصوات التي نسمعها تنتقل عبر الهواء. وللهواء وزن، وهذا الوزن يمكِّن المناطيد المملوءة بالغاز الخفيف أو الساخن من أن ترتفع فوق الأرض لأنها أخف من الهواء المحيط بها. كما يمكِّن الهواء المتحرك الملامس لأجنحة الطائرات والطيور والحشرات من الطيران.
يحتوي الهواء على خليط من الغازات، تمتد من سطح الأرض إلى الفضاء الخارجي. وتعمل الجاذبية الأرضية على تثبيت الغلاف الجوي حول الأرض. وتتحرك الغازات بحرية فيما بينها. ويعبر ضوء الشمس، الذي يتكون من خليط من جميع الألوان، الغلاف الجوي فتعمل جزيئات الهواء على تشتيته في كل الاتجاهات. وتبدو السماء زرقاء اللون، لكون الضوء الأزرق أكثر تشتتاً من غيره من الألوان. وتوجد العديد من جسيمات الغبار عالقة في الهواء. كما يحتوي الهواء على قطيرات الماء وعلى بلورات ثلجية على شكل سحب.
غازات الهواء: النيتروجين والأكسجين من الغازات الرئيسية في الهواء. ويحتوي الهواء على غيرهما من الغازات مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والنيون والأرجون والهيليوم والكريبتون والهيدروجين والزيتون والأوزون. أما بخار الماء في الهواء فهو ماء على شكل غاز غير مرئي. ويشكل النيتروجين 78% من الهواء الجاف (خال من بخار الماء)، ويشكل الأكسجين 21% من الهواء الجاف. ويحتوي الباقي (1%) بشكل رئيسي، على الأرجون وغيرها من الغازات الأخرى.
وبعض الغازات في الغلاف الجوي مهمة جداً. فعندما نتنفس، نأخذ الأكسجين من الهواء ونُخرج ثاني أكسيد الكربون. وتأخذ النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين في عملية صناعة الغذاء أو ما يسمى بعملية التركيب الضوئي.
ويؤدي الأكسجين في الجو دوراً في بعض العمليات الكيميائية كصدأ الحديد وتصنيع الخل من عصير التفاح. وتحتاج معظم أنواع الوقود الأكسجين لكي تحترق. وتقوم بعض أنواع البكتيريا في التربة بتحويل النيتروجين في الجو إلى مخصبات كيميائية للنبات.
ويساعد ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على بقاء الأرض دافئة، حيث يمنعان جزءاً من حرارة سطح الأرض التي تكتسبها من أشعة الشمس من التسرب إلى الفضاء الخارجي. ويُعرف هذا السلوك من قبل الغازات بتأثير البيت المحمي. ويلزم وجود بخار الماء في الجو لتشكيل الأمطار والثلوج. والأوزون شكل من أشكال الأكسجين، يمتص جزءاً كبيراً من الأشعة الشمسية فوق البنفسجية غير المرئية الضارة.
وبعض الغازات في الغلاف الجوي مهمة جداً. فعندما نتنفس، نأخذ الأكسجين من الهواء ونُخرج ثاني أكسيد الكربون. وتأخذ النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين في عملية صناعة الغذاء أو ما يسمى بعملية التركيب الضوئي.
ويؤدي الأكسجين في الجو دوراً في بعض العمليات الكيميائية كصدأ الحديد وتصنيع الخل من عصير التفاح. وتحتاج معظم أنواع الوقود الأكسجين لكي تحترق. وتقوم بعض أنواع البكتيريا في التربة بتحويل النيتروجين في الجو إلى مخصبات كيميائية للنبات.
ويساعد ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على بقاء الأرض دافئة، حيث يمنعان جزءاً من حرارة سطح الأرض التي تكتسبها من أشعة الشمس من التسرب إلى الفضاء الخارجي. ويُعرف هذا السلوك من قبل الغازات بتأثير البيت المحمي. ويلزم وجود بخار الماء في الجو لتشكيل الأمطار والثلوج. والأوزون شكل من أشكال الأكسجين، يمتص جزءاً كبيراً من الأشعة الشمسية فوق البنفسجية غير المرئية الضارة.
تركيب الغلاف الجوي
يقسم العلماء الغلاف الجوي إلى أربع طبقات بناء على اختلاف درجة الحرارة. وهذه الطبقات مرتبة من الأدنى إلى الأعلى هي: 1 ـ طبقة التروبوسفير 2 ـ الإستراتوسفير (الطبقة الجوية العليا) 3 ـ الميزوسفير (الغلاف الأوسط) 4 ـ الثيرموسفير (الغلاف الحراري).
يقل سُمك الغلاف الجوي كلما ارتفعنا عن سطح الأرض. وتتلاشى الطبقة الخارجية للغلاف الجوي بالتدريج في الفضاء الخارجي حيث تقابل الرياح الشمسية. والرياح الشمسية دفق مستمر من الجسيمات المشحونة من الشمس.
الهوائي جهاز يرسل ويستقبل إشارات الراديو والتلفاز والرادار. تُحْمَل تلك الإشارات بوساطة موجات كهرومغنطيسية، تتنقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. وهي تختلف في أطوال الموجات، ذات الصلة المباشرة بترددها، أي نسبة اهتزازها. وتبث محطات الإذاعة، والتلفاز، والرادار على أطوال موجات مختلفة، لكي لا محطات الإذاعة هما تضمني الاتساع، وتضمين التردد. وعموماً، تستخدم محطات تضمين الاتساع أطوالاً موجية تتراوح بين 10 و20000 م، بينما تستخدم محطات تضمين التردد، ومحطات التلفاز أطوالاً موجية طولها 3 م فأقل. أما إشارات الرادار، فإنها تستخدم أطوالاً موجية يبلغ طولها بضعة سنتمترات.
يقل سُمك الغلاف الجوي كلما ارتفعنا عن سطح الأرض. وتتلاشى الطبقة الخارجية للغلاف الجوي بالتدريج في الفضاء الخارجي حيث تقابل الرياح الشمسية. والرياح الشمسية دفق مستمر من الجسيمات المشحونة من الشمس.
الهوائي جهاز يرسل ويستقبل إشارات الراديو والتلفاز والرادار. تُحْمَل تلك الإشارات بوساطة موجات كهرومغنطيسية، تتنقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. وهي تختلف في أطوال الموجات، ذات الصلة المباشرة بترددها، أي نسبة اهتزازها. وتبث محطات الإذاعة، والتلفاز، والرادار على أطوال موجات مختلفة، لكي لا محطات الإذاعة هما تضمني الاتساع، وتضمين التردد. وعموماً، تستخدم محطات تضمين الاتساع أطوالاً موجية تتراوح بين 10 و20000 م، بينما تستخدم محطات تضمين التردد، ومحطات التلفاز أطوالاً موجية طولها 3 م فأقل. أما إشارات الرادار، فإنها تستخدم أطوالاً موجية يبلغ طولها بضعة سنتمترات.
ثقب الأوزون
أظهرت أرصاد طبقة الاستراتوسفير، فوق القطب الجنوبي، نقصاً كبيراً في الأوزون في نهاية فصل الشتاء (سبتمبر ـ أكتوبر) . وقد اكتشف هذا النقص ـ الذي أشير إليه بأنه فجوة أو ثقب في طبقة الأوزون ـ عام 1984 م. ولقد بينت الدراسات الحديثة أن متوسط النقص في العمود الكلى للأوزون يتراوح بين 30 ـ 40 في المائة على ارتفاع بين 15 و20 كيلومتراً فوق القطب الجنوبي. وبالرغم من وجود نظريات مختلفة لتفسير تكوين ثقب الأوزون، تشير الأدلة العلمية إلى أن المركبات الكيميائية المحتوية على الكلور أو البروم مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون، وبخاصة مركبات الكلوروفلورو كربون التي يستخدمها الإنسان هي المسؤولة أساساً عن ذلك. ويمتد عمر هذه المركبات في الهواء إلى نحو 75 ـ 110 سنوات، وهي مدة تسمح لها بالانتشار والوصول إلى طبقة الأوزون في الاستراتوسفير، وهناك تتفكك هذه المركبات ويتحد بعض ما بها من ذرات الهالوجين مع جزيئات الأوزون، وبذلك تسبب أضمحلال هذه الطبقة وتآكلها.
المرض
المرض
اعتلال الجسم أو العقل. وهذه المقالة تتناول أساساً أمراض الجسم.
تسبب الأمراض في قتل وإعاقة أعداد من الناس تفوق الذي قتلوا في جميع الحروب مجتمعة. ففي كل عام، يموت ملايين الناس بسبب الأمراض. ويعيش ملايين غيرهم بعد إصابتهم بأمراض خطيرة، مثل السرطان أو السكتات الدماغية، ولكنهم يخرجون منها بعجز دائم. وتصاب أعداد غفيرة أخرى بأمراض عارضة خفيفة، مثل نزلات البرد وآلام الأذن، ويبرأون منها.
وتحدث أمراض عديدة بسبب كائنات حية دقيقة مثل البكتيريا أو الفيروسات، تقوم بغزو الجسم. وهذه الكائنات الدقيقة تسمى عادة جراثيم ولكن العلماء يسمونها أحياء مجهرية. وتسمى الأمراض الناتجة عن هذه الأحياء الأمراض المعدية.
يمكن تصنيف جميع الأمراض الأخرى أمراضاً غير معدية. والأمراض غير المعدية لها أسباب عديدة، بعضها تسببه مواد مؤذية أو مهيجة للجسم، مثل دخان السجائر أو الدخان الناتج عن حركة المرور، وبعضها الآخر يحدث بسبب عدم تناول أغذية متوازنة. ويمكن للقلق والتوتر أن يؤديا إلى أمراض الصداع وارتفاع ضغط الدم والتقرحات وغيرها. وهناك أمراض أخرى غير معدية تحدث لمجرد أن الشيخوخة تؤثر على بعض أجزاء الجسم.
تسبب الأمراض في قتل وإعاقة أعداد من الناس تفوق الذي قتلوا في جميع الحروب مجتمعة. ففي كل عام، يموت ملايين الناس بسبب الأمراض. ويعيش ملايين غيرهم بعد إصابتهم بأمراض خطيرة، مثل السرطان أو السكتات الدماغية، ولكنهم يخرجون منها بعجز دائم. وتصاب أعداد غفيرة أخرى بأمراض عارضة خفيفة، مثل نزلات البرد وآلام الأذن، ويبرأون منها.
وتحدث أمراض عديدة بسبب كائنات حية دقيقة مثل البكتيريا أو الفيروسات، تقوم بغزو الجسم. وهذه الكائنات الدقيقة تسمى عادة جراثيم ولكن العلماء يسمونها أحياء مجهرية. وتسمى الأمراض الناتجة عن هذه الأحياء الأمراض المعدية.
يمكن تصنيف جميع الأمراض الأخرى أمراضاً غير معدية. والأمراض غير المعدية لها أسباب عديدة، بعضها تسببه مواد مؤذية أو مهيجة للجسم، مثل دخان السجائر أو الدخان الناتج عن حركة المرور، وبعضها الآخر يحدث بسبب عدم تناول أغذية متوازنة. ويمكن للقلق والتوتر أن يؤديا إلى أمراض الصداع وارتفاع ضغط الدم والتقرحات وغيرها. وهناك أمراض أخرى غير معدية تحدث لمجرد أن الشيخوخة تؤثر على بعض أجزاء الجسم.
الهندسة الوراثية
مصطلح يُطلق على التقنية التي تغير المورِّثات (الجينات) الموجودة داخل جسم الكائن الحي. وقد استطاع العلماء ـ عن طريق تغيير مورثات الكائن الحي ـ إكساب الكائن وأحفاده سِمَات مختلفة. وقد تمكن المهندسون الوراثيون من إنتاج معظم السلالات المهمة اقتصادياً من النباتات والحيوانات. كما طَوَّر العلماء ـ في السبعينات والثمانينيات من القرن العشرين ـ طُرقاً لعزل مورثات بعض الكائنات الحي وإعادة إدخالها في خلايا النباتات أو الحيوانات أو الكائنات الأخرى. وقد غيرت هذه التقنية الصفات الوراثية للخلايا أو الكائنات الحية.
استخدامات الهندسة الوراثية
وجد الباحثون استخدامات مهمة للهندسة الوراثية في مجالات الطب والصناعة والزراعة. ويتوقعون استخدامات جديدة وعديدة في المستقبل.
في الطب: ينشأ عدد من الأمراض البشرية نتيجة لفشل بعض الخلايا في تصنيع بروتينات معينة مثل فشل بعض خلايا جُزُر لانجرهانز في غدة البنكرياس في تصنيع هورمون الإنسولين مما ينشأ عنه داء السكري. وفي هذه الحالة يمكن للعلماء إنتاج كميات كبيرة من الإنسولين في «مصانع» البكتيريا وذلك عن طريق وصل مورث الأنسولين من خلايا الإنسان في بلازميدات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية. وبهذه الطريقة تُنْتَج كميات كبيرة من الأنسولين لعلاج مرضى داء السكري في البشر.
وقد تمكن العلماء في عام 1896م من إنتاج لقاح ضد مرض التهاب الكبد البائي عن طريق الهندسة الوراثية في خلايا خميرة أدْخِل فيها مورث من فيروس التهاب الكبد البائي مكنها من إنتاج بروتين خاص بذلك الفيروس. ويؤدي حقن ذلك البروتين إلى حفز جهاز المناعة لديهم لإنتاج أجسام مضادة للفيروس تحميهم من المرض الذي يسببه. كما تمكن الباحثون أيضاً من إنتاج الأنتروفرونات وهي بروتينات نشطة تحمي خلايا الجسم السليمة من الإصابة بالفيروسات. وتنتج هذه الأنتروفرونات من خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق الهندسة الوراثية. وقد تم اختبار فعاليتها في العديد من الأمراض.
يعاني كثير من الناس من أمراض ناشئة عن عيوب وراثية ورثوها من آبائهم. وقد استعمل العلماء تقنية د ن أ المؤلف باختبار د ن أ المأخوذ من خلايا الأجنة في أرحام أمهاتهم لتحديد إمكانية إصابة الأطفال بالأمراض. وقد يتوصل الأطباء إلى علاج الأطفال داخل أرحام أمهاتهم لمنع الأمراض. واستقصى الباحثون أيضاً طرق المعالجة الجينية لعلاج الأمراض. وتتمثل هذه الطرق في غرس مورثات من شخص آخر أو من كائن حي آخر في خلايا المريض المنزرعة خارج الجسم، ثم إعادة تلك الخلايا المتحولة إلى جسم ذلك المريض مرة أخرى.
في الصناعة: تم استعمال الأحياء المجهرية (الجراثيم) المعالجة بالهندسة الوراثية في تحسين كفاءة إنتاجية الأغذية. وعلى سبيل المثال فإن إنزيم الرينين (خميرة الأنفحة) الذي يستعمل في إنتاج الجبن الذي ينتج في معدة العجول. أصبح ينتج بصورة أرخص عن طريق تقنية الوصل الجيني.
وللهندسة وراثية إمكانات كبرى في مقاومة التلوث، حيث يعمل الباحثون الآن على إنتاج كائنات دقيقة معالجة
الأمراض البيئية والمهنية
يمكن للعديد من العوامل البيئية أن تسبب أمراضاً خطيرة. فالهواء، الملوث من المصانع ومن وسائل الانتقال، يمكن أن يهيج العينين والأنف، ويمكنه أيضاً أن يساعد على حدوث تمدد حويصلات الرئة والانتفاخ الرئوي والالتهاب الشعبي وغيرها من أمراض الرئة. ويمكن أن تلوث العديد من مجاري المياه. وشرب هذه المياه الملوثة يؤدي إلى أمراض خطيرة. والتلوث الضوضائي يمكن أن يؤدي أيضاً إلى التوتر الذي يساعد على حدوث الأمراض النفسية البدنية.
وقد يكون التعرض لبعض العوامل البيئية الضارة ناتجاً عن عادات الشخص نفسه. فالأشخاص الذين يدخنون بشراهة يعرضون أنفسهم لمواد لها صلة بحدوث سرطان الرئة والانتفاخ الرئوي وأمراض القلب. وبالمثل فإن تناول الكحول يمكن أن يؤدي إلى تلف شديد في الكبد والدماغ، والإفراط في استخدام العقاقير الأخرى، مثل المهدئات والمنشطات والمنومات، يسبب أيضاً العديد من الأمراض العضوية والنفسية الخطيرة.
وبعض المهن تعرض العاملين لعوامل بيئية ضارة. فعمال مناجم الفحم الحجري والعاملون في صناعات الأسبستوس والحديد والنسيج قد يستنشقون غباراً يمكن أن يؤدي إلى أمراض الرئة. والعاملون في الصناعات الكيميائية يتعرضون لمواد سامة، وكذلك يتعامل الفلاحون بصفة متكررة مع المواد الكيميائية المبيدة للأعشاب والحشرات. وهذه المواد الكيميائية يمكن أن تسبب أمراضاً خطيرة إذا تم استنشاقها أو ابتلاعها، أو حتى إذا وقعت على الجلد. ويمثل الإشعاع تهديداً لفنيي الأشعة، وللناس الذين يعملون في مجال المواد النووية. فالتعرض للإشعاع يزيد من إمكانية حدوث السرطان وقد يتلف المادة الوراثية في الخلايا.
الأمراض الخلقية
هي أمراض تنشأ منذ الولادة، حيث يولد أطفال كثيرون وبهم أمراض خطيرة. وفي بعض الحالات، يحدث المرض بسبب عدوى أصابت الأم أثناء الحمل. فإذا أصيبت الأم بالحصبة الألمانية مثلاً، فقد يولد الطفل وبه تشوهات في القلب أو تخلف عقلي أو أمراض أخرى. وقد يحدث غير ذلك من المشاكل الخلقية إذا تعرضت الأم للإشعاع، أو تناولت أنواعاً معينة من الأدوية، أو غيرها من المواد الكيميائية أثناء الحمل.
وتتضمن العديد من الأمراض الخلقية الخطيرة عيوباً متوارثة من أحد الوالدين أو كليهما. وتشمل هذه الأمراض الوراثية مرض الناعورية (نزف الدم) وأنيميا الخلية المنجلية الذي يصيب الدم، ومرض الجالاكتوزمية والبيلة الفنيلية الكيتونية، وهي اضطرابات لا يستطيع فيها الجسم أن يستخدم أغذية معينة بطريقة سليمة. وتظهر معظم الأمراض الخلقية عند الولادة أو أثناء الطفولة المبكرة. ويعتبر مرض هنتنجتون، الذي يصيب الجهاز العصبي، مثالاً للمرض الوراثي الذي لا يسبب أعراضاً إلا في وقت لاحق من العمر.
الأمراض المعدية:
تسمى الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض المعدية )الممرضات)، وهي تستولي على بعض خلايا الجسم وأنسجته وتستخدمها لنموها الخاص وتكاثرها. وأثناء هذه العملية تقوم بتدمير أو إتلاف الخلايا والأنسجة، وبذلك تسبب الأمراض. ويمكن تصنيف الأمراض المعدية حسب نوع المرض. وتعتبر البكتيريا والفيروسات أكثر الممرضات شيوعاً. ولكن الفطريات والأوليات والديدان يمكنها أيضاً أن تسبب الأمراض المعدية.
الأمراض الهورمونية
تحدث إذا فشلت الغدد الصماء في أداء وظيفتها بطريقة سليمة. فهذه الغدد تنتج الهورمونات، وهي مواد كيميائية فعالة تقوم بتنظيم وظائف الجسم. وقد يكون أشهر مرض هورموني معروف هو داء السكري، ويحدث عندما يفشل البنكرياس في أداء وظيفته بطريقة سليمة. والداء السكري يؤدي إلى الوفاة إذا تُرك دون علاج. ويحدث مرض إديسون عندما تعجز الغدد الكظرية عن إنتاج القدر الكافي من الهورمونات. ويؤدي هذا المرض إلى نقص الوزن والضعف، وفي النهاية إلى الوفاة.
الأمراض غير المعدية
المرض غير المعدي مصطلح واسع يجمع جميع الأمراض التي لا تسببها الممرضات، ويشتمل على الأمراض الناتجة عن تكسر الأنسجة والأعضاء والعيوب الخلقية والنقص الغذائي والمخاطر البيئية والمهنية والضغوط والتوتر.
المعركة ضد المرض
تتضمن المعركة ضد الأمراض ثلاثة عناصر أساسية، هي:
1 ـ الوقاية. 2 ـ التشخيص. 3 ـ العلاج.
1 ـ الوقاية من المرض:
تتطلب تعاوناً بين الفرد وبين الطبيب وبين الخدمات العامة المختلفة.
الأفراد يمكنهم أن يساهموا في الوقاية من الأمراض باكتسابهم عادات صحية سليمة. وتشمل هذه العادات تناول غذاء متوازن وممارسة الرياضة بانتظام والحصول على قدر كاف من الراحة والاسترخاء والعناية بالنظافة الشخصية. ويمكن للناس أن يحافظوا على صحتهم أيضاً بالامتناع عن التدخين وعدم تعاطي الكحول والعقاقير الأخرى. ولمزيد من المعلومات عن العناصر الأساسية للصحة الشخصية.
الأفراد يمكنهم أن يساهموا في الوقاية من الأمراض باكتسابهم عادات صحية سليمة. وتشمل هذه العادات تناول غذاء متوازن وممارسة الرياضة بانتظام والحصول على قدر كاف من الراحة والاسترخاء والعناية بالنظافة الشخصية. ويمكن للناس أن يحافظوا على صحتهم أيضاً بالامتناع عن التدخين وعدم تعاطي الكحول والعقاقير الأخرى. ولمزيد من المعلومات عن العناصر الأساسية للصحة الشخصية.
الطبيب يوفر العديد من الخدمات التي تساعده على الوقاية من الأمراض. فالفحوصات الطبية الدورية تؤدي دوراً مهماً. ويمكن للفحص أن يقود أيضاً إلى التشخيص المبكر للسرطان وداء السكري وأمراض القلب والأمراض المزمنة الأخرى. وهذه الأمراض يمكن علاجها بطريقة فاعلية إذا تم اكتشافها مبكراً. والفحص أيضاً يتيح الفرصة للطبيب لكي يقدم النصائح للمرضى عن كيفية الاعتناء بصحتهم. ويقوم الأطباء بحماية المرضى من العديد من الأمراض الخطيرة من خلال التحصينات الفعالة والمنفعلة.
الخدمات العامة تساعد في الوقاية من الأمراض بطرق متعددة. ففي البلاد المتقدمة تقوم الخدمات العامة بتطهير مصادر المياه العمومية وفحص الأغذية لوجود أحياء مجهرية أو مواد كيميائية ضارة، وضمان أمان وفاعلية الأدوية. وتقوم أقسام الصحة المحلية بملاحظة الوسائل الصحية للتخلص من النفايات ومياه الصرف الصحي، وقيادة البرامج لمكافحة الحشرات والفئران والحيوانات الأخرى التي تنقل الأمراض. وتقوم الدولة أيضاً بحماية المجتمع من التلوث البيئي ومراقبة أماكن العمل للوقاية من المخاطر المهنية. وتقود العيادات الصحية برامج التحصين وقد تقدم أيضاً فحوصات مجانية لاكتشاف ضغط الدم المرتفع وغيره من الأمراض. وتساعد برامج التغذية التي تُمولها بعض الدول على حماية صحة الأطفال والأمهات الفقراء. وبالإضافة إلى ذلك فإن العاملين في مجال صحة المجتمع يساعدون في تثقيف الناس وتعريفهم بالعادات الصحية السليمة.
2 ـ تشخيص المرض:
هو تحديد نوع الداء، ويعتبر أول خطوة نحو العلاج. يقوم الطبيب أولاً بمراجعة التاريخ المرضي عند المريض، ويطلب منه أن يصف أعراض المرض الحالي. كما يسأل الطبيب عن نشأة المرض، وعن صحة باقي أفراد الأسرة، وعن الأمور المشابهة التي قد تساعد في تحديد المرض.
ثم يقوم الطبيب بفحص المريض وقياس درجة الحرارة وسرعة النبض والتنفس وضغط الدم. ويتركز الفحص على أجزاء الجسم المتضمنة في أعراض المريض. وقد يرغب الطبيب في الحصول على معلومات إضافية من خلال الاختبارات المعملية. وبعد وضع جميع المعلومات في الاعتبار يصل الطبيب إلى تشخيص لعلة المريض.
علاج المرض: لا يزيد أحياناً عن مجرد الراحة والغذاء الصحي. فالجسم لديه طاقات شفائية كبيرة، وهذه التدابير قد تكون هي كل ما يحتاجه للتغلب على الأمراض البسيطة. ولكن قد تحتاج الأمراض الأشد خطورة إلى نظام علاجي محدد يشتمل على الأدوية أو الجراحة أو غيرها من أشكال العلاج.
ثم يقوم الطبيب بفحص المريض وقياس درجة الحرارة وسرعة النبض والتنفس وضغط الدم. ويتركز الفحص على أجزاء الجسم المتضمنة في أعراض المريض. وقد يرغب الطبيب في الحصول على معلومات إضافية من خلال الاختبارات المعملية. وبعد وضع جميع المعلومات في الاعتبار يصل الطبيب إلى تشخيص لعلة المريض.
علاج المرض: لا يزيد أحياناً عن مجرد الراحة والغذاء الصحي. فالجسم لديه طاقات شفائية كبيرة، وهذه التدابير قد تكون هي كل ما يحتاجه للتغلب على الأمراض البسيطة. ولكن قد تحتاج الأمراض الأشد خطورة إلى نظام علاجي محدد يشتمل على الأدوية أو الجراحة أو غيرها من أشكال العلاج.
المناعة
المناعة مقدرة الجسم على مقاومة مواد معينة ضارة مثل البكتيريا والفيروسات التي تسبب الأمراض. يدافع الجسم عن نفسه ضد الأمراض والكائنات الضارة عن طريق جهاز معقد التركيب، يتكون من مجموعة من الخلايا والجزيئات والأنسجة، يسمى جهاز المناعة.
ومن السمات الأساسية لجهاز المناعة مقدرته على تدمير الكائنات الدخيلة دون أن يؤثر على بقية خلايا الجسم السليمة. ولكن جهاز المناعة يهاجم هذه الخلايا أحياناً، ويدمرها، وتسمى هذه الاستجابة الاستجابة المناعية الذاتية أو المناعة الذاتية.
ولا يستطيع جهاز المناعة حماية الجسم من كل الأمراض اعتماداً على نفسه فقط، ولكنه يحتاج أحياناً مساعدة ما. ويعطي الأطباء المرضى لقاحات للوقاية من بعض الإصابات الحادة المهددة للحياة، حيث تعزز اللقاحات، والأمصال قدرة الجسم على الدفاع عن نفسه ضد أنواع معينة من الفيروسات أو البكتيريا. وتسمى عملية إعطاء اللقاحات والأمصال بغرض الوقاية التمنيع أو التحصين.
أمراض المناعة
تحدث عندما يفشل الجهاز المناعي في أداء وظيفته بطريقة سليمة.
وتعتبر أمراض الحساسية مثل الربو وحمى القش والشَّري أكثر أنواع أمراض المناعة شيوعاً. ويولد بعض الأطفال بقصور في الجهاز المناعي. ويعاني هؤلاء من العدوى المتكررة والخطيرة، وقد لا يعيشون أكثر من بضع سنوات إذا لم يتلقوا أدوية معينة أو علاجاً جراحياً أو زرعاً لنقي العظم.
وتعتبر أمراض الحساسية مثل الربو وحمى القش والشَّري أكثر أنواع أمراض المناعة شيوعاً. ويولد بعض الأطفال بقصور في الجهاز المناعي. ويعاني هؤلاء من العدوى المتكررة والخطيرة، وقد لا يعيشون أكثر من بضع سنوات إذا لم يتلقوا أدوية معينة أو علاجاً جراحياً أو زرعاً لنقي العظم.
إيدز
مرض نقص المناعة المكتسب: مرض سريع الانتشار، عم العالم بشكل وباء عالمي في الربع الأخير من القرن العشرين. وصفه لأول مرة الطبيب الأمركي مايكل جوتليت عام 1981. وبلغ عدد من أصيب بالعدوى حتى عام 1994 سبعة عشر مليون نسمة ثلثاهم في أفريقيا جنوب الصحراء. ويقدر عدد من سيصاب بالعدوى به حتى نهاية القرن العشرين بأربعين مليوناً.
ويتسبب المرض من فيروس قهقرى كشف عنه العالم الفرنسي لوك مونتانييه عام 1983 والعالم الأمريكي روبرت جالو عام 1984. وقد انتشر المرض أولاً بين فئات خاصة من البشر:
1 ـ الرجال الشواذ جنسياً الذين يمارسون اللواط، أو الرجال الطبيعيين ذوى العلاقة الجنسية المزدوجة.
2 ـ مدمنى المخدرات عن طريق الحقن. 3 ـ المرضى الذين نقل لهم دم أو مكونات الدم الملوثة بالفيروس مثل مرضئ الهيموفيليا. 4 ـ أطفال نسوة تمت عدواهن بالفيروس. 5 ـ ممارسى الجنس طبيعياً مع حاملي الفيروس.
1 ـ حمى قصيرة الأمد وتضخم بالعقد اللمفاوية (مرض يشابه حمى الغدد) يستمر حوالي عشرة أيام بعد التقاطه العدوى بأسبوعين.
عقار زيدوقيدين يوقف المرض وينصح بتناوله طول الحياة بدءاً من المراحل المبكرة للعدوى. لم يتم تحضير لقاح واق من العدوى بالإيدز حتى الآن ولمنظمة الصحة العالمية عناية خاصة بتأثير الدين والالتزام الخلقي في الوقاية من هذا المرض. 2 ـ فترة بلا أعراض لمدة تتراوح بين ستة شهور وثلاث سنوات. 3 ـ مرحلة تضخم العقد اللمفاوية لعامين أو ثلاثة. 4 ـ المرض الذي يسبق «إيدز»: ارتفاع في درجة الحرارة، إرهاق، عرق غزير، فقد الوزن أكثر من 10% من الوزن الأصلي، إسهال متكرر. 5 ـ «إيدز» إصابات متكررة بالميكروبات النهازة أو سرطان الجلد المسمى «كابوسى ساركوما». والميكروبات النهازة التي يكثر انتشارها في مريض الإيدز هي: «نيومو سستس كارينياى» المسبب لالتهاب رئوي، فطر الخميرة في الفم واللسان والحلق والمرىء وحول الشرج وبالمهبل، الهربس البسيط، الهربس العصبي، الدرن، وأنواع مختلفة من الفطريات والطفيليات بالأمعاء والمخ والرئتين.
أمراض التغذية
تحدث بسبب الغذاء غير المناسب. وهي على نوعين:
أمراض نقص التغذية والقصور الغذائي. وينشأ نقص التغذية عن النقص العمومي في الغذاء. ويتميز بتأخر النمو ونقص الطاقة وضعف المقاومة للأمراض المعدية. أما أمراض القصور الغذائي فتنشأ عندما يفتقر الغذاء إلى عنصر واحد أو أكثر من العناصر الغذائية الأساسية. فنقص البروتين يؤدي إلى مرض الكواشيوركر، وهو مرض خطير يصيب الأطفال عادة، وقد يؤدي إلى الوفاة. ويسبب نقص الفيتامينات أمراضاً مثل البري بري والبلاغرا والكساح والإسقربوط. وينتج مرض فقر الدم والدراق (تضخم الغدة الدرقية) عن نقص المعادن.
وفي البلاد المتقدمة، تحدث معظم مشاكل التغذية بسبب الإفراط في الطعام. كالبدانة مثلاً.
وفي البلاد المتقدمة، تحدث معظم مشاكل التغذية بسبب الإفراط في الطعام. كالبدانة مثلاً.
أمراض التنكّس المزمنة
أمراض طويلة المدى، تتضمن تكسراً تدريجياً للأنسجة والأعضاء. وهذه الأمراض تصيب البالغين أكثر مما تصيب الأطفال، ويشيع منها:
1 ـ أمراض القلب والأوعية الدموية. 2 ـ السرطان. 3 ـ التهاب المفاصل.
الأمراض النفسية البدنية
اضطرابات عضوية تحدث بسبب الضغط النفسي والتوتر. وتعتبر ضغوط العمل أو الدراسة والأعباء الاقتصادية والمشاكل العاطفية من بين الحالات العديدة التي يمكن أن تسبب التوتر. وتشمل الأمراض النفسية البدنية الشائعة صداع التوتر وآلام الصدر والذراعين والساقين واضطرابات المعدة والقروح. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الضغوط المكبوتة تضعف مقاومة الجسم للعدوى وللأمراض الأخرى.
الرياضيّات
الرياضيّات
الرياضيّات نظام للتفكير المنظّم يتّسع تطبيقه باستمرار. وهو علم الدراسة المنطقية لكم الأشياء وكيفها وترابطها, كما أنه علم الدراسة المجردة البحتة التسلسلية للقضايا والأنظمة الرياضية.
وَللرياضيّات ثلاثة أوجه رئيسيّة (الجبر والهندسة والتحليل):
وَللرياضيّات ثلاثة أوجه رئيسيّة (الجبر والهندسة والتحليل):
فتركيب مجموعات الأجسام وضمّ بعضها إلى البعض الآخر أدّى إلى مفاهيم العدد والحساب والجبر؛ بينما أدّى الإهتمام بقياس الزمان والمكان إلى الهندسة وعلم الفلك ومفهوم التسلسل الزمني. أما المجهود المبذول لفهم فكرتيّ الاستمرار والحدّ فقد أدّى إلى التحليل الرياضي وإلى اختراع الحسابين التفاضلي والتكاملي في القرن السابع عشر. هذه الأوجه الثلاثة للرياضيّات تتداخل إلى حدّ كبير.
الحساب
يشمل دراسة الأعداد الصحيحة والكسور والأعداد العشرية وعمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة. وهو بمثابة الأساس لأنواع الرياضيات الأخرى حيث يقدم المهارات الأساسية مثل العد والتجميع الأشياء والقياس ومقارنة الكميات.
برزت اهمية معدّلات التغيّر في الفيزياء عام 1638، عندما وجد غاليليو (1564 ـ 1642) ان سرعة جسم يهبط في الفضاء أو يُرمى به فيه، تزداد باطّراد، أي أن معدّل ازدياد سرعة الجسم إلى أسفل هو ثابت . لكن ما هو مسار ذلك الجسم؟ حُلّت هذه المسألة بوضوح ونهائياً بفضل عبقرية اسحق نيوتن (1642 ـ 1727) وغوتفريد ليبنتز (1646 ـ 1716)، وكان حساب التفاضل والتكامل الذي اكتشفاه، الأداة المستعملة لهذا الغرض. حساب التفاضل والتكامل يعطي طرائق الحصول على التسارع انطلاقاً من السرعة، وعلى السرعة انطلاقاً من الموقع، موفراً الحل الدقيق للمسألة بكاملها.
في الميكانيكا، وهي فرع الفيزياء الذي وضع حساب التفاضل والتكامل من أجله، نجد هذا النوع من الحساب في جميع نواحي قانون نيوتن الثاني للحركة: القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة بالتسارع. فإذا كانت اثنتان من هذه الكميات الثلاث معروفتين، فالمعادلة تكشف فوراً قيمة الثالثة.
برزت اهمية معدّلات التغيّر في الفيزياء عام 1638، عندما وجد غاليليو (1564 ـ 1642) ان سرعة جسم يهبط في الفضاء أو يُرمى به فيه، تزداد باطّراد، أي أن معدّل ازدياد سرعة الجسم إلى أسفل هو ثابت . لكن ما هو مسار ذلك الجسم؟ حُلّت هذه المسألة بوضوح ونهائياً بفضل عبقرية اسحق نيوتن (1642 ـ 1727) وغوتفريد ليبنتز (1646 ـ 1716)، وكان حساب التفاضل والتكامل الذي اكتشفاه، الأداة المستعملة لهذا الغرض. حساب التفاضل والتكامل يعطي طرائق الحصول على التسارع انطلاقاً من السرعة، وعلى السرعة انطلاقاً من الموقع، موفراً الحل الدقيق للمسألة بكاملها.
في الميكانيكا، وهي فرع الفيزياء الذي وضع حساب التفاضل والتكامل من أجله، نجد هذا النوع من الحساب في جميع نواحي قانون نيوتن الثاني للحركة: القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة بالتسارع. فإذا كانت اثنتان من هذه الكميات الثلاث معروفتين، فالمعادلة تكشف فوراً قيمة الثالثة.
الجبر
خلافاً للحساب, فالجبر لا يقتصر على دراسة أعداد معينة, إذ يشمل حل معادلات تحوي أحرفاً مثل س وص, تمثل كميات مجهولة. كذلك يستخدم في العمليات الجبرية الأعداد السالبة والأعداد الخيالية (الجذور التربيعية للأعداد السالبة).
في علم الحساب، تُمثَّل بالأعداد مختلف الكميات، كالاطوال والمساحات ومبالغ المال. إلا أن بعض المسائل الرياضية تهتم بالبحث عن عدد يمثّل كمية مجهولة. إذا كان مثلاً مجموع عددين 10 وكان احدهما 6، فما هو العدد الآخر؟ الجواب على هذه المسألة البسيطة هو 4. إلا أن أصول العثور عليه تقنة اساسية من تقنات الجبر. لحل هذه المسألة في علم الجبر، نمثّل العدد المجهول بحرف س ونقول: لدينا س+ 6= 10 (هذه معادلة جبريّة)؛ بطرح 6 من كلا الطرفين تتبسّط المعادلة: س= 10- 6= 4. فبِجَعل الحرف س يمثّل الكمية المجهولة، تمكنّا من حل المسألة.
الرياضيون الاغارقة والعرب:
استعمل رياضيون اغارقة، ومنهم ديوفانتوس (القرن الثالث ق.م.)، الأحرف في المعادلات. لكن كلمة الجبر اتت من العربية. ومعناها تجبير العظام، وقد جاءت جزءاً من عنوان كتاب للرياضي العربي الكبير الخوارزمي. بحلول القرن السادس عشر أصبحت المسائل الرياضية تصاغ في الغرب بتعابير جبريّة. وقد بدأ بذلك في فرنسا فرنسيسكوس فياتا (1540 ـ 1603) . ثم ادخل الرياضي الفرنسي رينيه ديكارت (1596 ـ 1650) الاصطلاح الذي اصبح شائعاً لاستعمال الأحرف الأخيرة من الابجدية اللاتينية (X, Y, Z) للدلالة على الكميات المجهولة، والاحرف الأولى (a, b, c) للحلول محل الاعداد المعلومة.
في علم الحساب، تُمثَّل بالأعداد مختلف الكميات، كالاطوال والمساحات ومبالغ المال. إلا أن بعض المسائل الرياضية تهتم بالبحث عن عدد يمثّل كمية مجهولة. إذا كان مثلاً مجموع عددين 10 وكان احدهما 6، فما هو العدد الآخر؟ الجواب على هذه المسألة البسيطة هو 4. إلا أن أصول العثور عليه تقنة اساسية من تقنات الجبر. لحل هذه المسألة في علم الجبر، نمثّل العدد المجهول بحرف س ونقول: لدينا س+ 6= 10 (هذه معادلة جبريّة)؛ بطرح 6 من كلا الطرفين تتبسّط المعادلة: س= 10- 6= 4. فبِجَعل الحرف س يمثّل الكمية المجهولة، تمكنّا من حل المسألة.
الرياضيون الاغارقة والعرب:
استعمل رياضيون اغارقة، ومنهم ديوفانتوس (القرن الثالث ق.م.)، الأحرف في المعادلات. لكن كلمة الجبر اتت من العربية. ومعناها تجبير العظام، وقد جاءت جزءاً من عنوان كتاب للرياضي العربي الكبير الخوارزمي. بحلول القرن السادس عشر أصبحت المسائل الرياضية تصاغ في الغرب بتعابير جبريّة. وقد بدأ بذلك في فرنسا فرنسيسكوس فياتا (1540 ـ 1603) . ثم ادخل الرياضي الفرنسي رينيه ديكارت (1596 ـ 1650) الاصطلاح الذي اصبح شائعاً لاستعمال الأحرف الأخيرة من الابجدية اللاتينية (X, Y, Z) للدلالة على الكميات المجهولة، والاحرف الأولى (a, b, c) للحلول محل الاعداد المعلومة.
المعادلات والصيغ الجبرية:
تطبّق عملياً المعادلات الجبرية العاديّة في الصيغ المختلفة المستعملة في العلوم، ولا سيما في الرياضيات والفيزياء. فحجم الاسطوانة مثلاً يعطى بالمعادلة: ح= ؟ ش 2 ر، حيث ح تمثّل حجم الاسطوانة و ش شعاع احدى قاعدتها و ر ارتفاعها.
تعالج المعادلات والصيغ الجبرية حسب قواعد ثابتة. فبالامكان مثلاً تغيير المعادلة السابقة لمعرفة ارتفاع اسطوانة ذات حجم معيّن إلى المعادلة: ر= ح/؟ش 2. هذه الصيغ هي عامة، وتطبّق على جميع الاسطوانات، سواء كانت طويلة ورفيعة أو قصيرة وثخينة. هنالك صيغ مماثلة لمساحات جميع الاشكال الهندسية العادية واحجامها.
كثير من المسائل الجبرية تحتوي على أكثر من كمية مجهولة واحدة. لنأخذ مثلاً مسألة اكتشاف عددين موجبين يكون حاصل ضربهما 15 وباقي طرحهما 2. لنمثّل العددين بالحرفين س و ص، ولنترجم المعطيات بالمعادلة: س× ص= 15. لهذه المعادلة عدة حلول: 6×2,5 أو، 3 و 5؛ 7,50 و 2 الخ. لاجراء العملية علينا استعمال المعطيات الأخرى حول «الفرق»، فنحصل على المعادلة: ص- س= 2. لكي نعرف قيمة ص، نحوّل هذه المعادلة إلى: ص= س+ 2 ثم نستبدل قيمة ص هذه في المعادلة الأولى، فنصل إلى المعادلة س× (س+ 2)= 15 أو س 2+ 2 س- 15= صفر، يساعد الجبر على فهم الأحاجبي والتناقضات الظاهرية. فأي عدد مؤلف من ثلاثة أرقام، ويساوي الرقم الوسط فيه مجموع الرقمين الآخرين، هو عدد قابل للقسمة على 11. لماذا؟ يمكن الحصول على الجواب بواسطة الجبر. الحل في هذا الجدول اعداد مؤلفة من 3 أرقام. ولها جميعها خاصّتان مشتركتان: الأولى أن الرقم الأوسط يساوي حاصل جمع الرقمين الآخرين، الثانية أن هذه الاعداد جميعها قابلة للقسمة على 11. إذا مثّل س الرقم الأول و ص الرقم الثالث يكون الرقم الأوسط: (ص+ س) . وتكون قيمة العدد بكامله: 100 س+ 10 (س+ ص)+ ص أي 110س+ 11ص؛ يعطي اختزال العبارة وتحليلها إلى عواملها: 11 (10س+ ص) . وهي صيغة نهائية تطبّق على جميع الأعداد في الجدو ويظهر منها أن هذه الأعداد قابلة للقسمة على 11.
671-473-341-220-110
682-484-352-231-121
693-495-363-242-132
770-550-374-253-143
781-561-385-264-154
792-572-396-275-165
880-583-440-286-176
891-594-451-297-187
990-660-462-330-198
تعالج المعادلات والصيغ الجبرية حسب قواعد ثابتة. فبالامكان مثلاً تغيير المعادلة السابقة لمعرفة ارتفاع اسطوانة ذات حجم معيّن إلى المعادلة: ر= ح/؟ش 2. هذه الصيغ هي عامة، وتطبّق على جميع الاسطوانات، سواء كانت طويلة ورفيعة أو قصيرة وثخينة. هنالك صيغ مماثلة لمساحات جميع الاشكال الهندسية العادية واحجامها.
كثير من المسائل الجبرية تحتوي على أكثر من كمية مجهولة واحدة. لنأخذ مثلاً مسألة اكتشاف عددين موجبين يكون حاصل ضربهما 15 وباقي طرحهما 2. لنمثّل العددين بالحرفين س و ص، ولنترجم المعطيات بالمعادلة: س× ص= 15. لهذه المعادلة عدة حلول: 6×2,5 أو، 3 و 5؛ 7,50 و 2 الخ. لاجراء العملية علينا استعمال المعطيات الأخرى حول «الفرق»، فنحصل على المعادلة: ص- س= 2. لكي نعرف قيمة ص، نحوّل هذه المعادلة إلى: ص= س+ 2 ثم نستبدل قيمة ص هذه في المعادلة الأولى، فنصل إلى المعادلة س× (س+ 2)= 15 أو س 2+ 2 س- 15= صفر، يساعد الجبر على فهم الأحاجبي والتناقضات الظاهرية. فأي عدد مؤلف من ثلاثة أرقام، ويساوي الرقم الوسط فيه مجموع الرقمين الآخرين، هو عدد قابل للقسمة على 11. لماذا؟ يمكن الحصول على الجواب بواسطة الجبر. الحل في هذا الجدول اعداد مؤلفة من 3 أرقام. ولها جميعها خاصّتان مشتركتان: الأولى أن الرقم الأوسط يساوي حاصل جمع الرقمين الآخرين، الثانية أن هذه الاعداد جميعها قابلة للقسمة على 11. إذا مثّل س الرقم الأول و ص الرقم الثالث يكون الرقم الأوسط: (ص+ س) . وتكون قيمة العدد بكامله: 100 س+ 10 (س+ ص)+ ص أي 110س+ 11ص؛ يعطي اختزال العبارة وتحليلها إلى عواملها: 11 (10س+ ص) . وهي صيغة نهائية تطبّق على جميع الأعداد في الجدو ويظهر منها أن هذه الأعداد قابلة للقسمة على 11.
671-473-341-220-110
682-484-352-231-121
693-495-363-242-132
770-550-374-253-143
781-561-385-264-154
792-572-396-275-165
880-583-440-286-176
891-594-451-297-187
990-660-462-330-198
الجبر البُولي والجبر الافتراضي
جبر المجموعات معروف بالجبر البُولي نسبة إلى جورج بُول (1815 ـ 1864) الذي اسّس المنطق الحديث. هذا الجبر متشاكل (أي متناظر احادي) مع الجبر الافتراضي أي المنطق. يستعمل هذان النوعان من الجبر رموزاً مختلفة: ففي الأول: (؟) يعني اتحاد و(؟) يعني تقاطع؛ يقابل ذلك في الثاني: (؟) يعني «و»، (؟) يعني «أو». الجبر الافتراضي يحلّل مجموعات الاحتمالات المنطقية التي تكون فيها مختلف القضايا البسيطة أو المركبة صحيحة أو خاطئة.
يتم خلق نظام رياضي، عندما تطبّق عملية ثنائية واحدة أو أكثر على مجموعة من العناصر. العملية الثنائية هي التي تجمع عنصرين لتكوّن عنصراً ثالثاً من المجموعة الواحدة. من أكثر الأنظمة الرياضية نفعاً «الزُّمرة»؛ فهي تظهر في حالات مختلفة عدّة وتساعد على توحيد دراسة الرياضيات. نظرية الزمر وضعها ايفاريست غالوا (1811 ـ 1832) واعطاها فيما بعد أرثر كايلي (1821 ـ 1895) شكلاً منهجياً. يمكن توضيح مفهوم الزمرة بدراسة رقصة تشكيلية بسيطة (6)، حيث يغيّر أربعة راقصين مواقعهم (أو يبقون في اماكنهم) لتأليف تشكيلات مختلفة.
من الاختيارات الأربعة المتوفّرة لتحريك مستطيل (9)، تنتج مجموعة من أربعة تحوّلات. إذا اخذنا منها ازواجاً وطبّقنا عليها عملية «يتبع» السابقة، ينتج عنها جملة تحرّكات متناظرة أحادياً مع تلك التي وجدناها في المثل عن الرقص. يعرف هذان النوعان بالمتشاكلين. البحث عن التشاكلات هو بالحقيقة أساس دراسة الرياضيات.
يتم خلق نظام رياضي، عندما تطبّق عملية ثنائية واحدة أو أكثر على مجموعة من العناصر. العملية الثنائية هي التي تجمع عنصرين لتكوّن عنصراً ثالثاً من المجموعة الواحدة. من أكثر الأنظمة الرياضية نفعاً «الزُّمرة»؛ فهي تظهر في حالات مختلفة عدّة وتساعد على توحيد دراسة الرياضيات. نظرية الزمر وضعها ايفاريست غالوا (1811 ـ 1832) واعطاها فيما بعد أرثر كايلي (1821 ـ 1895) شكلاً منهجياً. يمكن توضيح مفهوم الزمرة بدراسة رقصة تشكيلية بسيطة (6)، حيث يغيّر أربعة راقصين مواقعهم (أو يبقون في اماكنهم) لتأليف تشكيلات مختلفة.
من الاختيارات الأربعة المتوفّرة لتحريك مستطيل (9)، تنتج مجموعة من أربعة تحوّلات. إذا اخذنا منها ازواجاً وطبّقنا عليها عملية «يتبع» السابقة، ينتج عنها جملة تحرّكات متناظرة أحادياً مع تلك التي وجدناها في المثل عن الرقص. يعرف هذان النوعان بالمتشاكلين. البحث عن التشاكلات هو بالحقيقة أساس دراسة الرياضيات.
الهندسة
نشأت الهندسة عن حاجة قدماء المصريين إلى مسح الأراضي الغائبة المعالم، للتمكّن بإنصاف من توزيع مساحاتها الخصبة المغطّاة بالوحل الذي يتركه الفيضان السنوي لنهر النيل. اخذ الأغارقة الهندسة عن المصريين وبنوا منها صرحا فكريا تامّا. فقد أنشأت «مبادىء الهندسة»، التي وضعها اقليدس حوالي 300 ق.م.، نظاماً بدهياً كاملاً هو نسيج متشابك من براهين تشتق جميعها من بعض البدهيات الأساسية. ظهرت «المبادىء» وكأنها تتحدى العقل بقولها: «إذا لم تستطع البرهان على أمر، فلا تقل انك تعرفه».
وفيما بعد طور علماء الرياضيات نظماً بديلة للهندسة رفضت فرضية إقليدس المتعلقة بالمستقيمات المتوازية. وقد أثبتت هذه الهندسات المخالفة لفرضية إقلديس (الهندسة اللاإقليدية) فائدتها – على سبيل المثال – في النظرية النسبية التي تعد واحدة من الإنجازات القيمة للتفكير العلمي.
وَتعرف الهندسة على أنها فرع من الرياضيات يُعنى بدراسة هيئات وأحجام ومواضع الأشكال الهندسية. وهذه الأشكال تشمل الأشكال المستوية كالمثلثات والمستطيلات والأشكال المجسَّمة (ثلاثية البعد مثل المكعبات والكرات).
تبرز أهمية الهندسة لأسباب عديدة. فالعالم يفيض بالأشكال الهندسية. وبما أن الأشكال الهندسية تحيط بنا من كل جانب لذلك سيكون فهمنا وتقديرنا لعالمنا أفضل لو تعلمنا شيئاً عن الهندسة.
للهندسة أيضاً تطبيقات عملية في مجالات عدة. فالمعماريون والنجَّارون يحتاجون لفهم خواص الأشكال الهندسية لتشييد مبانٍ آمنة وجذابة. كما يستخدم المصمِّمون والمهندسون المشتغلون بالمعادن والمصوِّرون مبادىء الهندسة في أداء أعمالهم.
وفيما بعد طور علماء الرياضيات نظماً بديلة للهندسة رفضت فرضية إقليدس المتعلقة بالمستقيمات المتوازية. وقد أثبتت هذه الهندسات المخالفة لفرضية إقلديس (الهندسة اللاإقليدية) فائدتها – على سبيل المثال – في النظرية النسبية التي تعد واحدة من الإنجازات القيمة للتفكير العلمي.
وَتعرف الهندسة على أنها فرع من الرياضيات يُعنى بدراسة هيئات وأحجام ومواضع الأشكال الهندسية. وهذه الأشكال تشمل الأشكال المستوية كالمثلثات والمستطيلات والأشكال المجسَّمة (ثلاثية البعد مثل المكعبات والكرات).
تبرز أهمية الهندسة لأسباب عديدة. فالعالم يفيض بالأشكال الهندسية. وبما أن الأشكال الهندسية تحيط بنا من كل جانب لذلك سيكون فهمنا وتقديرنا لعالمنا أفضل لو تعلمنا شيئاً عن الهندسة.
للهندسة أيضاً تطبيقات عملية في مجالات عدة. فالمعماريون والنجَّارون يحتاجون لفهم خواص الأشكال الهندسية لتشييد مبانٍ آمنة وجذابة. كما يستخدم المصمِّمون والمهندسون المشتغلون بالمعادن والمصوِّرون مبادىء الهندسة في أداء أعمالهم.
علماء الهندسة المشهورون
أرخميدس
جاوس، كارل فريدريك فيثاغورث
إقليدس
ديكَارْت، رِينيه
الأشكال والإنشاءات الهندسية
الأسطوانة
السباعي
المثلث
الثماني الأوجه
السداسي
المجسم الأرخميدي
الجامد
السداسي السطوح
المربع
الجسم الكروي
الشكل المتعدد السطوح
المضلع
الخط المنحرف
القطاع الناقص
المعين
الخط الهندسي
القطر
المقطع الذهبي
خماسي الأضلاع
القطع المكافىء
المكعب
الدائرة
المتكررة الهندسية
المنشور
رباعي الأضلاع
متوازي الأضلاع
الهرم
الزاوية
المخروط
أنواع الهندسة
يشتمل مجال دراسة الهندسة على عدة طرق. فقد تكون الهندسة إقليدية أو لا إقليدية انطلاقاً من المسلمات نفسها التي تستخدمها الهندسة الإقليدية ولكنها توظف طرائق جبرية لدراسة الأشكال الهندسية. أما فروع الهندسة التي لا تستخدم أساليب الجبر فتسمى هندسات تركيبية.
ويمكن تقسيم الهندسة الإقليدية إلى هندسة مستوية وهندسة مجسمة. وتختص الهندسة المستوية (الهندسة المسطحة) بدراسة الأشكال ذات البعدين مثل المستقيمات والزوايا والمثلثات والأشكال الرباعية والدوائر. أما الهندسة المجسَّمة أو الفراغية فتتعلق بدراسة الأشكال ذات البُعْد الثلاثي.
وإحدى أهم مسلمات الهندسة الإقليدية هي مسلمة التوازي لإقليدس وتُعْرف أيضاً بمسلمة إقليدس الخامسة أو بديهية التوازي، وإحدى صياغاتها هي: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم يمكن رسم مستقيم واحد يمر بتلك النقطة ويوازي المستقيم المعلوم.
الهندسة اللاإقليدية: هناك نوع أساسي من الهندسة اللاإقليدية يدعى الهندسة الزائدية، وفيها تستبدل بمسلمة التوازي المسلمة التالية: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم يمكن رسم أكثر من مستقيم يمر بتلك النقطة ويوازي المستقيم المعلوم.
وفي أحد نماذج الهندسة الزائدية يعرَّف المستوى على أنه مجموعة النقاط الواقعة داخل دائرة، ويعرف المستقيم على أنه وتر من الدائرة، وتعرف المستقيمات المتوازية على أنها المستقيمات التي لا تتقاطع. وتسمى الهندسة الزائدية أحياناً هندسة لوباتشيفسكي إذ إنها اكتشفت في بداية القرن التاسع عشر الميلادي بواسطة عالم الرياضيات الروسي نيكولاي لوباتشيفسكي. وهناك نوع أساسي آخر من الهندسة اللاإقليدية يدعى الهندسة الناقصية تستبدل فيها بمسلمة التوازي المسلمة التالية: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم لا يمكن رسم مستقيم لا يقاطع المستقيم المعلوم. بعبارة أخرى المستقيمات المتوازية لا وجود لها في الهندسة الناقصية.
وفي أحد نماذج الهندسة الناقصية نعرِّف المستقيم على أنه دائرة عظمى على الكرة، حيث الدائرة العظمى هي أي دائرة تنصف الكرة إلى جزأين متساويين. وكل الدوائر العظمى على الكرة تتقاطع. وتسمى الهندسة الناقصية، أيضاً، هندسة ريمان إذ إنها تطوَّرت في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي على يد عالم الرياضيات الألماني جورج فريدريك برنارد ريمان.
الهندسة التحليلية: طريقة لدراسة الخواص الهندسية للأشكال باستخدام الوسائل الجبرية.
تستخدم الهندسة التحليلة نظاماً إحداثياً. يسمى النظام الديكارتي ويتكون من خطي أعداد متعامدين في المستوى. ويُحدَّد موقع النقاط في الأشكال الهندسية في المستوى بإعطائها إحداثيين (عددين)على خطي الأعداد س، ص. ويسمى س الإحداثي السيني وهو يحدد موقع النقطة بالنسبة لمحور س (خط الأعداد الأفقي) بينما يحدِّد ص ويسمى الإحداثي الصادي موقع النقطة بالنسبة لمحور ص (خط الأعداد الرأسي).
ويمكن تقسيم الهندسة الإقليدية إلى هندسة مستوية وهندسة مجسمة. وتختص الهندسة المستوية (الهندسة المسطحة) بدراسة الأشكال ذات البعدين مثل المستقيمات والزوايا والمثلثات والأشكال الرباعية والدوائر. أما الهندسة المجسَّمة أو الفراغية فتتعلق بدراسة الأشكال ذات البُعْد الثلاثي.
وإحدى أهم مسلمات الهندسة الإقليدية هي مسلمة التوازي لإقليدس وتُعْرف أيضاً بمسلمة إقليدس الخامسة أو بديهية التوازي، وإحدى صياغاتها هي: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم يمكن رسم مستقيم واحد يمر بتلك النقطة ويوازي المستقيم المعلوم.
الهندسة اللاإقليدية: هناك نوع أساسي من الهندسة اللاإقليدية يدعى الهندسة الزائدية، وفيها تستبدل بمسلمة التوازي المسلمة التالية: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم يمكن رسم أكثر من مستقيم يمر بتلك النقطة ويوازي المستقيم المعلوم.
وفي أحد نماذج الهندسة الزائدية يعرَّف المستوى على أنه مجموعة النقاط الواقعة داخل دائرة، ويعرف المستقيم على أنه وتر من الدائرة، وتعرف المستقيمات المتوازية على أنها المستقيمات التي لا تتقاطع. وتسمى الهندسة الزائدية أحياناً هندسة لوباتشيفسكي إذ إنها اكتشفت في بداية القرن التاسع عشر الميلادي بواسطة عالم الرياضيات الروسي نيكولاي لوباتشيفسكي. وهناك نوع أساسي آخر من الهندسة اللاإقليدية يدعى الهندسة الناقصية تستبدل فيها بمسلمة التوازي المسلمة التالية: من نقطة لا تقع على مستقيم معلوم لا يمكن رسم مستقيم لا يقاطع المستقيم المعلوم. بعبارة أخرى المستقيمات المتوازية لا وجود لها في الهندسة الناقصية.
وفي أحد نماذج الهندسة الناقصية نعرِّف المستقيم على أنه دائرة عظمى على الكرة، حيث الدائرة العظمى هي أي دائرة تنصف الكرة إلى جزأين متساويين. وكل الدوائر العظمى على الكرة تتقاطع. وتسمى الهندسة الناقصية، أيضاً، هندسة ريمان إذ إنها تطوَّرت في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي على يد عالم الرياضيات الألماني جورج فريدريك برنارد ريمان.
الهندسة التحليلية: طريقة لدراسة الخواص الهندسية للأشكال باستخدام الوسائل الجبرية.
تستخدم الهندسة التحليلة نظاماً إحداثياً. يسمى النظام الديكارتي ويتكون من خطي أعداد متعامدين في المستوى. ويُحدَّد موقع النقاط في الأشكال الهندسية في المستوى بإعطائها إحداثيين (عددين)على خطي الأعداد س، ص. ويسمى س الإحداثي السيني وهو يحدد موقع النقطة بالنسبة لمحور س (خط الأعداد الأفقي) بينما يحدِّد ص ويسمى الإحداثي الصادي موقع النقطة بالنسبة لمحور ص (خط الأعداد الرأسي).
العرب والهندسة
لم يستطع أحد بعد إقليدس الذي دوّن علم الهندسة أن يزيد على هذا العلم شيئاً أساسياً. غير أن العرب لهم أفضال على الهندسة؛ إذ إنهم اهتموا بها حينما أهملتها الشعوب الأخرى ثم حفظوها من الضياع وناولوها الأوروبيين في زمن باكر.
برع العرب في قضايا الهندسة وشرحوها، فقد عرفوا تستطيح الكرة وألّفوا فيه ومارسوه فنقلوا الخرائط من سطح الكرة إلى السطح المستوي، ومن المسطح المستوي إلى السطح الكرويّ. ولقد كان اهتمام العرب بالناحية العملية من الهندسة أكثر من اهتمامهم بالناحية النظرية. ومن العلماء العرب الذين احتلوا منزلة كبيرة في الهندسة العالم العربي المسلم البيروني (ت440 هـ، 1048 م) ومن أشهر كتبه، كتاب استخراج الأوتار في الدائرة بخواص الخط المنحني فيها. كما استطاع غياث الدين الكاشي في القرن الخامس عشر الميلادي أن يستخرج نسبة محيط الدائرة إلى قطرها ويحسبها حساباً دقيقاً.
وممن اشتهر في علم المثلثات العالم العربي المسلم أبو عبد الله محمد بن جابر البتاني (ت317 هـ، 929 م). وهو أول من وضع جداول لظل التمام. وتبدو مكانة أبي الوفاء البوزجاني (ت388 هـ، 998 م) في المثلثات واضحة، فقد أوجد طريقة لحساب جداول الجيب، وكذلك عرف الصلات في المثلثات.
برع العرب في قضايا الهندسة وشرحوها، فقد عرفوا تستطيح الكرة وألّفوا فيه ومارسوه فنقلوا الخرائط من سطح الكرة إلى السطح المستوي، ومن المسطح المستوي إلى السطح الكرويّ. ولقد كان اهتمام العرب بالناحية العملية من الهندسة أكثر من اهتمامهم بالناحية النظرية. ومن العلماء العرب الذين احتلوا منزلة كبيرة في الهندسة العالم العربي المسلم البيروني (ت440 هـ، 1048 م) ومن أشهر كتبه، كتاب استخراج الأوتار في الدائرة بخواص الخط المنحني فيها. كما استطاع غياث الدين الكاشي في القرن الخامس عشر الميلادي أن يستخرج نسبة محيط الدائرة إلى قطرها ويحسبها حساباً دقيقاً.
وممن اشتهر في علم المثلثات العالم العربي المسلم أبو عبد الله محمد بن جابر البتاني (ت317 هـ، 929 م). وهو أول من وضع جداول لظل التمام. وتبدو مكانة أبي الوفاء البوزجاني (ت388 هـ، 998 م) في المثلثات واضحة، فقد أوجد طريقة لحساب جداول الجيب، وكذلك عرف الصلات في المثلثات.
الهندسة الفراغيَّة
المتوقّع من الرياضيين والمهندسين أن يتوصّلوا إلى حساب مساحات مختلف الأجسام الصلبة واحجامها. مساحة الأجسام المستوية السطوح تساوي مجموع مساحات سطوحها. أما بالنسبة للاهرام والاسطوانات والموشورات والمخروطات والمجسّمات الاهليلجية، فالمسألة أكثر تعقيداً. إلا أنه يمكن حساب مساحاتها
واحجامها باستعمال الهندسة الفراغية، أي هندسة الاشكال ذوات الأبعاد الثلاثة
.
لا يشمل موضع الهندسة الفراغية اشكال الأجسام والمجمّعات فقط، بل يتناول أيضاً الانفعالات والقوى غير المرئية التي تخترق تلك الأجسام. فهذه الهندسة تحدّد مثلاً الشكل الواجب اعطاؤه للسدّ كي لا يهدّمه ضغط الماء، ومقدار طفو مركب ذي شكل معيّن، ومقدار ميله إذا حُمّل بطريقة غير متوازنة. أما القوى التي هي أكثر تعقيداً من الجاذبية، فأنها تثير مشاكل حلّها أكثر صعوبة.
في المضلّع المنتظم، جميع الأضلاع والزوايا متساوية، كما في المثلّث المتساوي الاضلاع والمربّع والخمّس.
في المضلّع المنتظم، جميع الأضلاع والزوايا متساوية، كما في المثلّث المتساوي الاضلاع والمربّع والخمّس.
برهن اقليدس على أن هنالك خمسة مجسّمات منتظمة فقط، تكون جميع سطوحها مضلّعات منتظمة متساوية: رباعي السطوح (أ)؛ المكعّب (ب)؛ المثمّن السطوح (ت)؛ ذو الاثني عشر سطحا (ث)؛ وذو العشرين سطحا (ج) . المكعّبات وحدها تتجمّع معا لملء الفراغ كلياتن.
جميع المجسّمات التي لا تحتوي على ثقوب واوجهها مسطّحة تخضع لنظرية اويلر: ق+ و= ض+ 2، حيث ق يمثّل عدد الرؤوس (القمم)، و: عدد الأوجه، ض: عدد الأضلاع. في الرباعي السطوح المثلّثية (أ) نحصل على: 4+ 4= 6+ 2. وفي المثمّن السطوح (ب) يكون معنا: 6+ 8= 12+ 2. يخضع الشكلان ت و ث للقاعدة ذاتها. هذه النظرية تثير العجب، لأنها لا تتأثر بشكل المجسّم أو حجمه.
جميع المجسّمات التي لا تحتوي على ثقوب واوجهها مسطّحة تخضع لنظرية اويلر: ق+ و= ض+ 2، حيث ق يمثّل عدد الرؤوس (القمم)، و: عدد الأوجه، ض: عدد الأضلاع. في الرباعي السطوح المثلّثية (أ) نحصل على: 4+ 4= 6+ 2. وفي المثمّن السطوح (ب) يكون معنا: 6+ 8= 12+ 2. يخضع الشكلان ت و ث للقاعدة ذاتها. هذه النظرية تثير العجب، لأنها لا تتأثر بشكل المجسّم أو حجمه.
الاحتمالات والإحصاء
الاحتمالات دراسة رياضية لمدى احتمال وقوع حدث ما. ويستخدم لتحديد فرص إمكانياة وقوع حادث غير مؤكد الحدوث. فمثلاً, باستخدام الاحتمالات يمكن حساب فرص ظهور وجه القطعة في ثلاث رميت لقطع نقدية. أما الإحصاء فهو ذلك الفرع من الرياضيات الذي يهتم بجمع البيانات وتحليلها لمعرفة الأنماط والاتجاهات العامة. ويعتمد الإحصاء إلى حد كبير على الاحتمالات. وتزود الطرق الإحصائية الحكومات, والتجارة, والعلوم بالمعلومات. فمثلاً, يستخدم الفيزيائيون الإحصاء لدراسة سلوك العديد من الجزيئيات في عينة من الغاز.
نظريَّة المجموعات
نَظَرِيَّة المَجمُوعات: طريقة لحل مسائل الرياضيات والمنطق (أو الاستنباط). ودراستنا لنظرية المجموعات تزيد فهمنا لعلم الحساب وللرياضيات ككل. وتبحث نظرية المجموعات في صفات وعلاقات المجموعات.
وتعد نظرية المجموعات من الفروع الأساسية لعلم الرياضيات. والمجموعة تجمُّع من الأشياء المحسوسة أو الأفكار. فمثلاً كل صنف هو مجموعة من الأشياء المحسوسة، بينما مواد الدستور هي مجموعة من الأفكار. وتسمى الأشياء التي تشكل المجموعة عناصر أو أعضاء المجموعة. يستخدم علماء الرياضيات الحروف لتمييز المجموعات وعناصرها. فقد تستعمل حروف لتسمية المجموعات، بينما تستخدم حروف أخرى لتسمية عناصر المجموعات. والمجموعة تحدَّد عن طريق حصر عناصرها بين القوسين ؟؟.
ويمكن أيضاً تحديد مجموعة ما بدلالة خواصها. والخاصية مفهوم يربط عناصر المجموعة بعضها ببعض.
وتعد نظرية المجموعات من الفروع الأساسية لعلم الرياضيات. والمجموعة تجمُّع من الأشياء المحسوسة أو الأفكار. فمثلاً كل صنف هو مجموعة من الأشياء المحسوسة، بينما مواد الدستور هي مجموعة من الأفكار. وتسمى الأشياء التي تشكل المجموعة عناصر أو أعضاء المجموعة. يستخدم علماء الرياضيات الحروف لتمييز المجموعات وعناصرها. فقد تستعمل حروف لتسمية المجموعات، بينما تستخدم حروف أخرى لتسمية عناصر المجموعات. والمجموعة تحدَّد عن طريق حصر عناصرها بين القوسين ؟؟.
ويمكن أيضاً تحديد مجموعة ما بدلالة خواصها. والخاصية مفهوم يربط عناصر المجموعة بعضها ببعض.
أنواع المجموعات:
وهناك عشرة أنواع رئيسية من المجموعات هي:
1 ـ المجموعات المنتهية 2 ـ المجموعات غير المنتهية.
3 ـ المجموعات الخالية 4 ـ المجموعات وحيدة العنصر.
5 ـ المجموعات المتكافئة 6 ـ المجموعات المتساوية.
7 ـ المجموعات المتداخلية 8 ـ المجموعات المنفصلة.
9 ـ المجموعات الشاملة 10 ـ المجموعات الجزئية.
المجموعات المنتهية: هي التي لها عدد محدود من العناصر.
المجموعات غير المنتهية: هي التي يكون عدد عناصرها غير محدود.
المجموعات الخالية: هي التي لا تحتحوي على أي عناصر.
المجموعات وحيدة العنصر: هي التي تحوي عنصراً واحداً فقط.
المجموعات المتكافئة: هي المجموعات التي لها نفس العدد من العناصر.
المجموعات المتساوية: هي التي لها نفس العناصر.
المجموعات المتداخلة: هي التي لها عناصر مشتركة فيما بينها.
المجموعات المنفصلة: هي التي لا تحتوي على أي عناصر مشتركة فيما بينها.
المجموعات الشاملة: هي المجموعات التي تحتوي على جميع العناصر تحت الاختبار في وقت ومسألة معينين.
المجموعات الجزئية: هي المتضمَّنة في مجموعات أخرى.
العمليات على المجموعات هناك ثلاث عمليات أساسية تستخدم في حل المسائل المتعلقة بالمجموعات:
1 ـ الاتحاد 2 ـ التقاطع 3 ـ المُتمِّمة.
اتحاد مجموعتين: هو المجموعة التي تتألف عناصرها من عناصر كلتا المجموعتين.
تقاطع مجموعتين: هو المجموعة المؤلفة من العناصر المشتركة بين المجموعتين.
مُتمِّمة مجموعة: هي مجموعة العناصر في س التي لا توجد في المجموعة ص.
فإذا كانت ص أي مجموعة جزئية من س فإن متممة صَ ص هي عناصر س التي لا توجد في ص.
وهناك عشرة أنواع رئيسية من المجموعات هي:
1 ـ المجموعات المنتهية 2 ـ المجموعات غير المنتهية.
3 ـ المجموعات الخالية 4 ـ المجموعات وحيدة العنصر.
5 ـ المجموعات المتكافئة 6 ـ المجموعات المتساوية.
7 ـ المجموعات المتداخلية 8 ـ المجموعات المنفصلة.
9 ـ المجموعات الشاملة 10 ـ المجموعات الجزئية.
المجموعات المنتهية: هي التي لها عدد محدود من العناصر.
المجموعات غير المنتهية: هي التي يكون عدد عناصرها غير محدود.
المجموعات الخالية: هي التي لا تحتحوي على أي عناصر.
المجموعات وحيدة العنصر: هي التي تحوي عنصراً واحداً فقط.
المجموعات المتكافئة: هي المجموعات التي لها نفس العدد من العناصر.
المجموعات المتساوية: هي التي لها نفس العناصر.
المجموعات المتداخلة: هي التي لها عناصر مشتركة فيما بينها.
المجموعات المنفصلة: هي التي لا تحتوي على أي عناصر مشتركة فيما بينها.
المجموعات الشاملة: هي المجموعات التي تحتوي على جميع العناصر تحت الاختبار في وقت ومسألة معينين.
المجموعات الجزئية: هي المتضمَّنة في مجموعات أخرى.
العمليات على المجموعات هناك ثلاث عمليات أساسية تستخدم في حل المسائل المتعلقة بالمجموعات:
1 ـ الاتحاد 2 ـ التقاطع 3 ـ المُتمِّمة.
اتحاد مجموعتين: هو المجموعة التي تتألف عناصرها من عناصر كلتا المجموعتين.
تقاطع مجموعتين: هو المجموعة المؤلفة من العناصر المشتركة بين المجموعتين.
مُتمِّمة مجموعة: هي مجموعة العناصر في س التي لا توجد في المجموعة ص.
فإذا كانت ص أي مجموعة جزئية من س فإن متممة صَ ص هي عناصر س التي لا توجد في ص.
لغةُ الأعدَاد
(1) ـ أنواع الأعداد ثلاثة: الحقيقيّة، الخاليّة، والمركّبة. يمكن تمثيل الأعداد الحقيقيّة.
(أ) بنقاط على خط يمتد من اللانهاية السالبة حتى اللانهاية الموجبة. وهي تتضمّن جميع الأعداد الموجبة والسالبة. الأعداد الخياليّة.
(ب) تعتمد على خ، وهو الجذر التربيعي للعدد ـ 1، وقد تكون أيضاً موجبة أو سالبة. تحتوي الأعداد المركّبة.
(ت) على جزء حقيقي وجزء خيالي. ويمكن تصويرها كنقاط محدّدة ببعدها عن خطّي الأعداد الحقيقيّة والأعداد الخياليّة. مثلاً: النقطة ف تمثّل العدد المركّب 4+ 3 خ، ق تمثّل ـ 3 ـ 5 خ. الأرقام المركّبة شائعة الاستعمال لدى العلماء.
(أ) بنقاط على خط يمتد من اللانهاية السالبة حتى اللانهاية الموجبة. وهي تتضمّن جميع الأعداد الموجبة والسالبة. الأعداد الخياليّة.
(ب) تعتمد على خ، وهو الجذر التربيعي للعدد ـ 1، وقد تكون أيضاً موجبة أو سالبة. تحتوي الأعداد المركّبة.
(ت) على جزء حقيقي وجزء خيالي. ويمكن تصويرها كنقاط محدّدة ببعدها عن خطّي الأعداد الحقيقيّة والأعداد الخياليّة. مثلاً: النقطة ف تمثّل العدد المركّب 4+ 3 خ، ق تمثّل ـ 3 ـ 5 خ. الأرقام المركّبة شائعة الاستعمال لدى العلماء.
الأعداد الصحيحة الموجبة والسالبة:
تُسمّى الأعداد الصحيحة مثل 1 و5 و212 صحيحة موجبة. وقد استعملت منذ أن بدأ الإنسان يعدّ. في القرون الوسطى ابتكر الهنود مفهوم الأعداد الصحيحة السالبة، وذلك للتعبير عن الديون في العمليّات التجاريّة.
اكتشف الرياضيون الهنود الصفر الذي يستعمل اليوم للدلالة على غياب العدد.
قام الرياضي الاغريقي ارخميدس (287 ـ 212 ق. م.) بدراسة مسألة وجود اعداد لامتناهية في الكبر.
فبرهن انّه لا حدّاً أعلى لنظام الأعداد، وان اللانهاية، بعكس الصفر، ليست عدداً، وانّه مهما بلغ كبر عدد ما، فهناك اعداد أكبر منه.
بمفهوميّ الصفر واللانهاية اكتمل لدى الإنسان نظام للأغداد يمكن تصويره بخطّ يحوي جميع الأعداد الحقيقية ممتداً منم اللانهاية السالبة إلى اللانهاية الموجبة. ثم جاء رياضيّون ايطاليّون في القرن السادس عشر وابتكروا كميّة «خياليّة» (خ) يعطي مربّعها النتيجة ـ 1. الأعداد التي تدخل فيها خ تُسمّى اعداداً خياليّة.
تُسمّى الأعداد الصحيحة مثل 1 و5 و212 صحيحة موجبة. وقد استعملت منذ أن بدأ الإنسان يعدّ. في القرون الوسطى ابتكر الهنود مفهوم الأعداد الصحيحة السالبة، وذلك للتعبير عن الديون في العمليّات التجاريّة.
اكتشف الرياضيون الهنود الصفر الذي يستعمل اليوم للدلالة على غياب العدد.
قام الرياضي الاغريقي ارخميدس (287 ـ 212 ق. م.) بدراسة مسألة وجود اعداد لامتناهية في الكبر.
فبرهن انّه لا حدّاً أعلى لنظام الأعداد، وان اللانهاية، بعكس الصفر، ليست عدداً، وانّه مهما بلغ كبر عدد ما، فهناك اعداد أكبر منه.
بمفهوميّ الصفر واللانهاية اكتمل لدى الإنسان نظام للأغداد يمكن تصويره بخطّ يحوي جميع الأعداد الحقيقية ممتداً منم اللانهاية السالبة إلى اللانهاية الموجبة. ثم جاء رياضيّون ايطاليّون في القرن السادس عشر وابتكروا كميّة «خياليّة» (خ) يعطي مربّعها النتيجة ـ 1. الأعداد التي تدخل فيها خ تُسمّى اعداداً خياليّة.
قواعِد الأعدَاد
العمليات الحسابية الرئيسية الأربع هي الجمع والطرح والضرب والقسمة.
يقوم الجمع على مبدأ الترابط، إذ يمكن اجراء جمع مجموعة أعداد بأي ترتيب دون أن تتغير النتيجة.
1+ 2+ 3= 6
أو
3+ 2+ 1= 6
أو
2+ 3+ 1= 6
يمكن تكرار عملية الطرح حسب أي ترتيب كان.
9- 3- 4= 2
9- 4- 3= 2
النتيجة هي واحدة في كلتا الحالتين.
الضرب عملية متكافئة مع عملية الجمع المتكرر. فكتابة: 7×5 مثلاً هي اختزال لكتابة: 7+ 7+ 7+ 7+ 7. يتعلم الناس جداول الضرب، لأنها أكثر سرعة من جمع أعمدة الأعداد. ليس باستطاعة الحاسبات الالكترونية والكومبيوتر القيام بعملية الضرب، رغم اشتهارها بالسرعة والدقة؛ وكل ما تقوم به إنما هو فقط اجراء عمليات جمع متتالية فائقة السرعة.
كما أن الطرح هو عكس الجمع، كذلك القسمة فهي عكس الضرب، أي كناية عن عمليات طرح متكررة.
يقوم الجمع على مبدأ الترابط، إذ يمكن اجراء جمع مجموعة أعداد بأي ترتيب دون أن تتغير النتيجة.
1+ 2+ 3= 6
أو
3+ 2+ 1= 6
أو
2+ 3+ 1= 6
يمكن تكرار عملية الطرح حسب أي ترتيب كان.
9- 3- 4= 2
9- 4- 3= 2
النتيجة هي واحدة في كلتا الحالتين.
الضرب عملية متكافئة مع عملية الجمع المتكرر. فكتابة: 7×5 مثلاً هي اختزال لكتابة: 7+ 7+ 7+ 7+ 7. يتعلم الناس جداول الضرب، لأنها أكثر سرعة من جمع أعمدة الأعداد. ليس باستطاعة الحاسبات الالكترونية والكومبيوتر القيام بعملية الضرب، رغم اشتهارها بالسرعة والدقة؛ وكل ما تقوم به إنما هو فقط اجراء عمليات جمع متتالية فائقة السرعة.
كما أن الطرح هو عكس الجمع، كذلك القسمة فهي عكس الضرب، أي كناية عن عمليات طرح متكررة.
حساب المثلَّثات
حساب المثلثات هو فن حساب أحجام المثلثات. الفكرة الأساسية فيه هي أن النسب بين أضلاع مثلث قائم الزاوية تتوقف على مقدار اتساع زاوية قاعدته (أ) سميت هذه النسب جيب أ (جا أ) وجيب تمام أ (جتا أ) وظل أ (ظا أ) وغير ذلك، ووضعت لها جداول تعطي النسب لمختلف قيم الزاوية أ. ثم اتضح أن جا أ هو خارج قسمة الضلع المقابل للزاوية أ على الضلع الأطول، وجتا أ هو خارج قسمة الضلع المجاور للزاوية أ على الضلع الاطول، وظا أ هو نسبة طول الضلع المجاور للزاوية أ لى طول الضلع المقابل لها. كل انسان يستطيع حساب عناصر أي مثلث بدقة كبيرة، إذا تسلّح
بجداول النسب المثلثية.
ويستخدم الفلكيون والبحارة والمساحون حساب المثلثات بشكل كبير لحساب الزوايا والمسافات في حالة تعذر القياس بطريقة مباشرة. وتصف المعادلات المتضمنة لنسب مثلثية المنحنيات التي يستخدمها الفيزيائيون لتحليل خواص الحرارة والضوء والصوت والظواهر الطبيعية الأخرى.
حساب التفاضل والتكامل والتحليل
له تطبيقات عدة في الهندسة والفيزياء والعلوم الأخرى. ويمدنا حساب التفاضل والتكامل بطرائق لحل عديد من المسائل المتعلقة بالحركة أو الكميات المتغيرة. ويبحث حساب التفاضل في تحديد معدل تغير الكمية. ويستخدم لحساب ميل المنحنى والتغير في سرعة الطلقة. أما حساب التكامل فهو محاولة إيجاد الكمية بمعلومية معدل تغيرها, ويستخدم لحساب المساحة تحت منحنى ومقدار الشغل الناتج عن تأثير قوة متغيرة. وخلافاً للجبر, فإن حساب التفاضل والتكامل يتضمن عمليات مع كميات متناهية الصغر (كميات صغيرة ليست صفراً ولكنها أصغر من أي
كمية معطاة).
ويتضمن التحليل عمليات رياضية متعددة تشمل اللانهاية والكميات المتناهية الصغر. ويدرس التحليل المتسلسلات اللانهائية وهي مجاميع غير منتهية لمتتابعات عددية او صيغ جبرية. ولمفهوم المتسلسلات اللانهائية تطبيقات مهمة في مجالات عدة مثل دراسة الحرارة واهتزازات الأوتار.
تواريخ مهمة في الرياضيات
3000 ق .ماستخدم قدماء المصريين النظام العشري. وطوروا كذلك الهندسة وتقنيات مساحة الأراضي.
370 ق.معرف إيودكسس الكندوسي طريقة الاستنفاد, التي مهدت لحساب التكامل.
300 ق.مأنشأ إقليدس نظاماً هندسياً مستخدماً الاستنتاج المنطقي.
787 مظهرت الأرقام والصفر المرسوم على هيئة نقطة في مؤلفات عربية قبل أن تظهر في الكتب الهندية.
830 مأطلق العرب على علم الجبر هذا الاسم لأول مرة.
835 ماستخدم الخوارزمي مصطلح الأصم لأول مرة للإشارة لعدد الذي لا جذر له.
888 موضع الرياضيون العرب أولى لبنات الهندسة التحليلية بالاستعانة بالهندسة في حل المعادلات الجبرية.
912 ماستعمل البتاني الجيب بدلا من وتر ضعف القوس في قياس الزاويا لأول مرة.
1029 ماستغل الرياضيون العرب الهندسة المستوية والمجسمة في بحوث الضوء لأول مرة في التاريخ.
1142 مترجم أيلارد – من باث – من العربية الأجزاء الخمسة عشر من كتاب العناصر لأقليدس, ونتيجة لذلك أضحت أعمال أقليدس معروفة جيداً في أوروبا.
منتصف القرن الثاني عشر الميلادي.أدخل نظام الأعداد الهندية – العربية إلى أوروبا نتيجة لترجمة كتاب الخوارزمي في الحساب.
1252 ملفت نصير الدين الطوسي الانتباه – لأول مرة – لأخطاء أقليدس في المتوازيات.
1397 ماخترع غياث الدين الكاشي الكسور العشرية.
1465 موضع القلصادي أبو الحسن القرشي لأول مرة رموزاً لعلم الجبر بدلاً عن الكلمات.
1514 ماستخدم عالم الرياضيات الهولندي فاندر هوكي اشارتي الجمع (+) ةالطرح (-) لأول مرة في الصيغ الجبرية.
1533 مأسس عالم الرياضيات الألماني ريجيومونتانوس, حساب المثلث كفرع مستقل عن الفلك.
1542 مألف جيرولامو كاردانو أول كتاب في الرياضيات الحديثة.
1557 مأدخل روبرت ركورد إشارة المساواة (=) في الرياضيات معتقد أنه لا يوجد شيئ يمكن ان يكون أكثر مساواة من زوج من الخطوط المتوازية.
1614 منشر جون نابيير اكتشافه في اللوغاريتمات, التي تساعد في تبسيط الحسابات.
1637 منشر رينيه ديكارت اكتشافه في الهندسة التحليلية, مقرراً أن الرياضيات هي النموذج الأمثل للتعليل.
منتصف العقد التاسع للقرن السابع عشر الميلادي.نشر كل من السير إسحق نيوتن وجوتفريد ولهلم ليبنتز بصورة مستقلة اكتشافاتهما في حساب التفاصيل والتكامل.
1717 مقام أبراهام شارب بحساب قيمة النسبة التقريبية حتى 72 منزلة عشرية.
1742 موضع كريستين جولدباخ ما عرف بحدسية جولدباخ: وهو أن كل عدد زوجي هو مجموع عددين أوليين. ولا تزال هذه الجملة مفتوحة لعلماء الرياضيات لإثبات صحتها أو خطئها.
1763 مأدخل جسبارت مونيي الهندسة الوصفية وقد كان حتى عام 1795 م يعمل في الاستخبارات العسكرية الفرنسية.
بداية القرن التاسع عشر الميلادي.عمل علماء الرياضيات كارل فريدريك جوس ويانوس بولياي, نقولا لوباشيفسكي, وبشكل مستقل على تطوير هندسات لا إقليدية.
بداية العقد الثالث من القرن التاسع عشر.بدأ تشارلز بباج في تطوير الألات الحاسبة.
1822 مأدخل جين بابتست فورييه تحليل فورييه.
1829 مأخل إفاريست جالوا نظرية الزمر.
1854 منشر جورج بولي نظامه في المنطق الرمزي.
1881 مأدخل جوشياه ويلارد جبس تحليل المتجهات في ثلاثة أبعاد.
أواخر القرن التاسع عشر الميلادي.طور جورج كانتور نظرية المجموعات والنظرية الرياضية للمالانهاية.
1908 مطور إرنست زيرميلو طريقة المسلمات لنظرية المجموعات مستخدماً عبارتين غير معروفتين وسبع مسلمات.
1910 – 1913 منشر ألفرد نورث وايتهيد وبرتراند رسل كتابهما مبادئ الرياضيات وجادلا فبه أن كل الفرضيات الرياضية يمكن استنباطها من عدد قليل من المسلمات.
1912 مبدأ ل. ي. ج. برلور الحركة الحدسية في الرياضيات باعتبار الأعداد الطبيعية الأساس في البنية الرياضية التي يمكن إدراكها حدسياً.
1921 منشر إيمي نوذر طريقة المسلمات للجبر.
بداية الثلاثينيات من القرن العشرين الميلادي.أثبت كورت جودل ان أي نظام من المسلملت يحوي جملاً لا يمكن إثباتها.
1937 مقدم ألان تورنج وصفا لـ “آلة تورنج” وهي حاسوب آلي تخيلي يمكن أن يقوم بحل جميع المسائل ذات الصبغة الحسابية.
مع نهاية الخمسينيات وعام 1960 مدخلت الرياضيات الحديثة إلى المدارس في عدة دول.
1974 مطور روجر بنروز تبليطة مكونة من نوعين من المعينات غير متكررة الأنماط. واكتشف فيما بعد أن هذه التبليطات التي تدعي تبليطات بنروز تعكس بنية نوع جديد من المادة المتبلورة وشبه المتبلورة.
سبعينيات القرن العشرينظهرت الحواسيب المبنية على أسس رياضية, واستخدمت في التجارة والصناعة والعلوم.
1980 مبحث عدد من علماء الرياضيات المنحنيات الفراكتلية, وهي بنية يمكن استخدامها لتمثيل الظاهرة الهيولية.
370 ق.معرف إيودكسس الكندوسي طريقة الاستنفاد, التي مهدت لحساب التكامل.
300 ق.مأنشأ إقليدس نظاماً هندسياً مستخدماً الاستنتاج المنطقي.
787 مظهرت الأرقام والصفر المرسوم على هيئة نقطة في مؤلفات عربية قبل أن تظهر في الكتب الهندية.
830 مأطلق العرب على علم الجبر هذا الاسم لأول مرة.
835 ماستخدم الخوارزمي مصطلح الأصم لأول مرة للإشارة لعدد الذي لا جذر له.
888 موضع الرياضيون العرب أولى لبنات الهندسة التحليلية بالاستعانة بالهندسة في حل المعادلات الجبرية.
912 ماستعمل البتاني الجيب بدلا من وتر ضعف القوس في قياس الزاويا لأول مرة.
1029 ماستغل الرياضيون العرب الهندسة المستوية والمجسمة في بحوث الضوء لأول مرة في التاريخ.
1142 مترجم أيلارد – من باث – من العربية الأجزاء الخمسة عشر من كتاب العناصر لأقليدس, ونتيجة لذلك أضحت أعمال أقليدس معروفة جيداً في أوروبا.
منتصف القرن الثاني عشر الميلادي.أدخل نظام الأعداد الهندية – العربية إلى أوروبا نتيجة لترجمة كتاب الخوارزمي في الحساب.
1252 ملفت نصير الدين الطوسي الانتباه – لأول مرة – لأخطاء أقليدس في المتوازيات.
1397 ماخترع غياث الدين الكاشي الكسور العشرية.
1465 موضع القلصادي أبو الحسن القرشي لأول مرة رموزاً لعلم الجبر بدلاً عن الكلمات.
1514 ماستخدم عالم الرياضيات الهولندي فاندر هوكي اشارتي الجمع (+) ةالطرح (-) لأول مرة في الصيغ الجبرية.
1533 مأسس عالم الرياضيات الألماني ريجيومونتانوس, حساب المثلث كفرع مستقل عن الفلك.
1542 مألف جيرولامو كاردانو أول كتاب في الرياضيات الحديثة.
1557 مأدخل روبرت ركورد إشارة المساواة (=) في الرياضيات معتقد أنه لا يوجد شيئ يمكن ان يكون أكثر مساواة من زوج من الخطوط المتوازية.
1614 منشر جون نابيير اكتشافه في اللوغاريتمات, التي تساعد في تبسيط الحسابات.
1637 منشر رينيه ديكارت اكتشافه في الهندسة التحليلية, مقرراً أن الرياضيات هي النموذج الأمثل للتعليل.
منتصف العقد التاسع للقرن السابع عشر الميلادي.نشر كل من السير إسحق نيوتن وجوتفريد ولهلم ليبنتز بصورة مستقلة اكتشافاتهما في حساب التفاصيل والتكامل.
1717 مقام أبراهام شارب بحساب قيمة النسبة التقريبية حتى 72 منزلة عشرية.
1742 موضع كريستين جولدباخ ما عرف بحدسية جولدباخ: وهو أن كل عدد زوجي هو مجموع عددين أوليين. ولا تزال هذه الجملة مفتوحة لعلماء الرياضيات لإثبات صحتها أو خطئها.
1763 مأدخل جسبارت مونيي الهندسة الوصفية وقد كان حتى عام 1795 م يعمل في الاستخبارات العسكرية الفرنسية.
بداية القرن التاسع عشر الميلادي.عمل علماء الرياضيات كارل فريدريك جوس ويانوس بولياي, نقولا لوباشيفسكي, وبشكل مستقل على تطوير هندسات لا إقليدية.
بداية العقد الثالث من القرن التاسع عشر.بدأ تشارلز بباج في تطوير الألات الحاسبة.
1822 مأدخل جين بابتست فورييه تحليل فورييه.
1829 مأخل إفاريست جالوا نظرية الزمر.
1854 منشر جورج بولي نظامه في المنطق الرمزي.
1881 مأدخل جوشياه ويلارد جبس تحليل المتجهات في ثلاثة أبعاد.
أواخر القرن التاسع عشر الميلادي.طور جورج كانتور نظرية المجموعات والنظرية الرياضية للمالانهاية.
1908 مطور إرنست زيرميلو طريقة المسلمات لنظرية المجموعات مستخدماً عبارتين غير معروفتين وسبع مسلمات.
1910 – 1913 منشر ألفرد نورث وايتهيد وبرتراند رسل كتابهما مبادئ الرياضيات وجادلا فبه أن كل الفرضيات الرياضية يمكن استنباطها من عدد قليل من المسلمات.
1912 مبدأ ل. ي. ج. برلور الحركة الحدسية في الرياضيات باعتبار الأعداد الطبيعية الأساس في البنية الرياضية التي يمكن إدراكها حدسياً.
1921 منشر إيمي نوذر طريقة المسلمات للجبر.
بداية الثلاثينيات من القرن العشرين الميلادي.أثبت كورت جودل ان أي نظام من المسلملت يحوي جملاً لا يمكن إثباتها.
1937 مقدم ألان تورنج وصفا لـ “آلة تورنج” وهي حاسوب آلي تخيلي يمكن أن يقوم بحل جميع المسائل ذات الصبغة الحسابية.
مع نهاية الخمسينيات وعام 1960 مدخلت الرياضيات الحديثة إلى المدارس في عدة دول.
1974 مطور روجر بنروز تبليطة مكونة من نوعين من المعينات غير متكررة الأنماط. واكتشف فيما بعد أن هذه التبليطات التي تدعي تبليطات بنروز تعكس بنية نوع جديد من المادة المتبلورة وشبه المتبلورة.
سبعينيات القرن العشرينظهرت الحواسيب المبنية على أسس رياضية, واستخدمت في التجارة والصناعة والعلوم.
1980 مبحث عدد من علماء الرياضيات المنحنيات الفراكتلية, وهي بنية يمكن استخدامها لتمثيل الظاهرة الهيولية.
أوائل رياضية
(1) أوّل من حوّل الكسور العاديّة إلى عشريّة :- أوّل من حوّل الكسور العاديّة إلى كسور عشريّة في علم الحساب هو غياث الدين جمشيد الكاشي قبل عام 840 هجرية/1436 م .
(2) أوّل من استعمل الأسس السالبة :- يعدّ العالم المسلم السموأل المغربي ، وهو عالم اشتهر باختصاصه في علم الحساب ، أوّل من استعمل الأسس السالبة في الرياضيات ، وتوفي هذا العالم الفذّ في بغداد عام 1175م .
(3) أوّل من استخدم الجذر التربيعي :- إن الجذر التربيعي هو أوّل حرف من حروف كلمة جذر، وهو المصطلح الذي أدخله العالم المسلم الرياضي محمد بن موسى الخوارزمي، وأوّل من استعمله للأغراض الحسابية هو العالم أبو الحسن علي بن محمد القلصادي الأندلسي الذي ولد عام 825 هجرية وتوفي سنة 891 هجرية وانتشر هذا الرمز في مختلف لغات العالم .
(4) أوّل من وضع أسس علم الجبر :- أوّل من وضع أسس علم الجبر هو العالم المسلم أبو الحسن محمد بن موسى الخوارزمي ، ولد هذا العبقري الفذّ في بلدة خوارزم بإقليم تركستان في العام 164 هجرية، برع في علم الحساب ووضع فيه كتاباً له أسماه ((الجبر والمقابلة)) شرح فيه قواعد وأسس هذا العلم العام ،تحرف اسمه عند الأوروبيين فأطلقوا عليه (ALGEBRA) أي علم الحساب ، وتوفي –رحمه الله –عام 235 هجرية.
(5) أوّل من أسس علم حساب المثلثات:
يبدو أن الفراعنة القدماء عرفوا حساب المثلثات وساعدهم ذلك على بناء الأهرامات الثلاثة،وظل علم حساب المثلثات نوعاً من أنواع الهندسة ،حتى جاء العرب المسلمون وطوروه ووضعوا الأسس الحديثة له لجعله علماً مستقلاً بذاته ،وكان من أوائل المؤسسين لحساب المثلثات ،أبو عبد الله البتاني والزرقلي ونصير الدين الطوسي.
(6) أوّل من أدخل الصفر في علم الحساب :- أوّل من أدخل الصفر في علم الحساب هو العالم المسلم محمد بن موسى الخوارزمي المتوفى عام 235م. وكان هذا الاكتشاف في علم الحساب نقلة كبيرة في دراسة الأرقام وتغيراً جذرياًّ لمفهوم الرقم .
(7) أوّل من استعمل الرموز في الرياضيات :- أوّل من استعمل الرموز أو المجاهيل في علم الرياضيات هم العرب المسلمون ، فاستعملوا (س) للمجهول الأول ، و (ص) للثاني و (ج) للمعادلات للجذر .. وهكذا .
(8) أوّل رسالة طبعت في أوروبا عن الرياضيات :- أوّل رسالة عن علم الرياضيات طبعت في أوروبا كانت مأخوذة من جداول العالم المسلم أبي عبد الله البتاني ،وقد طبعت هذه الرسالة الأولى عام 1493م في اليونان .
(9) أوّل من أدخل الأرقام الهندية إلى العربية :- إن الأرقام التي نستعملها اليوم في كتابة الأعداد العربية 1،2،3،4،5،… الخ هي أرقام دخيلة استعملها الهنود من قبل العرب بقرون طويلة ، وأول من أدخل هذه الأرقام إلى العربية هو أبو عبد الله محمد بن موسى الخوارزمي عالم الرياضيات .
(10) أوّل معداد يدوي :- قام الصينيون باختراع أوّل معداد يدوي في التاريخ ، واستعانوا به على إجراء العمليات الحسابية وذلك في العام 1000 قبل الميلاد وسموه (( الأبوكس)).
(11) أوّل حاسوب إلكتروني :- تم اختراع أوّل حاسوب إلكتروني يعمل بالكهرباء في عام 1946م بالولايات المتحدة الأمريكية ، وأطلق عليه اسم (إنياك:Eniac ) ، وهو من حواسيب الجيل الأوّل التي تعمل بالصمامات المفرغة وتستهلك قدراً كبيراً من الكهرباء ، وهي تشمل مساحة كبيرة.د
(2) أوّل من استعمل الأسس السالبة :- يعدّ العالم المسلم السموأل المغربي ، وهو عالم اشتهر باختصاصه في علم الحساب ، أوّل من استعمل الأسس السالبة في الرياضيات ، وتوفي هذا العالم الفذّ في بغداد عام 1175م .
(3) أوّل من استخدم الجذر التربيعي :- إن الجذر التربيعي هو أوّل حرف من حروف كلمة جذر، وهو المصطلح الذي أدخله العالم المسلم الرياضي محمد بن موسى الخوارزمي، وأوّل من استعمله للأغراض الحسابية هو العالم أبو الحسن علي بن محمد القلصادي الأندلسي الذي ولد عام 825 هجرية وتوفي سنة 891 هجرية وانتشر هذا الرمز في مختلف لغات العالم .
(4) أوّل من وضع أسس علم الجبر :- أوّل من وضع أسس علم الجبر هو العالم المسلم أبو الحسن محمد بن موسى الخوارزمي ، ولد هذا العبقري الفذّ في بلدة خوارزم بإقليم تركستان في العام 164 هجرية، برع في علم الحساب ووضع فيه كتاباً له أسماه ((الجبر والمقابلة)) شرح فيه قواعد وأسس هذا العلم العام ،تحرف اسمه عند الأوروبيين فأطلقوا عليه (ALGEBRA) أي علم الحساب ، وتوفي –رحمه الله –عام 235 هجرية.
(5) أوّل من أسس علم حساب المثلثات:
يبدو أن الفراعنة القدماء عرفوا حساب المثلثات وساعدهم ذلك على بناء الأهرامات الثلاثة،وظل علم حساب المثلثات نوعاً من أنواع الهندسة ،حتى جاء العرب المسلمون وطوروه ووضعوا الأسس الحديثة له لجعله علماً مستقلاً بذاته ،وكان من أوائل المؤسسين لحساب المثلثات ،أبو عبد الله البتاني والزرقلي ونصير الدين الطوسي.
(6) أوّل من أدخل الصفر في علم الحساب :- أوّل من أدخل الصفر في علم الحساب هو العالم المسلم محمد بن موسى الخوارزمي المتوفى عام 235م. وكان هذا الاكتشاف في علم الحساب نقلة كبيرة في دراسة الأرقام وتغيراً جذرياًّ لمفهوم الرقم .
(7) أوّل من استعمل الرموز في الرياضيات :- أوّل من استعمل الرموز أو المجاهيل في علم الرياضيات هم العرب المسلمون ، فاستعملوا (س) للمجهول الأول ، و (ص) للثاني و (ج) للمعادلات للجذر .. وهكذا .
(8) أوّل رسالة طبعت في أوروبا عن الرياضيات :- أوّل رسالة عن علم الرياضيات طبعت في أوروبا كانت مأخوذة من جداول العالم المسلم أبي عبد الله البتاني ،وقد طبعت هذه الرسالة الأولى عام 1493م في اليونان .
(9) أوّل من أدخل الأرقام الهندية إلى العربية :- إن الأرقام التي نستعملها اليوم في كتابة الأعداد العربية 1،2،3،4،5،… الخ هي أرقام دخيلة استعملها الهنود من قبل العرب بقرون طويلة ، وأول من أدخل هذه الأرقام إلى العربية هو أبو عبد الله محمد بن موسى الخوارزمي عالم الرياضيات .
(10) أوّل معداد يدوي :- قام الصينيون باختراع أوّل معداد يدوي في التاريخ ، واستعانوا به على إجراء العمليات الحسابية وذلك في العام 1000 قبل الميلاد وسموه (( الأبوكس)).
(11) أوّل حاسوب إلكتروني :- تم اختراع أوّل حاسوب إلكتروني يعمل بالكهرباء في عام 1946م بالولايات المتحدة الأمريكية ، وأطلق عليه اسم (إنياك:Eniac ) ، وهو من حواسيب الجيل الأوّل التي تعمل بالصمامات المفرغة وتستهلك قدراً كبيراً من الكهرباء ، وهي تشمل مساحة كبيرة.د
الهندسة الحديثة
يمكن إرجاع بدايات الهندسة الحديثة إلى القرن السابع عشر الميلادي، ففي ذلك الوقت ازداد الاتصال بين علماء الرياضيات عما كان عليه في أي وقت منذ أفلاطون، وشرع الفرنسيان رينيه ديكارت وبيير دوفيرما في العمل فيما صار يعرف لاحقاً بالهندسة التحليلية. تربط الهندسة التحليلية بين الجبر والهندسة, فهي تعطي تمثيلاً لمعادلة جبرية بخط مستقيم أو منحنٍ. وتجعل من الممكن التعبير عن منحنيات عدة بمعادلات جبرية, ومثال على ذلك: فإن المعادلة 2س = ص تصف منحنى يسمى القطع المكافئ.
ولقد أوضح ديكارت مبادىء الهندسة التحليلية في كتابه الهندسة عام 1637 م، بينما كان مدخل فيرما للهندسة أقرب للهندسة التحليلية الحديثة. وبما أن فيرما لم يقم بنشر أعماله فإن معظم الناس يُرجعون الفضل إلى ديكارت في اكتشاف الهندسة التحليلية.
نهوض الهندسة اللاإقليدية: في مطلع القرن التاسع عشر الميلادي، اكتشد كل من الألماني كارل فريدرك جاوس والمجري يانوس بولياي والروسي نيكولاي لوباتشيفسكي الهندسة اللاإقليدية كلُّ بصورة مستقلة عن الآخر. ففي محاولاتهم لإثبات مسلمة التوازي لإقليدس؛ توصُّل كل منهم لعدم إمكانية تقديم برهان لها. وقدَّم كل واحد منهم الهندسة الزائدية كأول نموذج لهندسة لاإقليدية. وكثيراً ما يُنسب فضل اكتشاف الهندسة الزائدية إلى لوباتشيفسكي نسبة لأبحاثه المنشورة وبخاصة مقالته حول أسس الهندسة (1829 م).
ولقد ظلت الهندسة اللاإقليدية خارج إطار الهندسة التقليدية حتى منتصف القرن التاسع عشر الميلادي. ففي ذلك الحين بدأ جورج فريدريك برنارد ريمان معالجة الهندسة اللاإقليدية. وفي محاضرة له عام 1854، ناقش ريمان فكرة النظر إلى الهندسة على أنها دراسة أشياء غير معينة لأي عدد من الأبعاد في أي عدد من الفضاءات. وقد جعلت نظرته للهندسة دراسة عامة للفضاءات المنحنية نظرية النسبية لأينشتاني أمراً ممكناً.
قادت الاكتشافات الرياضية في القرن التاسع عشر الميلادي إلى تطوير مداخل أخرى إلى الهندسة، منها هندسة التحويلات التي تبحث في خصائص الأشكال الهندسية التي تظل ثابتة عندما تتعرض الأشكال إلى تحويلات معيَّنة (تغيير في الموضع). ويُعني أحد ضروب هندسة التحويلات ويسمى الطوبولوجيا، بدراسة الخصائص الهندسية التي لا تتغير عند تشويه الأشكال أثناء تعرُّضها إلى عمليات الثنيْ أو المطِّ أو القولبة. وتستأثر هندسات التحويلات بحيز كبير من النشاط البحثي في الرياضيات.
ولقد أوضح ديكارت مبادىء الهندسة التحليلية في كتابه الهندسة عام 1637 م، بينما كان مدخل فيرما للهندسة أقرب للهندسة التحليلية الحديثة. وبما أن فيرما لم يقم بنشر أعماله فإن معظم الناس يُرجعون الفضل إلى ديكارت في اكتشاف الهندسة التحليلية.
نهوض الهندسة اللاإقليدية: في مطلع القرن التاسع عشر الميلادي، اكتشد كل من الألماني كارل فريدرك جاوس والمجري يانوس بولياي والروسي نيكولاي لوباتشيفسكي الهندسة اللاإقليدية كلُّ بصورة مستقلة عن الآخر. ففي محاولاتهم لإثبات مسلمة التوازي لإقليدس؛ توصُّل كل منهم لعدم إمكانية تقديم برهان لها. وقدَّم كل واحد منهم الهندسة الزائدية كأول نموذج لهندسة لاإقليدية. وكثيراً ما يُنسب فضل اكتشاف الهندسة الزائدية إلى لوباتشيفسكي نسبة لأبحاثه المنشورة وبخاصة مقالته حول أسس الهندسة (1829 م).
ولقد ظلت الهندسة اللاإقليدية خارج إطار الهندسة التقليدية حتى منتصف القرن التاسع عشر الميلادي. ففي ذلك الحين بدأ جورج فريدريك برنارد ريمان معالجة الهندسة اللاإقليدية. وفي محاضرة له عام 1854، ناقش ريمان فكرة النظر إلى الهندسة على أنها دراسة أشياء غير معينة لأي عدد من الأبعاد في أي عدد من الفضاءات. وقد جعلت نظرته للهندسة دراسة عامة للفضاءات المنحنية نظرية النسبية لأينشتاني أمراً ممكناً.
قادت الاكتشافات الرياضية في القرن التاسع عشر الميلادي إلى تطوير مداخل أخرى إلى الهندسة، منها هندسة التحويلات التي تبحث في خصائص الأشكال الهندسية التي تظل ثابتة عندما تتعرض الأشكال إلى تحويلات معيَّنة (تغيير في الموضع). ويُعني أحد ضروب هندسة التحويلات ويسمى الطوبولوجيا، بدراسة الخصائص الهندسية التي لا تتغير عند تشويه الأشكال أثناء تعرُّضها إلى عمليات الثنيْ أو المطِّ أو القولبة. وتستأثر هندسات التحويلات بحيز كبير من النشاط البحثي في الرياضيات.
النظام العشري
طريقةٌ لكتابة الأعداد، إذ يمكن كتابة أي عدد، سواء كان عدداً متناهي الضخامة أو كسراً بالغ الضآلة، في النظام العشري باستخدام عشرة رموز أساسية فقط هي 1، 2، 3، 4، 5، 6د 7، 8، 9، 0، وتعتمد قيمة أي رمز من هذه الرموز العشرة على خانته في العدد المكتوب. فلرمز 28 مثلاً قيمتان مختلفتان تماماً في العددين 482 و835، لأن الرمز 8 يقع في خانتين مختلفتين في هذين العددين. ونظراً لأن قيمة الرمز تعتمد على المكان الذي يشغله في أي عدد، فإن النظام العشري يسمى نظام قيمة الخانة.
يُسَمّى النظام العشري كذلك بالنظام العربي الهندي، إذ تم تطوير هذا النظام على يد علماء الرياضيات الهنود قبل أكثر من ألفي سنة، وقد تعلم العرب هذا النظام بعد فتحهم لأجزاء من الهند في القرن الثامن الميلادي، وتبنوه ونشروا استخدامه على نطاق واسع في الدولة العربية الإسلامية بما فيها البلاد العربية في آسيا إفريقيا وفي أسبانيا.
ويمكن التعبير عن الأعداد الكبيرة بسهولة في النظام العشري عن طريق استخدام الأسّ أو ما يسمى كذلك بالدليل أو القوة. والأس هو رمز يكتب فوق العدد وإلى اليسار منه قليلاً، ويدل على عدد مرّات ضرب العدد في نفسه. ففي الشكل 106 على سبيل المثال يشير الأس6 إلى أنه ينبغي ضرب ست عشرات في بعضها بعضاً ـ أي ضرب العدد عشرة في نفسه ست مرات ـ ويُقرأ الشكل 106 كما يلي:
عشرة للقوة أو عشرة أس ستة.
يُسَمّى النظام العشري كذلك بالنظام العربي الهندي، إذ تم تطوير هذا النظام على يد علماء الرياضيات الهنود قبل أكثر من ألفي سنة، وقد تعلم العرب هذا النظام بعد فتحهم لأجزاء من الهند في القرن الثامن الميلادي، وتبنوه ونشروا استخدامه على نطاق واسع في الدولة العربية الإسلامية بما فيها البلاد العربية في آسيا إفريقيا وفي أسبانيا.
ويمكن التعبير عن الأعداد الكبيرة بسهولة في النظام العشري عن طريق استخدام الأسّ أو ما يسمى كذلك بالدليل أو القوة. والأس هو رمز يكتب فوق العدد وإلى اليسار منه قليلاً، ويدل على عدد مرّات ضرب العدد في نفسه. ففي الشكل 106 على سبيل المثال يشير الأس6 إلى أنه ينبغي ضرب ست عشرات في بعضها بعضاً ـ أي ضرب العدد عشرة في نفسه ست مرات ـ ويُقرأ الشكل 106 كما يلي:
عشرة للقوة أو عشرة أس ستة.
المربعات والجذور التربيعية
مربّع العدد هو العدد الناتج عن ضرب العدد بنفسه (مساحة المربع هي حاصل ضرب طول الضلع بنفسه) . مربع 5، ويكتب 2، يساوي 52. العملية المعكوسة هي أخذ الجذر التربيعي لعدد معيّن، أي إيجاد العدد الذي إذا ضرب بنفسه يعطي هذا العدد المعيّن، إن مربَّع عدد صحيح يعطي عدداً صحيحاً، إلا أن الجذر التربيعي لعدد صحيح كثيراً ما لا يكون عدداً صحيحاً. فمثلاً الجذر التربيعي لـ2 يقع ما بين 1,4142 و1,4143. فالجذر التربيعي للرقم 2 لا يمكن تحديده بدقة، لذلك يسمى «عدداً أصمّاً».
المجموعَات وَالزُمر
كان جورج كانتور (1845 ـ 1918) أول من قام بدراسة نظرية المجموعات الرياضية، ثم جاء بعده ارنست زرميلو (1871 ـ 1956) فنظم هذه النظرية.
فكرة المجموعة هي حجر الزاوية في الرياضيات. فهي جملة من الأشياء لها وصف أو تعريف مشترك تدرج في اطار واحد، كما هي الحال مثلاً في تعريف المحيطات بالقول: هي الهادى، الأطلسي، الهندي، المتجمد الشمالي، المتجمد الجنوبي. هذا النوع من المجموعات يكوّن مجموعة متناهية، لأن عدد وحداته متناه ومعروف، وهو خمسة في هذا المثل. أما مجموعة الأعداد المستعملة للعدّ (مثل 1 و2 و3… الخ)، ويرمز إليها بحرف (ع)، فهي غير متناهية، لأنه ليس بامكاننا معرفة عدد وحداتها.
مجموعة الأعداد الطبيعية يرمز إليها بحرف ز+ = (1، 2، 3، …)، ووحداتها هي العناصر ذاتها الموجودة في مجموعة أرقام العدّ؛ لذلك نقول أن المجموعتين ع و ز+ متساويتان. لكن إذا تعادل عدد العناصر فقط في مجموعتين، نقول انهما متكافئتان: فالمجموعة (أزرق، اخضر، أصفر، برتقالي، أحمر) متكافئة مع مجموعة المحيطات، لأن لكل منهما خمسة عناصر.
يمكن فهم لغة المجموعات بدراسة مثل خاص. فالمجموعة العامة، أي مجموعة جميع العناصر موضوع البحث، يمكن تقسيمها إلى ما يسمّى مجموعتين فرعيتين، منفصلتين، غير متراكبتين. إذا لم يكن ثمة أكثر من مجموعتين من هذا الصنف، تسمّى احداهما «متمّمة» للاخرى. أما مجموعة الفيلة العائشة في القطب الشمالي، فهي مثل عن المجموعة المسمّاة «الفارغة» أو «المجموعة الصفر»، لأنها لا تحتوي على وحدات قط. تكتب المجموعة الصفر بالرمز ئ مثلاً لا يوجد تقاطع بين المجموعتين أو و ب أو بين ج و د، لذلك فالتقاطع يعادل ئ. ان مفاهيم «التقسيم»، «المتمّم»، «التقاطع»، «الاتحاد» هي اساسية في عملية تصنيف المعلومات.
عن الشبكات /2) ينشأ حاصل الضرب الديكارتي لمجموعتين. يتم ذلك بايجاد جميع العناصر الممكن ترتيبها ازواجاً، وبأخذ عنصر واحد من كل مجموعة. كلمة ديكارتي هي نسبة لرينيه ديكارت (1596 ـ 1650) الذي روّج مبدأ الاحداثيات.
فكرة المجموعة هي حجر الزاوية في الرياضيات. فهي جملة من الأشياء لها وصف أو تعريف مشترك تدرج في اطار واحد، كما هي الحال مثلاً في تعريف المحيطات بالقول: هي الهادى، الأطلسي، الهندي، المتجمد الشمالي، المتجمد الجنوبي. هذا النوع من المجموعات يكوّن مجموعة متناهية، لأن عدد وحداته متناه ومعروف، وهو خمسة في هذا المثل. أما مجموعة الأعداد المستعملة للعدّ (مثل 1 و2 و3… الخ)، ويرمز إليها بحرف (ع)، فهي غير متناهية، لأنه ليس بامكاننا معرفة عدد وحداتها.
مجموعة الأعداد الطبيعية يرمز إليها بحرف ز+ = (1، 2، 3، …)، ووحداتها هي العناصر ذاتها الموجودة في مجموعة أرقام العدّ؛ لذلك نقول أن المجموعتين ع و ز+ متساويتان. لكن إذا تعادل عدد العناصر فقط في مجموعتين، نقول انهما متكافئتان: فالمجموعة (أزرق، اخضر، أصفر، برتقالي، أحمر) متكافئة مع مجموعة المحيطات، لأن لكل منهما خمسة عناصر.
يمكن فهم لغة المجموعات بدراسة مثل خاص. فالمجموعة العامة، أي مجموعة جميع العناصر موضوع البحث، يمكن تقسيمها إلى ما يسمّى مجموعتين فرعيتين، منفصلتين، غير متراكبتين. إذا لم يكن ثمة أكثر من مجموعتين من هذا الصنف، تسمّى احداهما «متمّمة» للاخرى. أما مجموعة الفيلة العائشة في القطب الشمالي، فهي مثل عن المجموعة المسمّاة «الفارغة» أو «المجموعة الصفر»، لأنها لا تحتوي على وحدات قط. تكتب المجموعة الصفر بالرمز ئ مثلاً لا يوجد تقاطع بين المجموعتين أو و ب أو بين ج و د، لذلك فالتقاطع يعادل ئ. ان مفاهيم «التقسيم»، «المتمّم»، «التقاطع»، «الاتحاد» هي اساسية في عملية تصنيف المعلومات.
عن الشبكات /2) ينشأ حاصل الضرب الديكارتي لمجموعتين. يتم ذلك بايجاد جميع العناصر الممكن ترتيبها ازواجاً، وبأخذ عنصر واحد من كل مجموعة. كلمة ديكارتي هي نسبة لرينيه ديكارت (1596 ـ 1650) الذي روّج مبدأ الاحداثيات.
اللوغاريثمات
قام الرياضي السكوتلاندي جون نابير (1550 ـ 1617) بنشر كتابه «وصف قاعدة اللوغاريثمات العجيبة» عام 1614 فافتتح به عهد اللوغاريثمات.
استعمل نابير تسعة قضبان مربعة المقطع (أ) موضوعة على طبق. رقّم المقطع الأعلى منها من 1 إلى 9، وقسّم المقاطع السفلى من كل قضيب تقسيماً قطرياً، واضعاً عليها متواليات حسابية بالطريقة التالية: على القضيب المرقّم 1 اعداد تزداد بنسبة 1 (1، 2، 3، 4، الخ)، وعلى الثاني اعداد تزداد بنسة 2 (2، 4، 6، 8، الخ) وعلى الثالث اعداد تزداد بنسبة 3 (3، 6، 9، الخ) وهكذا حتى القضيب التاسع (9، 18، 27، 36، الخ) . وقد درّج الجوانب الثلاثة الأخرى لمقاطع القضبان بالطريقة عينها، بحيث اصبح كل عدد من 1 إلى 9 ممثّلاً في 4 مواضع في مكان ما من المجموعة. لايجاد مضاعفات عدد معيّن، مثلاً: مضاعفات 1572 تؤخذ القضبان 1، 5، 7، 2 من الطبق وتوضع جنباً إلى جنب في مكان آخر (ب) . لحساب 3× 1572 يؤخذ الصف الثالث من قطع القضيب كما في (ت)، ثم تجمع الأرقام قطرياً كما هو مبيّن لتعطي الحاصل المطلوب وهو 4716؛ ولضرب 8× 1572 تجرى العملية عينها باستخدام الصف الثامن كما في (ث)، فنحصل على 12576 وهو العدد الحاصل المطلوب أيضاً. وإذا اردنا الضرب بعدد أكبر (38 مثلاً)، يكفي أن نجمع الحواصل السابقة للضرب بـ3 وبـ8 أي 47160 (الذي أضفنا إليه صفراً لأننا نضرب الآن بـ30 لا بـ3) و12576، فنحصل على 59736.
استعمل نابير تسعة قضبان مربعة المقطع (أ) موضوعة على طبق. رقّم المقطع الأعلى منها من 1 إلى 9، وقسّم المقاطع السفلى من كل قضيب تقسيماً قطرياً، واضعاً عليها متواليات حسابية بالطريقة التالية: على القضيب المرقّم 1 اعداد تزداد بنسبة 1 (1، 2، 3، 4، الخ)، وعلى الثاني اعداد تزداد بنسة 2 (2، 4، 6، 8، الخ) وعلى الثالث اعداد تزداد بنسبة 3 (3، 6، 9، الخ) وهكذا حتى القضيب التاسع (9، 18، 27، 36، الخ) . وقد درّج الجوانب الثلاثة الأخرى لمقاطع القضبان بالطريقة عينها، بحيث اصبح كل عدد من 1 إلى 9 ممثّلاً في 4 مواضع في مكان ما من المجموعة. لايجاد مضاعفات عدد معيّن، مثلاً: مضاعفات 1572 تؤخذ القضبان 1، 5، 7، 2 من الطبق وتوضع جنباً إلى جنب في مكان آخر (ب) . لحساب 3× 1572 يؤخذ الصف الثالث من قطع القضيب كما في (ت)، ثم تجمع الأرقام قطرياً كما هو مبيّن لتعطي الحاصل المطلوب وهو 4716؛ ولضرب 8× 1572 تجرى العملية عينها باستخدام الصف الثامن كما في (ث)، فنحصل على 12576 وهو العدد الحاصل المطلوب أيضاً. وإذا اردنا الضرب بعدد أكبر (38 مثلاً)، يكفي أن نجمع الحواصل السابقة للضرب بـ3 وبـ8 أي 47160 (الذي أضفنا إليه صفراً لأننا نضرب الآن بـ30 لا بـ3) و12576، فنحصل على 59736.
الكسور والتناسُب والنُّسَب
ثلاثة أسباع، 3/7، تعني قسمة 3 على 7، وهي كسر. العدد الاسفل يُسمى المخرج، ويمثل عدد الأجزاء المنقسم اليها الشيء. العدد الأَعلى يُسمى الصورة، ويمثل العدد المعيّن من الأجزاء المأخوزة من المخرج.
أما جمع الكسور وطرحها، فهما أكثر تعقيداً. ينبغي أولاً تحويل جميع المخارج إلى ما يسمَّى بالقاسم المشترك الأدنى. ثم تجمع الصور أو تطرح حسب المطلوب. وتكون النتيجة كسراً مخرجة القاسم المشترك الأدنى. ثم يجرى تبسيط هذا الكسر إذا أمكن (4، 5، 6) .
أما جمع الكسور وطرحها، فهما أكثر تعقيداً. ينبغي أولاً تحويل جميع المخارج إلى ما يسمَّى بالقاسم المشترك الأدنى. ثم تجمع الصور أو تطرح حسب المطلوب. وتكون النتيجة كسراً مخرجة القاسم المشترك الأدنى. ثم يجرى تبسيط هذا الكسر إذا أمكن (4، 5، 6) .
الكسور العشرية
في النظام العشري، تقل قيمة الخانة بمقدار عشرة أضعاف كلما انتقلنا من خانة إلى أخرى على اليمين من خانة الآحاد. ففي الخانة الأولى على يمين خانة الآحاد ينقسم الواحد الصحيح إلى عشرة أقسام متساوية تُسَمّى الأعشار وفي الخانة الثانية إلى اليمين ينقسم كل عشر بدوره إلى عشرة أقسام متساوية. يسمى كل منها واحد من المائة وهكذا. وأسماء الخانات على اليمين من خانة الآحاد هي نفس أسماء الخانات المناظرة على اليسار مسبوقة بالكلمتين واحد من، مثلاً خانة واحد من عشرة، خانة واحد من مائة، واحد من ألف .. وهكذا.
جمع وطرح الأعداد العشرية: ولإمكان جمع وطرح أعداد ذات كسور عشرية، اكتب رقماً تحت الآخر بحيث تكون الفاصلة العشرية في الرقم السفلي تحت الفاصلة العشرية في الرقم العلوي، بغض النظر عما إذا كان أحد الرقمين أطول من اليسار أو اليمين من الرقم الآخر إذ يمكن وضع أصفار في الخانات التي لا توجد فيها أرقام. ثم اجمع واطرح الأرقام الواقعة في عمود واحد بعضها تحت بعض.
بشكل عام فعند ضرب أي عدد في كسر أقل من الواحد يتم إزاحة كل رقم في العدد إلى اليمين بعدد الخانات التي يكون فيها الكسر أصغر من الواحد الصحيح. ولهذا فالقاعدة عند ضرب أي عدد بعدد كسري هي إجراء عملية الضرب كالمعتاد، ثم جمع عدد الخانات الكسرية في كلا الرقمين، ويكون ناتج الجمع هو عدد الخانات الكسرية في حاصل الضرب.
وللقسمة على عدد يشمل خانات أصغر من الواحد (أي يشمل كسوراً عشرية) اكتب المقسوم والمقسوم عليه بصيغة القسمة المطولة.
75,6 1,08 حرك الفاصلة العشرية في العدد المقسوم عليه إلى أقصى اليمين، ثم حرك الفاصلة في العدد المقسوم إلى اليمين (بنفس عدد الخانات)، مع إضافة أصفار إذا استدعى الأمر زيادة عدد الخانات في العدد المقسوم. وبعد إجراء عملية القسمة كالمعتاد، تأكد من وضع فاصلة عشرية في ناتج القسمة فوق الفاصلة في العدد المقسوم.
الخطوة 1 الخطوة 2 الخطوة3
75,6 1,08 75,60 1,08 75,60 1,08
وهذه القاعدة صحيحة لأن كل ما عملناه حقيقة هو ضرب المسألة في 1 الأمر الذي لن يؤثر على النتيجة.
75,6 / 1,08 = 75,6 / 1,08 × 1 = 75,6 / 1,08 × 100 / 100 = 7560 / 108 = 70
جمع وطرح الأعداد العشرية: ولإمكان جمع وطرح أعداد ذات كسور عشرية، اكتب رقماً تحت الآخر بحيث تكون الفاصلة العشرية في الرقم السفلي تحت الفاصلة العشرية في الرقم العلوي، بغض النظر عما إذا كان أحد الرقمين أطول من اليسار أو اليمين من الرقم الآخر إذ يمكن وضع أصفار في الخانات التي لا توجد فيها أرقام. ثم اجمع واطرح الأرقام الواقعة في عمود واحد بعضها تحت بعض.
بشكل عام فعند ضرب أي عدد في كسر أقل من الواحد يتم إزاحة كل رقم في العدد إلى اليمين بعدد الخانات التي يكون فيها الكسر أصغر من الواحد الصحيح. ولهذا فالقاعدة عند ضرب أي عدد بعدد كسري هي إجراء عملية الضرب كالمعتاد، ثم جمع عدد الخانات الكسرية في كلا الرقمين، ويكون ناتج الجمع هو عدد الخانات الكسرية في حاصل الضرب.
وللقسمة على عدد يشمل خانات أصغر من الواحد (أي يشمل كسوراً عشرية) اكتب المقسوم والمقسوم عليه بصيغة القسمة المطولة.
75,6 1,08 حرك الفاصلة العشرية في العدد المقسوم عليه إلى أقصى اليمين، ثم حرك الفاصلة في العدد المقسوم إلى اليمين (بنفس عدد الخانات)، مع إضافة أصفار إذا استدعى الأمر زيادة عدد الخانات في العدد المقسوم. وبعد إجراء عملية القسمة كالمعتاد، تأكد من وضع فاصلة عشرية في ناتج القسمة فوق الفاصلة في العدد المقسوم.
الخطوة 1 الخطوة 2 الخطوة3
75,6 1,08 75,60 1,08 75,60 1,08
وهذه القاعدة صحيحة لأن كل ما عملناه حقيقة هو ضرب المسألة في 1 الأمر الذي لن يؤثر على النتيجة.
75,6 / 1,08 = 75,6 / 1,08 × 1 = 75,6 / 1,08 × 100 / 100 = 7560 / 108 = 70
الحاسب الآلى Computer
الحاسب الآلى
Computer
جهاز الكتروني قادر على تنفيذ العمليات التالية بسرعة فائقة:
1 ـ تخزين البيانات واسترجاعها وتنفيذ التعليمات المعطاة في صورة برامج.
1 ـ تخزين البيانات واسترجاعها وتنفيذ التعليمات المعطاة في صورة برامج.
2 ـ القيام بعمليات حسابية ومنطقية.
3 ـ إخراج البيانات في الصورة التي يحدِّدها المستخدم.
ولقد من تطور الحاسبات الآلية بأربعة مراحل (تسمى أجيال الحاسب) .
فالجيل الأول يتمثِّل في الحاسبات الآلية التي كانت تُستخدم الصمامات (Vacuum Tubes) في بنائها، وهذا النوع من الحاسبات كان ذا حجم كبير ويتطلب طرق تبريد خاصة نتيجة الحرارة العالية المنبعثة من الصمامات.
فالجيل الأول يتمثِّل في الحاسبات الآلية التي كانت تُستخدم الصمامات (Vacuum Tubes) في بنائها، وهذا النوع من الحاسبات كان ذا حجم كبير ويتطلب طرق تبريد خاصة نتيجة الحرارة العالية المنبعثة من الصمامات.
والجيل الثاني هو جيل الحاسبات الذي حلت فيه أشباه الموصِّلات (Transistors) محل الصمامات، وأدى هذاهذا إلى خفض التكلفة، وصغر الحجم، وزيادة السرعة في التشغيل.
وفي بناء الجيل الثالث استخدمت الدوائر المتكاملة (Integrated Circuits) والشرائح الالكترونية وأدى هذا إلى زيادة سرعة معالجة البيانات.
أما الجيل الرابع. وهو الجيل الحالي، فقد تميز باستخدام الدوائر المتكاملة المتقدمة وكذلك المعالجات الدقيقة (Microprocessors)، وظهور الحاسبات الشخصية (Microcomputers) التي أدت إلى الانتشار الكبير للحاسبات في جميع المجالات.
ونحن الآن على مقربة من ظهور الجيل الخامس للحاسبات الذي تعمل اليابان على إنتاجه، ويتم بناؤه على أساس تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي.
ويتكون الحاسب من ثلاث وحدات رئيسية، وهي وحدة الإدخال (Input Unit)، ووحدة الإخراج (Output Unit)، ووحدة المعالجة الرئيسة (Centeral Processing Unit, CPU). ولا يمكن لهذه المكونات العمل إلا في وجود ما يسمى بنظام التشغيل (Operating System) وهو عبارة عن مجموعة برامج تتحكم في عمل وحدة المعالجة الرئيسية وتمكن المستخدم من الاتصال بالحاسب.
هندسة الحاسوب:
تتضمن تطوير وتحسين الحاسوب ووحدات التخزين والطبع وشبكات المعلومات الحاسوبية. ويصمم مهندسو الحاسوب معالم نظم الحواسيب لتلائم عمليات خاصة.
الذكاء الاصطناعى
Artificial Intelligence
Artificial Intelligence
اختلف العلماء في تعريف الذكاء الاصطناعى، للتفاوت الكبير في أنواع العلوم التي تندرج تحت مظلة هذا العلم. ولكن أكثرها شمولاً هو الذي يعرِّفه بأنه «العلم الذي يبحث في جعل الحاسب الآلي يحاكى الذكاء الإنساني».
ومن أهم تطبيقاته نجد النظم الخبيرة (Expert System)، والإنسان الآلي (Robot) .
والنظام الخبير هو عبارة عن برنامج يتم تصميمه بحيث يحاكى طرق التفكير وقواعد اتخاذ القرار عند الإنسان الخبير في مجال معين.
ويتكون النظام الخبير من جزأين أساسيين، فالجزء الأولف هو قاعدة المعرفة (Knowledge Base)، وهي المعلومات التي يكتسبها الخبير في مجال معين نتيجة عمله الطويل في هذا المجال، وتوضع هذه المعلومات بطريقة معينة لتكون قاعدة المعرفة للنظام الخبير. ويقوم بعملية استخراج المعرفة من الخبراء وصياغتها أشخاصٌ متخصصون يعرفون بمهندسي المعرفة (Knowledge Engineers) .
ومن أهم تطبيقاته نجد النظم الخبيرة (Expert System)، والإنسان الآلي (Robot) .
والنظام الخبير هو عبارة عن برنامج يتم تصميمه بحيث يحاكى طرق التفكير وقواعد اتخاذ القرار عند الإنسان الخبير في مجال معين.
ويتكون النظام الخبير من جزأين أساسيين، فالجزء الأولف هو قاعدة المعرفة (Knowledge Base)، وهي المعلومات التي يكتسبها الخبير في مجال معين نتيجة عمله الطويل في هذا المجال، وتوضع هذه المعلومات بطريقة معينة لتكون قاعدة المعرفة للنظام الخبير. ويقوم بعملية استخراج المعرفة من الخبراء وصياغتها أشخاصٌ متخصصون يعرفون بمهندسي المعرفة (Knowledge Engineers) .
ويستخدم النظام الخبير في توفير قاعدة معلومات يتطلب اكتسابها عشرات السنوات من العمل للإنسان العادي، إذ يمكنه الاستفسار عن المشاكل التي تقابله وأخذ الاستشارة منه.
والجزء الثاني من النظام الخبير هو القواعد التي يتبعها الخبير في البحث عن الحلول المطلوبة داخل قواعد المعرفة. وهذه القواعد تشابه إلى حد كبير القواعد التي يستخدمها العقل البشرى في الاستنتاج، وهي قواعد منظقية تسمى بالحدس (Heuristics) .
والجزء الثاني من النظام الخبير هو القواعد التي يتبعها الخبير في البحث عن الحلول المطلوبة داخل قواعد المعرفة. وهذه القواعد تشابه إلى حد كبير القواعد التي يستخدمها العقل البشرى في الاستنتاج، وهي قواعد منظقية تسمى بالحدس (Heuristics) .
وتُستخدم في بناء النظم الخبيرة لغات خاصة، تسمى لغات الذكاء الاصطناعي، وهي تساعد على المعالجة الرمزية (Symbolic Processing)، ومن أشهر هذه اللغات، لغة ليسب (LISP)، ولغة برولوج (PROLOG)، والتي تبناها اليابانيون في مشروعهم لبناء الجيل الخامس للحاسبات، والذي سيستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي في معالجته للبيانات.
أما الإنسان الآلي Robot فهو آلة يمكن برمجتها للقيام بأعمال الإنسان اليدوية.
ومن أكثر المجالات التي يوجد فيها الإنسان الآلي بكثرة مجال الصناعة. فمنها ما يُصمم للقيام بأعمال اللحام الدقيقة أو أعمال الدهان. ولقد أثبت الإنسان الآلي وجوده في الصناعات الإلكترونية وصناعة السيارات.
ويتكون الإنسان الآلى من ذراع تحاكى ذراع الإنسان في تكوينها وجهاز تحكم في هذه الذراع.
والإنسان الآلي الذكى، وهو ما يزال في طور الأبحاث حتى الآن، هو الذي يستطيع أن يتعامل مع الأشياء المتغيرة الأشكال والأحجام ذاتياً، وبدون إعادة برمجته.
أما الإنسان الآلي Robot فهو آلة يمكن برمجتها للقيام بأعمال الإنسان اليدوية.
ومن أكثر المجالات التي يوجد فيها الإنسان الآلي بكثرة مجال الصناعة. فمنها ما يُصمم للقيام بأعمال اللحام الدقيقة أو أعمال الدهان. ولقد أثبت الإنسان الآلي وجوده في الصناعات الإلكترونية وصناعة السيارات.
ويتكون الإنسان الآلى من ذراع تحاكى ذراع الإنسان في تكوينها وجهاز تحكم في هذه الذراع.
والإنسان الآلي الذكى، وهو ما يزال في طور الأبحاث حتى الآن، هو الذي يستطيع أن يتعامل مع الأشياء المتغيرة الأشكال والأحجام ذاتياً، وبدون إعادة برمجته.
برامج الحاسب الآلي
Computer Software
Computer Software
هي البرامج المصمَّمة والمكتوبة للتحكم في الوظائف التي يقوم بها الحاسب.
وتنقسم برامج الحاسب إلى: نظم التشغيل، وبرامج التطبيقات، ولغات الحاسب.
فنظام التشغيل (Operating system) هو مجموعة البرامج التي تتحكم في عمل وحدة المعالجة الرئيسية (CPU)، (انظر Computer hardware)، وكذلك تسمح للمستخدم بالاتصال مع مكونات الحاسب.
وتوجد أنواع مختلفة من نظم التشغيل تعمل على مختلف الحاسبات، وفي الغالب يكون منتج هذه البرامج هو المنتج للحاسب الذي تعمل عليه، ومن أنواع نظم التشغيل نجد نظام التشغيل (CP/ M-08) والذي يعمل مع الحاسبات التي تتكون من وحدة معالجة من النوع (Z08) . وكذلك نظام التشغيل (MS DOS) والذي يعمل مع الحاسبات التي تتكون من معالجات (6808) أو (8808)، وغيرها.
وتنقسم برامج الحاسب إلى: نظم التشغيل، وبرامج التطبيقات، ولغات الحاسب.
فنظام التشغيل (Operating system) هو مجموعة البرامج التي تتحكم في عمل وحدة المعالجة الرئيسية (CPU)، (انظر Computer hardware)، وكذلك تسمح للمستخدم بالاتصال مع مكونات الحاسب.
وتوجد أنواع مختلفة من نظم التشغيل تعمل على مختلف الحاسبات، وفي الغالب يكون منتج هذه البرامج هو المنتج للحاسب الذي تعمل عليه، ومن أنواع نظم التشغيل نجد نظام التشغيل (CP/ M-08) والذي يعمل مع الحاسبات التي تتكون من وحدة معالجة من النوع (Z08) . وكذلك نظام التشغيل (MS DOS) والذي يعمل مع الحاسبات التي تتكون من معالجات (6808) أو (8808)، وغيرها.
كما تختلف نظم التشغيل للحاسبات الكبيرة (Main frames) عن نظم التشغيل الخاصة بالحسابات الشخصية.
أما برامج التطبيقات (Application Programs)، فهي برامج يتم كتابتها لجعل الحاسب يؤدي وظائف وعمليات محددة في مجالات محددة، مثل البرامج المحاسبية (Accounting)، والبرامج العلمية مثل برامج التحليل الإحصائي (Statistical analysis programs)، وبرامج التصميم باستخدام الحاسب مثل (Auto CAD) . ومن أشهر برامج التطبيقات برامج الجداول الإليكترونية (Spread sheet programs)، وبرامج قواعد البيانات (Data base programs)، وبرامج معالجة الكلمات أو تنسيق الكلمات (Word processing programs) .
أما برامج التطبيقات (Application Programs)، فهي برامج يتم كتابتها لجعل الحاسب يؤدي وظائف وعمليات محددة في مجالات محددة، مثل البرامج المحاسبية (Accounting)، والبرامج العلمية مثل برامج التحليل الإحصائي (Statistical analysis programs)، وبرامج التصميم باستخدام الحاسب مثل (Auto CAD) . ومن أشهر برامج التطبيقات برامج الجداول الإليكترونية (Spread sheet programs)، وبرامج قواعد البيانات (Data base programs)، وبرامج معالجة الكلمات أو تنسيق الكلمات (Word processing programs) .
أما لغات الحاسب الآلي (Computer languages) فهي لغات يمكن للمستخدم أن يفهمها، وتمكّنه من توجيه الحاسب للقيام بالحسابات التي يريدها أو العمليات المختلفة التي يصوغها المستخدم في صورة برنامج مكتوب بإحدى لغات الحاسب، ومن ثم تتم ترجمة هذه البرامج إلى لغة الآلة (أي اللغة التي يفهمها الحاسب) . ويوجد نوعان من برامج الترجمة، وهي برامج المترجمات (Compilers)، التي تتم الترجمة فيها بعد الانتهاء من كتابة البرنامج كاملاً، مثل لغات الباسكال (Pascal) والفورتران (Fortran)، وبرامج المفسِّرات (Intepreter) . والثاني، تتم فيه ترجمة كل أمر في البرنامج فور كتابته، مثل لغة البيزك (BASIC) .
الحاسب الكمى
Analog Computer
Analog Computer
جهاز حسابي يستخدم الإشارات المتصلة والمتطابقة مع طبيعة الإشارات وبه يمكن دراسة النماذج الحسابية للأنظمة المختلفة وبذلك يمكن عمل أجهزة المحاكاة والتي تستخدم في أعمال التدريب على التشغيل والصيانة للأنظمة المختلفة والتي يكون التدريب عليها غالباً أو غير مأمون، مثل التدريب على قيادة الطائرات والقطارات وغيرها وأيضاً التعرف على الأنظمة المختلفة داخل الطائرات وغيرها، وأهم المشاكل التي تواجه الصيانة وكيفية حلها والتغلب عليها.
أنواعه: يمكن تقسيم الحاسب الكمى إلى نوعين: النوع الأول يتم تقسيم الحاسب من حيث الاستخدام إلى (أ) استخدام للأغراض العامة: وفيه يمكون الحاسب قادراً على التعامل مع أنواع مختلفة من الأنظمة أو تصميم أنواع مختلفة من أجهزة المحاكاة. (ب) استخدام للأغراض الخاصة: وفيه يكون الحاسب قادراً على تناول نظام واحد محدد يعينه ولا يمكن تغييره ولكن يمكن تغيير شكل المدخلات فقط. النوع الثاني: وفيه يتم تقسيم الحاسب من حيث المكونات، وبذلك يتم تعريف الحاسب على حسب نوع المكونات. ويمكن تصنيع الحاسب الكمى من مكونات إما ميكانيكية، هيدروليكية (حفظ الزيت)، غازية، كهربية أو إلكترونية. والحاسب الكمى الإلكترونى هو أشهر الأنواع شيوعاً وذلك لسهولة برمجة ومرونة التعامل مع العمليات المختلفة.
أنواعه: يمكن تقسيم الحاسب الكمى إلى نوعين: النوع الأول يتم تقسيم الحاسب من حيث الاستخدام إلى (أ) استخدام للأغراض العامة: وفيه يمكون الحاسب قادراً على التعامل مع أنواع مختلفة من الأنظمة أو تصميم أنواع مختلفة من أجهزة المحاكاة. (ب) استخدام للأغراض الخاصة: وفيه يكون الحاسب قادراً على تناول نظام واحد محدد يعينه ولا يمكن تغييره ولكن يمكن تغيير شكل المدخلات فقط. النوع الثاني: وفيه يتم تقسيم الحاسب من حيث المكونات، وبذلك يتم تعريف الحاسب على حسب نوع المكونات. ويمكن تصنيع الحاسب الكمى من مكونات إما ميكانيكية، هيدروليكية (حفظ الزيت)، غازية، كهربية أو إلكترونية. والحاسب الكمى الإلكترونى هو أشهر الأنواع شيوعاً وذلك لسهولة برمجة ومرونة التعامل مع العمليات المختلفة.
وفي حوالي سنة 1960 تم تصنيع حاسب آلي قام بدمج الحاسب الكمى مع الحاسب الرقمي وبذلك تم التغلب على الصعوبات المعملية للحاسب الكمى من حيث التعامل مع عمليات ضبط وتحجيم الإشارات وتوصيلها وتشغيلها والتي تتم معالجتها عن طريق الجزء الخاص بالحاسب الرقمي. وأيضاً تم تلافي صعوبات التداخل في الإشارات والبرمجة والتخزين، ولكن الحاسب الرمقي وقتها كان بطيئاً جداً عن الحاسب الكمى حيث لا يمكن تشغيله مباشرة في نظام تشغيل طبيعي ولذلك استخدم الجزء الخاص بالحاسب الكمى في جهاز مجمع من الاثنين.
الذاكرة الخارجية:
هي مجموع الوسائط التي اصطنعها الإنسان ليسجل عليها خبرته، وقد بدأ لآلاف السنين بالوسائط «قبل التقليدية» كالحجارة والألواح الطينية وسعف النخل والبردى والجلود والعظام. ولكنه انتقل منذ القرن الثاني الميلادي إلى الوسائط «التقليدية» وأساسها الورق الصيني في تطوراته لحوالي ألفي عام، كما وضع البذور الأولى في أواخر القرن التاسع عشر للوسائط «غير التقليدية» المسموعة والمرئية، التي تطورت لأكثر من قرن، فأصبحت بالتحسيب الإلكتروني ممغنطات ومليزرات.
والذاكرة الخارجية في الأصل تعبير أطلقه عالم الرياضيات والمكتبات الهندي (رانجاناثان) في بعض كتاباته أواسط القرن العشرين، حيث قارن بين ما يملكه الفرد في «ذاكرته الداخلية» من المعلومات، وما هو مملوك للإنسانية «خارج» أذهان الأفراد.
وقد أصبح التعبير منذ السبعينات اسماً لنظرية في «تخصص المكتبات والمعلومات». ذلك أن الوسائط قبل التقليدية إذا كان قليل منها قد يدخل في مقتنيات المكتبة الوطنية، فهي أساساً شريحة هامة فيالتخصصات التاريخية بما فيها «المتاحف»، أما الوسائط التقليدية وغير التقليدية فهي «أوعية المعلومات» التي يتعامل معها تخصص المكتبات والمعلومات.
والحقيقة أن لهذه الأوعية ثلاثة جوانب متتابعة: أولها «المحتوى» وهو عطاء العلماء ومن إليهم من أصحابه، وثانيها «التصنيع والنشر والتوزيع» وهو عطاء التكنولوجيين ومن إليهم من أصحاب هذه المهن. أما الجانب الثالث فهو: حصر تلك الأوعية والضبط الفني لها ولمحتوياتها، وكذلك إتاحتها منظمة فنياً في «المؤسسات الميدانية» من المكتبات ومراكز التوثيق والمعلومات، مع الاستعانة في ذلك بما يلائم فن التكنولوجيات.
الجيل الخامس للحاسبات
Fifth Generation Computers
Fifth Generation Computers
يطلق على نوعية من الحاسبات اقترحت في إطار أحد المشروعات الطموحة التي أعلن هنها في اليابان في أكتوبر 1981 خلال انعقاد المؤتمر الدولي للجيل الخامس للحاسبات، وكان الهدف الرئيسي له بناء نظام حاسبات يركِّز على معالجة المعرفة وعمليات الاستدلال المنطقي Logical Inferencing والتي تدخل تحت إطار علم الذكاء الاصطناعي. فركّز على البرمجة المنطقية Logic Programming وعلى الأخص دراسة إمكان استخدام لغة Prolog أو صيغ أخرى مثل Guarded Horn Clauses (GHC) والتي تصلح للبرمجة المتوازية. أما بالنسبة لأجهزة الحاسبات نفسها فقد تم تطوير نظام آلة الاستدلال المتوازي Parallel Inference Machine (PIM) وكذلك نظام DELTA لتمثيل قواعد المعرفة ومعالجتها. هذا بالإضافة إلى اهتمام هذا المشروع بالنظم البينية Interface بين المستخدم ونظام الحاسب نفسه، بحيث يضاف إلى لوحة المفاتيح وشاشات العرض التقليدية النظم التي تسمح باستخدام الصوت والصورة واللغة الطبيعية في التعامل مع الحاسب.
وكانت أهم ردود الفعل الأمريكية مشروع (المبادرة الاستراتيجية للحسابات)، والذي أُعلن عنه عام 1983، وركز على ثلاثة تطبيقات عسكرية، هي:
التطبيق الأول: مساعد الطيار (Pilot’s Associate) وهو نظام للخبرة لمساعدة طياري الطائرات القتالية حيث يتولى المهام ذات المستوى الأدنى ليركز الطيار على القرارات ذات المستوى الأعلى والصبغة الاستراتيجية.
التطبيق الثاني: المركبة الأرضية الذاتية Autonomous Land Vehicle (ALV) والتي تطبق فيها تقنيات من الحاسبات الكبيرة ونظم الخبرة والرؤية الآلية وتقنيات الاستشعار المختلفة. ويمكن لهذه المركبة أن ترسم لنفسها المسار الذي تسير فيه والذي يكون ذا تضاريس مختلفة، ويمكنها أيضاً تفادى العوائق.
التطبيق الثاني: المركبة الأرضية الذاتية Autonomous Land Vehicle (ALV) والتي تطبق فيها تقنيات من الحاسبات الكبيرة ونظم الخبرة والرؤية الآلية وتقنيات الاستشعار المختلفة. ويمكن لهذه المركبة أن ترسم لنفسها المسار الذي تسير فيه والذي يكون ذا تضاريس مختلفة، ويمكنها أيضاً تفادى العوائق.
التطبيق الثالث: هو منظومة إدارة المعركة الجوية الأرضية: Air- Land Battle Management System (ALBM) . وهو يتكون من منظومتين فرعيتين إحداهما خاصة بنظام خبرة لتحديد القوات المطلوبة ويسمى Force Requirement Expert System (FRESH) وهي تراقب باستمرار مدى الاستعداد للمواقف المختلفة، وتحدد تأثير التغيرات، وتوضح البدائل، وتقيم التأثير في تغيير القوات على الظروف القتالية.
والمنظومة الفرعية الثانية تمى Combat Action Team (CAT) . وتقوم بتحديد وتقييم نوايا العدو وتأثيرها على كفاءة الأداء.
وبالنسبة لرد الفعل الأوروبي فقد بدأ تنفيذ البرنامج الاستراتيجي الأوروبي للبحوث في تكنولوجيا المعلومات European Stratigic Program on Resesarch in Information Technlogy (ESPRIT) كذلك بدأ في بريطانيا برنامج Alvey ثم تبعه برنامج التعاون الأوروبي Eureka.
وفي يونيو 1992 عقد المؤتمر الدولي الرابع للجيل الخامس من الحاسبات ليلخص ما تم الحصول عليه من نتائج في هذا المشروع، وكان له الفضل الكبير في دفع عجلة البحوث والتطوير في جميع أنحاء العالم.
وعلى الرغم من عدم وجود حاسبات تجارية في الوقت الحالي يطلق عليها الجيل الخامس، فإن هناك كثيراً من الحاسبات المتطورة التي استفادت من الروح الجديدة التي أثارها هذا البرنامج. ومن أبرز تلك الحاسبات الآلة الإرتباطية (The Connection Machine) التي أنتجتها شركة Thinking Machines بالولايات المتحدة الأمريكية.
وتجدر الإشارة إلى أننا لا يمكن أن نهمل التثيرات الاجتماعية لهذا المشروع. وتبعاً لنظرية المنظومة الاجتماعية ـ التقنية فإن كل تطور تقني لا بد أن يصاحبه تطور اجتماعي والعكس صحيح. وتعد هذه النظرية إحدى ركائز نظرية التنظيم «ما وراء المعرفي» Meta- Congnitive Organizaton Theory التي تؤثر تأثيراً كبيراً على نظريات الإدارة في الوقت الحالي.
وتجدر الإشارة إلى أننا لا يمكن أن نهمل التثيرات الاجتماعية لهذا المشروع. وتبعاً لنظرية المنظومة الاجتماعية ـ التقنية فإن كل تطور تقني لا بد أن يصاحبه تطور اجتماعي والعكس صحيح. وتعد هذه النظرية إحدى ركائز نظرية التنظيم «ما وراء المعرفي» Meta- Congnitive Organizaton Theory التي تؤثر تأثيراً كبيراً على نظريات الإدارة في الوقت الحالي.
وقد أخذتها اليابان في الحسبان عند صياغة الاستراتيجية الخاصة بها في مجال تنفيذ طرق الذكاء الاصطناعي.
جيولوجيا Geology
جيولوجيا Geology
كلمة معرَّبة مكونة من مقطعين يونانيين هما «جيو Geo» وتعنى الأرض، و«لوجيا» من Logos بمعنى علم، فكلمة جيولوجيا تعنى علم الأرض. وتضم الأفرع الكلاسيكية لعلم الجيولوجيا أربع مجاميع من العلوم الاختصاصية، تعالج كل مجموعة منها جانباً خاصاً من الأرض: علوم خاصة بمكونات القشرة الأرضية هي علم البلورات Crystallography وعلم المعادن Mineralogy وعلم الصخور Petrology وعلم الجيوكيمياء Geochemistry. وعلوم تختص بدراسة التراكيب الجيولوجية، وهي: الجيولوجيا البنائية Structural geology، وعلم الحركات الأرضية (جيوتكتونيك) Geotectonics. وهناك علوم خاصة بتاريخ تطور القشرة الأرضية، هي: علم الحفريات Paleontology، وعلم الطبقات (استراتجرافيا) Stratigraphy، وعلم البيئة القديمة Paleoecology، وعلم الجغرافيا القديمة Paleogeography، والجيولوجيا التاريخية Historical geology. وتختص المجموعة الرابعة من الأفرع الكلاسيكية لعلم الجيولوجيا بدراسة تضاريس سطح الأرض، وتشمل علم الجيومورفولوجيا Geomorphology، وعلم المساحة Surveying، والجيولوجيا الفيزيائية Physical geology.
بعد التطور الكبير في العلوم عامة، وفي الجيولوجيا بفروعها الكلاسيكية، ظهرت مجموعة من العلوم الجيولوجية التطبيقية، تعتمد على الأسس النظرية لفروع الجيولوجيا الكلاسيكية، وجيولوجيا النفط Petroleum geology، وجيولوجيا المياه Hydrogeology، وجيولوجيا المناجم Mining geology، والجيولوجيا الهندسية Engineering geology، وعلم الزلازل Seismology، وعلم البراكين Volcanology، وعلم المحيطات Oceanography، وجيولوجيا البحار Marine geology، وعلم المناخ Climatology، وعلم التربة Pedology، والجيولوجيا الكونية Cosmic geology، وعلم الكواكب Planetology، وعلم الفك Astronomy، وجيولوجيا الفضاء Space geology، والاستشعار من البعد Remote sensing، والجيولوجيا البيئية Environmental geology، والجيولوجيا الشرعية Forensic geology، والجيولوجيا الطبية Medical geology.
الجيولوجيا عند العرب:
كانت جماعة إخوان الصفا (941 ـ 982 م)، في البصرة أول جمعية علمية معروفة في التاريخ، وكانوا رواداً في إشارتهم إلى السطح التحااتي erosional surface فهم الذين أطلقوا عليه اسم «صفصف»، ونسبت هذه الفكرة بعد ذلك بعدة قرون إلى العالم الأمريكي دافيز (Davis 1909م). وقد تناول إخوان الصفا في رسائلهم ظاهرة تطور البحيرات وعمليات النقل بفعل عوامل الرياح والأنهار، وتطرقوا إلى التجوية وعواملها ومما جاء في رسائلهم «الأودية والأنهار كلها تجرى من الجبال والتلال وتمر في مسيلها وجريانها نحو البحار والآجام والغدران» وجاء أيضاً في رسائلهم أن «الجبال من شدة إشراق الشمس والقمر والكواكب عليها بطول الزمن والدهور تنشف رطوبتها وتزداد جفافاً ويبساً وتتقطع وتتكسر وتصير أحجاراً أو صخوراً أو حصى ورمالاً ثم إن الأمطار والسيول تحط تلك الصخور والرمال إلى بطون الأودية والأنهار، ويحمل ذلك شدة جريانها إلى البحار والغدران والأجسام. ومن أهم إنجازات جماعة إخوان الصفا ما جاء في رسالتهم التاسعة عشرة بشأن أنواع الجبال، ففي هذه الرسالة أول تقسيم للجبال بحسب تكوينها الصخرى، وقد كان لهذا الاتجاه في تقسيم الجبال أهمية كبرى في تحديد مجرى الفكر الجيولوجي في القرن الثامن عشر في أوروبا.
الجيولوجيا في العصر الحديث:
ابتدأ التفكير الجدّي في المسائل الجيولوجية في منتصف القرن السابع عشر حينما قدم الطبيب الدانمركي الذي كان يعيش في مدينة فلورنسا في إيطاليا نيقولا ستينو Nicolaus Steno (1638 ـ 1686 م) أفكاره فيما يتعلق بالجبال وتكونها، وكان هذا العالم يعتبر أن هناك ثلاثة أنواع من الجبال هي الجبال البركانية والجبال المتكونة عن عوامل التعرية والجبال التي تكونت نتيجة لحركات رفع وانهيار للطبقات الأرضية أي الجبال التي تكونت نتيجة للتصدع.
أما العالم الإيطالي جيوفاني أردوينو Giovanni Arduino (1714 ـ 1795 م) فكان يقسم الجبال إلى ثلاثة مجاميع، والصخور المكونة للأرض إلى أربعة أنواع بما فيها المجاميع الثلاثة من الجبال، وكان أردوينو يميز الجبال بحسب الصخور التي تكونها وتعتبر النتائج التي توصل إليها أردوينوهي الأساس في التسمية المستعملة حتى الآن عند بعض الجيولوجيين في تقسيم الزمن الجيولوجي إلى الحق الأول Primary Era والحقب الثاني Secondary Era والحقب الثالث Tertiary Era والحقب الرابع Quaternary Era. وتعتبر دراسات أردوينو نقطة انتقال مهمة في تطوير علم الجيولوجيا.
أما العالم الإيطالي جيوفاني أردوينو Giovanni Arduino (1714 ـ 1795 م) فكان يقسم الجبال إلى ثلاثة مجاميع، والصخور المكونة للأرض إلى أربعة أنواع بما فيها المجاميع الثلاثة من الجبال، وكان أردوينو يميز الجبال بحسب الصخور التي تكونها وتعتبر النتائج التي توصل إليها أردوينوهي الأساس في التسمية المستعملة حتى الآن عند بعض الجيولوجيين في تقسيم الزمن الجيولوجي إلى الحق الأول Primary Era والحقب الثاني Secondary Era والحقب الثالث Tertiary Era والحقب الرابع Quaternary Era. وتعتبر دراسات أردوينو نقطة انتقال مهمة في تطوير علم الجيولوجيا.
ثم انتقل مركز ثقل الأبحاث الجيولوجية من إيطاليا إلى ألمانيا وانجلترا، وكان في ألمانيا عدد من الجيولوجيين البارزين مثل يوهان جوتلوب لهمان Johann Gottlob Lehmann (1719 ـ 1767) وبيترسيمون بالاس Peter Simon Pallas (1741 ـ 1811) الفرنسي الأصل الألماني الجنسية، وجورج كريستيان فوكسيل George Christian Fuchsel (1722 ـ 1776) وقد أضافوا ملاحظات هامة لتقسيم الصخور الذي كان يتبعه العالم أردوينو. وبرز أيضاً العالم الألماني إبراهام جوتلوب فيرنر Abraham Gottlob Werner (1750 ـ 1817)، وقد حوِّر فيرنر تقسيم أردوينو وأتباعه للصخور وكشف عن خمسة أنواع من الجبال المنقولة والجبال البركانية. وقد اشتهر فيرنر وأتباعه في تاريخ علم الجيولوجيا باسم النيتونيين Neptunists إشارة إلى نبتيون إله البحر عند الإغريق، لأنهم كانوا يعتقدون أن معظم الصخور أصلها من البحر. وكان العالم الاستكتلندي جيمس هاتون James Hutton (1726 ـ 1797) من أبرز الشخصيات الجيولوجية، وكانت ملاحظاته هي الأساس التي تمكن بواسطتها من وضعه لنظرية الوتيرة الواحدة Uniformitarianism التي تنص على أن الحاضر مفتاح الماضي، وهذه النظرية هي الشرارة التي فتحت وعى العلماء لوضع الأسس الحديثة لفهم تاريخ الأرض.
ويعتبر العالم الفرنسي البارون جورج ليوبولدكوفييه Baron Georges Cuvier (1769 ـ 1832) مؤسس علم تصنيف الفقاريات والحفريات الفقارية، وشيفالييه جان باتست دو لامارك Chevalier Jean Baptiste De Lamarck (1744 ـ 1829 م) مؤسس علم الحفريات اللافقارية.
ويعتبر المساح البريطاني وليم سميث William Smith (1769 ـ 1839 م)، أول من فكر في استخدام الحفريات لمعرفة طبقات الأرض وقد نتج عن ذلك تقسيم صخور القشرة الأرضية إلى نظم أو مجموعات، كل نظام يمثل صخوراً تكونت في فترة زمنية محددة من تاريخ الأرض. وتمكن الجيولوجيون الأوروبيون في الفترة من 1822 إلى 1879 م من ترتيب معظم صخور القشرة الأرضية الحاوية للحفريات في عمود جيولوجي Geologic Column.
ويعتبر حسن صادق (1891 ـ 1949 م) رائد الجيولوجيا في مصر في العصر الحديث. وكان إماماً وحجة في الجيولوجيا المصرية وله فيها مؤلفات وبحوث وخرائط لا تزال من أثمن المراجع للمؤلفين والباحثين.
الأحجار الكريمة وشبه الكريمة
FGemstones Semi-precious
FGemstones Semi-precious
هي المعادن والصخور النادرة الوجود التي تتميز بقوة الاحتمال والخمول الكيميائي، والجمال اللافت للنظر، ومعظمها له درجات صلادة تقع بين 7 و10 حسب مقياس «موه» لقياس الصلاة. وتتميز الأحجار الكريمة بخاصية مهمة هي اللون Colour وعرض الألوان Play of colours. وبهذه الخاصية يصدر المعدن ألواناً مختلفة في تتابع سريع عندما يدار المعدن ببطء أو عندما نحرك العين بالنسبة إلى المعدن ذات اليمين أو ذات اليسار، مثال ذلك معدن الألماس الذي يعطى عرضاً للألوان نتيجة لقوة التشتت الضوئي dispersion في معدن الألماس. وتتميز الأحجار الكريمة كذلك بخاصية الأوبالية Opalescence التي يظهرها معدن الأوبال، وتنتج الألوان المتلألئة من الانعكاس الداخلي للمعدن، وكذلك خاصية عين الهر Chatoyancy التي تظهر في معدن الأجيت agate، وهي ظهور بريق متموج يتغير لونه وتتغير شدته باختلاف اتجاه النظر. وبعض الأحجار الكريمة لها خاصية التضوء Luminscence أي أن المعدن يصدر عنه ضوء، وخاصية التفلور Fluorite الذي تبدى بعض أنواعه هذه الخاصية. أما إذا استمرت ألوان الضوء عقب زوال المؤثر فإنها تعرف باسم التفسفر Phosphorescence. وقد لوحظت خاصية التفسفر عندما تعرضت بعض المعادن لضوء الشمس، فلما نقلت إلى حجرة مظلمة أظهرت ألواناً ساطعة جذابة. ومعظم الأحجار الكريمة، الذي يترتب عليه انعكاس كمية من الضوء الساقط على أوجه البلورة أكثر من تلك التي تنعكس على أوجه البلورات ذات معامل الانكسار المنخفض، وتعد صناعة قطع الأحجار الكريمة من الفنون العلمية الراقية التي تتطلب ذوقاً رفيعاً. وهناك أحجار شبه كريمة Semi- precious، ليست لها القيمة التي للألماس، ومنها الياقوت الأصفر (التوباز) Topaz. ومعظم التوباز الذي يبيعه تجار المجوهرات ليس توبازا حقيقيا لكنه ضرب من الكوارتز الأصفر، ويميز بينه وبين التوباز الحقيقي: أن الأخير له خاصية التكهرب بالاحتكاك، كما أنه أعلى صلادة من الكوارتز وأكبر كثافة كذلك. وأشهر مواطن استخراج التواباز البرازيل وجبال الأورال في روسيا.
وهناك أيضاً التورمالين Tourmaline، ودرجة صلادته 5ر7 تقريباً وتوجد منه ثلاثة ضروب هي: الزبرجد السيلونى وهو التورمالين الأصفر Cylonese peridot، والزمرد البرازيلي ولونه أخضر Brazilian emerald، وهناك ضرب لونه بني. وأهم مواطن استخراج التورمالين البرازيل ومدغشقر وسيلان. ومن أهم الأحجار شبه الكريمة العقيق الأحمر (الجارنت Garnet)، وصلادته حوالي سبعة، ومعامل انكسار الضوء فيه 75ر1، والبلورات الكاملة لها قيمة كبيرة، وقد تتخذ البلورات ألواناً عديدة، منها الأخضر والأصفر والأحمر، لكن أشهرها على الإطلاق الجارنت الأحمر. ومن الأحجار شبه الكريمة الزبرجد Peridot وتركيبه الكيميائي سليكات المغنسيوم والحديد، وصلادته حوالي 7، ومعامل انكسار الضوء فيه 7ر1، وهو ضرب من معدن الأوليفين المعروف، لكن لونه صاف جميل نتيجة لوجود الحديد به في حالة الحديدوز، ويوجد الزبرجد في جزيرة سان جونز أو جزيرة الزبرجد بالبحر الأحمر، كذلك يوجد في منطقة جبل زبارا جنوب مدينة القصر بالصحراء الشرقية المصرية.
وهناك أيضاً التورمالين Tourmaline، ودرجة صلادته 5ر7 تقريباً وتوجد منه ثلاثة ضروب هي: الزبرجد السيلونى وهو التورمالين الأصفر Cylonese peridot، والزمرد البرازيلي ولونه أخضر Brazilian emerald، وهناك ضرب لونه بني. وأهم مواطن استخراج التورمالين البرازيل ومدغشقر وسيلان. ومن أهم الأحجار شبه الكريمة العقيق الأحمر (الجارنت Garnet)، وصلادته حوالي سبعة، ومعامل انكسار الضوء فيه 75ر1، والبلورات الكاملة لها قيمة كبيرة، وقد تتخذ البلورات ألواناً عديدة، منها الأخضر والأصفر والأحمر، لكن أشهرها على الإطلاق الجارنت الأحمر. ومن الأحجار شبه الكريمة الزبرجد Peridot وتركيبه الكيميائي سليكات المغنسيوم والحديد، وصلادته حوالي 7، ومعامل انكسار الضوء فيه 7ر1، وهو ضرب من معدن الأوليفين المعروف، لكن لونه صاف جميل نتيجة لوجود الحديد به في حالة الحديدوز، ويوجد الزبرجد في جزيرة سان جونز أو جزيرة الزبرجد بالبحر الأحمر، كذلك يوجد في منطقة جبل زبارا جنوب مدينة القصر بالصحراء الشرقية المصرية.
أما الفيروز Turquoise الذي تبلغ صلادته 6، فيوجد في نيسابور بإيران كما يوجد بالمكسيك وأريزونا وروسيا. ويوجد في مصر في بعض صخور الحجر الرملي من العصر الكربوني في عدة أماكن من وسط سيناء، حتى أن شبه جزيرة سيناء كانت تسمى قديماً أرض الفيروز.
هناك أيضاً حجر القمر Moonstone الذي يعتبر ضرباً من معدن الميكروكلين، وحجر اللازورد Lapis-lazuli الذي يوجد على هيئة حبيبات دقيقة منتشرة في بعض الأحجار الجيرية المتبلورة المتحولة، وأحسن عيناته تأتي من أفغانستان ومن سيبريا.
الألماس
Diamond
Diamond
أشهر الأحجار الكريمة على الإطلاق، وهو معدن يتكون من عنصر الكربون الحر يتبلور على صورة ثماني الأوجه octahedron أو ذي الأثني عشر وجها Dodecahedron في فصيلة المكعب cubic. والهند وجنوب أفريقيا والبرازيل أكبر المصادر العالمية لإنتاج الألماس. وبجانب أهمية الألماس بوصفه حجراً كريماً، فإن له استخدامات مهمة في الصناعة في كونه مادة ثاقبة وقاطعة. وترجع روعته بجانب صلادته العالية إلى معامل انكسار الضوء العالي فيه؛ إذ يبلغ أكثر من 2,4 بينما في الزجاج يساوي 1,5، وهذه الخاصية هي التي تسبب لمعان الألماس وبريقه الخاطف. وهناك نماذج من القطع الصناعي للألماس أشهرها قطع البرلنتى Brilliant cut، والقطع المتدِّرج Step-cut. وأثمن عينات الألماس هي التي يكون لها لون ضارب إلى الزرقة الخفيفة وتليها فيالقيمة الأنواع الشفافة. ويعد اللون الأصفر الخافت أكثر العيوب التي تقلل من قيمة الألماس، وأقل أنواعه قيمة هي الأنواع الرمادية أو السوداء.
هناك ألماسات مشهورة على مستوى التاريخ والعالم، لعل أكثرها قيمة وشهرة ألماسة المغول الكبيرة Great Mongul، وهذه الألماسة ضخمة ولا يعرف وزنها تماماً، وكانت في حوزة أباطرة الهندستان وفقدت، ولم يعثر لها على أثر حتى الآن. أما بلّورة جبل النور Koh-i- noor التي تزن 108 قراريط، والتي استخرجت من الهند فقد توارثها أباطرة كثيرون حتى آلت أخيراً إلى بريطانيا وأصبحت دُرّة التاج البريطاني. هناك أيضاً ألماسة نجم الجنوب Star of South ويبلغ وزنها 108 قراريط، واستخرجت من مناجم البرازيل. أما أضخم ألماسة معروفة فهي الكولنيان The Kullinian التي استخرجت من مناجم جنوب أفريقا ويبلغ وزنها 3250 قيراطاً (رطل وست أوقيات)، وقطعت إلى ألماستين فريدتين إحداهما تزن 530 قيراطاً والأخرى 317 قيراطاً إلى جانب مائة ألماسة صغيرة.
البازلت
Basalt
Basalt
صخر بركاني دقيق التحبب يرتكب أساساً من البلاجيوكليز الكلسى (غالباً لابرادوريت)، والبيروكسين وكمية ضئيلة نسبياً من المعادن القاتمة (ماجنتيت وإلمنيت) . وقد يحتوي الصخر على كميات متفاوتة من الأوليفين أو النيفيلين أو الكوارتز أو السبينل. ويتميز البازلت بأنسجة البورفيرى والأوفيتى وتحت الأوفيتى والفاريوليتى. وصخر البازلت أكثر الصخور انتشاراً على سطح الأرض ويوجد في البيئات التكتونية التالية:
1 ـ سلاسل الجبال المغمورة في قعور المحيطات ووسطها التي تعرف باسم الأعراف المحيطية Mid ocean Ridge Basins. وأحياناً تظهر بعض القمم البركانية فوق سطح البحر مكونة جزراً، وأشهرها وأكبرها جزيرة أيسلند البازلتية.
2 ـ الجزر المحيطة Oceanic Islands، مثل جزر هاواي والكنارى البازلتية.
3 ـ الحدود القارية الأوروجينية وأقواس الجزر Orogenic continental areas # island arcs، مثال ذلك جزر اليابان والفلبين وإندونيسيا.
4 ـ البراكين القارّية داخل القارات والبعيدة عن نُطُق الانزلاق Continental basalts. وهذه الصخور تنتشر في جنوب أفريقيا وجنوب أمريكا وشمال استراليا. كما توجد أيضاً في مناطق الأخاديد مثل أخاديد شرق أفريقيا وأوسلو والراين.
5 ـ البازلت الأركى Archaean basalt حيث تغطى صخور البازلت مساحات كبيرة من دروع الحق الأركى مثل الدرع الأفريقي والدرع الكندى ودائماً تكون هذه الصخور متحولة إلى مرتبة الجرين شست أو الأمفيبوليت وتعرف بأحزمة الصخور الضخراء Greenstone belts.
وينقسم البازلت على أساس تركيبه المعدني ثلاثة أقسام رئيسية هي:
1 ـ الثولييت Tholeiite أو البازلت الثولييتى Tholeiitic basalt الذي يتركب من البلاجيوكليز الكلسى والبيروكسين الفقير في الكالسيوم.
2 ـ البازلت الأوليفينى القلى Alkali olivine basalt يتركب من الللاجيوكليز الكلسى والبيروكسين الكلسى (الأوجيت) والأوليفين والنيفيلين بالإضافة إلى معدنى الماجنتيت والإلمنيت ويتميز هذا الصخر باحتوائه على كمية كبيرة نسبياً من العناصر القلوية خاصة الصوديوم.
3 ـ البازلت الغنى بالألومينا High – Alumina basalt الذي يتميز باحتوائه على كمية كبيرة من البلاجيوكليز والألومينا.
وبالإضافة إلى أن البازلت يغطى معظم أجزاء القشرة المحيطية وأجزاء من القشرة القارية فإنه يغطى أيضاً مساحات كبيرة من سطح القمر وأسطح بعض الكواكب مثل الزهرة وعطارد، كما يدخل البازلت في تركيب بعض النيازك Meteorites. وعلى هذا فإن البازلت يعد أكثر الصخور شيوعاً على الإطلاق.
وبالإضافة إلى أن البازلت يغطى معظم أجزاء القشرة المحيطية وأجزاء من القشرة القارية فإنه يغطى أيضاً مساحات كبيرة من سطح القمر وأسطح بعض الكواكب مثل الزهرة وعطارد، كما يدخل البازلت في تركيب بعض النيازك Meteorites. وعلى هذا فإن البازلت يعد أكثر الصخور شيوعاً على الإطلاق.
البترول (النفط)
يعتبر زيت البترول من أهم مصادر الطاقة في هذا العصر، بل هو واحد من أهم مقومات الحضارة الحديثة للإنسان؛ فهو يستخدم وقوداً في مختلف الصناعات ويستعمل في تسيير وسائل النقل والمواصلات، كما يستعمل في الزراعة وفي التدفئة وفي توليد الكهرباء. كذلك تستخدم بعض مكونات البترول في صناعة عشرات من المواد الكيميائية المهمة مثل اللدائن والأصباغ والأدوية والألياف الصناعية.
وقد عرف الإنسان زيت البترول منذ قديم الزمان، فعرفه الفرس منذ نحو 4000 سنة مضت، واستخدموا الأسفلت الناتج منه في تثبيت أحجار المعابد وأسوار المدن. ويعتقد أن «نار المجوس» نتجت عن اشتعال بعض أبخرة البترول والغاز الطبيعي عند خروجها من بعض الشقوق وفي قشرة الأرض، ولذلك اعتبرها المجوس ناراً مقدسة لا تطفىء أبداً. ويحدثنا الرحالة الإيطالى الشهير «ماركو بولو» أنه شاهد وهو في طريقه إلى الصين زيتا أسود يخرج من الأرض في منطقة باكو، وقد أصبحت هذه المنطقة فيما بعد من أغنى مناطق البترول. كذلك ذكر المستكشفون الأوال لقارة أمريكا الشمالية أنهم وجدوا زيتا أسود يخرج من شقوق في سطح الأرض ويكون بركا ضحلة كريهة الرائحة. وقد عرف العرب البترول منذ زمن بعيد وأطلقوا عليه اسم «النفط» لأنه كان يحدث بثوراً في جلد الإنسان.
وقد تم حفر أول بئر في الولايات المتحدة عام 1806، وكان الهدف من حفرها هو الحصول على المياه الجوفية، ولكن القائمين على الحفر فوجئوا بخروج زيت أسود مع الماء، وضاقوا به لأنه كريه الرائحة ويلوث الماء وكان ما يحيط بهم. ولم يكن الناس يعرفون إلا نوعين من الوقود هما الخشب والفحم. ولم يكن هناك وقود سائل إلا بعض الزيوت التي تنتج من تقطير الفحم، وكانت تعرف باسم كيروسين، وهي مشتقة من كلمة «Kero» في اللغة الإغريقية وتعنى الشمع. وقد تبين بعد ذلك أن زيت البترول قابل للاشتعال، وأن الطاقة الناتجة منه تعادل الطاقة الناتجة من كيروسين الفحم ولذلك ازداد الطلب على البترول. وقد كانت أغلب الآبار التي يستخرج منها هذا الزيت تقع حول مدينة «تيتوس فيل» بولاية بنسلفانيا ـ وقد تم بعد ذلك حفر أول بئر إنتاجية بها عام 1859 بواسطة «إدوين دريك»، وكان ذلك بمثابة مولد صناعة البترول. وكان عمق الآبار لا يزيد على 20 متراً، وبلغ إنتاج الولايات المتحدة من البترول عام 1860 نحو ألفي برميل، وهو رقم لا يقارن بما يتم إنتاجه اليوم من البترول والذي يصل إلى عدة ملايين من البراميل في اليوم الواحد.
المواد الأولية المستخرجة من البترول والغاز الطبيعي:
يتم تقطير البترول، وفصل مكوناته في معامل التكرير بعملية تسمى التقطير التجزيئي، والجدول التالي يوضح النواتج الرئيسية لتكرير البترول.
تلاحظ من الجدول أن كل ناتج من نواتج عملية التقطير هو عبارة عن مخلوط من عدة مركبات (لاحظ مدى عدد ذرات الكربون ودرجة الغليان)، لذلك تجري عملية تقطير مرة أخرى للنواتج السابقة لفصل مكونات كل منها، فمثلاً يمكن إعادة تقطير الجازولين (مخلوط أولي) إلى مكونات شبه نقية حيث نحصل على الإيثر البترولي، والبنزين، واللجروين.
بعد فصل المكونات الرئيسة للبترول والغاز الطبيعي، يحتاج كثير من هذه المركبات إلى معالجة حرارية للحصول على مواد أخرى أكثر استخداماً في مجال الصناعة. وإذا ما أجريت هذه العملية على الألكانات سميت (بالتكسير الحراري). كما يمكن معالجة الإيثان والبروبان حرارياً لتكوين بعض الألكينات مثل الإيثين والبروبين.
بركان
Volcano
Volcano
جبل أو تلّ مخروطيّ الشكل تكوّن حول فتحة فيالقشرة الأرضية متصلة بغرفة صهارية في باطن الأرض تخرج منها اللابة Lava والغازات والصخور الملتهبة. ويتكوّن البركان من أجزاء، هي المخروط Cone، والفوَّهة Crater، وقصبة البركان neck.
زلزال
Earthquake
Earthquake
هزة أرضية تحدث في مناطق معينة من القشرة الأرضية سببها انتقال موجات زلزالية في الصخور، يعتقد أن سببها المباشر هو الانكسار المفاجىء للصخور نتيجة لتعرضها للضغط أو الشد أو كليهما فيؤدّي ذلك إلى حدّ من الإجهاد يتسبب في تشوه الصخور بالكسر. وينشأ عن الزلزال ثلاثة أنواع من الموجات الزلزالية Seismic waves، هي الموجات التضاغطية السريعة الانتشار. وتسبب تشوهاً مرناً في المواد الصلبة على هيئة نبضات متتالية من التخلخل والضغط في اتجاه انتشار الموجة، وهي أولى الموجات التي تصل إلى أجهزة التسجيل، وتسمى الموجات الأولية ويرمز لها بالحرف الإنجليزي P، والنوع الثاني هو الموجات المستعرضة وتسبب ذبذبات عمودية على اتجاه انتشارها، وتسمى موجات ثانوية ويرمز لها بالحرف الإنجليزي S، والنوع الثالث موجات سطحية تنشأ من انعكاسات الموجات الزلزالية في داخل القشرة غير المتجانسة، وهي موجات بطيئة نسبياً وتصل إلى أجهزة تسجيل الزلازل بعد الموجات الأولية والثانوية. تستخدم لرصد الزلازل أجهزة حساسة تسمى السيزموجراف Seismograph.
وتقاس شدة الزلزال بوحدات مقياس رختر، وهو مقياس لوغارتمى، فمثلاً الزلزال الذي شدته تقابل وحدتين من مقياس رختر يساوي في الشدة عشرة أضعاف الزلزال الذي له شدة تقابل وحدة واحد فقط من مقياس رختر، ويتدرج المقياس في شدته من وحدة واحدة إلى ثماني وحدات.
وينشأ الزلزال من نقطة في باطن الأرض هي بؤرة الزلزال Focus والنقطة الواقعة أعلى البؤرة مباشرة على سطح الأرض تسمى نقطة فوق المركز Epicenter.
وتنتشر موجات الزلازل في جميع بقاع الأرض، لكن مصادرها تتركز في أماكن محدودة يتكرر فيها حدوث الزلازل من وقت لآخر، وهي مناطق الأحزمة الزلزالية. يوجد حزام زلزال حول المحيط الهادي يمتد من شيلي إلى بيرو إلى أمريكا الوسطى ـ المكسيك ـ كاليفورنيا ـ غرب كندا ـ ألاسكا ـ اليابان ـ الفلبين ـ إندونسيا ونيوزلندا. ويشمل الحزام الثاني: شمال أفريقيا ـ أسبانيا ـ إيطاليا ـ اليونان ـ تركيا ـ إيران ـ شمال الهند ـ بورما إلى الصين. وتوجد مناطق نشيطة زلزالياً، لكن أهميتها أقل من الحزامين الزلزاليين الأساسيين، وتنتشر هذه المناطق في المحيط المتجمد الشمالي، والمحيط الأطلسي والهندي ووسط سيبيريا وشمال وشرق أفريقيا. وتحدث الزلازل عادة في مناطق عدم الاستقرار في القشرة الأرضية. والزلازل قد تكون ضحلة، وهي التي تنشأ عند أعماق لا تزيد على ستين كيلومتراً وهي أخطر أنواع الزلازل.
قوة الزلزال بحسب مقياس رخترعدد الزلازل في العام تأثيره على المناطق المسكونة
أقل من 3,480,000لا يسجل إلا بالسيزموجراف
3,5 ـ 4,230,000يشعر به بعض الناس
4,3 ـ 4,84,800يشعر به الكثير من الناس
4,9 ـ 5,41,400يشعر به الجميع
5,5 ـ 6,1500يسبب بعض التلف في المباني
6,2 ـ 6,9100تلف شديد في المباني وتشقق في الجسور
7 ـ 7,315تلف شديد في المباني في شكل دمار جزئي
7,4 ـ 7,94دمار عظيم وانهيار شديد للمباني
اكثر من 8زلزال كل خمسة أو عشرة أعوامدمار عام شامل
وقد تكون الزلازل متوسطة العمق لا تبعد البؤرة فيها عن 300 كيلومتر، أما الزلازل العميقة وهي أقل الأنواع تدميراً وتأثيراً على القشرة الأرضية لأنها تحدث عند أعماق تصل إلى 800 كيلومتر.
ويصاحب حدوث الزلزال ظواهر جيولوجية مثل حدوث شقوق في الأرض، وهبوط في مواقع، وارتفاع في مناطق أخرى. كذلك تحدث الانزلاقات الأرضية والانهيارات الجبلية، وانفجار المياه الأرضية المختزنة في باطن الأرض، كذلك قد يعقب الزلزال تحرك الجبال الثلجية. وفي حالات نادرة قد يعقب الزلزال ثوران البركان، كما حدث في بيرو عام 1992 وكولومبيا 1993.
أقل من 3,480,000لا يسجل إلا بالسيزموجراف
3,5 ـ 4,230,000يشعر به بعض الناس
4,3 ـ 4,84,800يشعر به الكثير من الناس
4,9 ـ 5,41,400يشعر به الجميع
5,5 ـ 6,1500يسبب بعض التلف في المباني
6,2 ـ 6,9100تلف شديد في المباني وتشقق في الجسور
7 ـ 7,315تلف شديد في المباني في شكل دمار جزئي
7,4 ـ 7,94دمار عظيم وانهيار شديد للمباني
اكثر من 8زلزال كل خمسة أو عشرة أعوامدمار عام شامل
وقد تكون الزلازل متوسطة العمق لا تبعد البؤرة فيها عن 300 كيلومتر، أما الزلازل العميقة وهي أقل الأنواع تدميراً وتأثيراً على القشرة الأرضية لأنها تحدث عند أعماق تصل إلى 800 كيلومتر.
ويصاحب حدوث الزلزال ظواهر جيولوجية مثل حدوث شقوق في الأرض، وهبوط في مواقع، وارتفاع في مناطق أخرى. كذلك تحدث الانزلاقات الأرضية والانهيارات الجبلية، وانفجار المياه الأرضية المختزنة في باطن الأرض، كذلك قد يعقب الزلزال تحرك الجبال الثلجية. وفي حالات نادرة قد يعقب الزلزال ثوران البركان، كما حدث في بيرو عام 1992 وكولومبيا 1993.
ويعقب الزلزال عادة عدد من الهزات التي تسمى توابع الزلزال Aftershocks قد تصل في العدد إلى مئات الهزات. وقد يستمر تأثيرها فترة طويلة قد تصل شهوراً عديدة، لكنها غالباً تكون أقل في شدتها من الزلزال الرئيسي الذي حدث أولاً.
علم التعدين
Metallurgy
Metallurgy
يعنى هذا العلم بتركيز الخامات واستخلاص الفلزات منها وتنقيتها، ومن الجدول التالي نجد أن الفلزات توجد في خاماتها على صورة مركبات كيميائية، فالفلزات الواقعة في المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدوري لا توجد إلا في صورة مركبات وأكثرها نشاطاً يوجد في صورة أملاح كالكلوريدات والكبريتات والكربونات وغيرها. أما الألومنيوم والفلزات الثقيلة فتوجد غالباً في صورة أكاسيد أو كبريتيدات، أما بعض الفلزات الواقعة في مجموعة العناصر الانتقالية فهي غير نشطة كيميائياً، لذلك فغالباً ما توجد في الطبيعة منفردة، أي بشكلها العنصري أكثر من وجودها في صورة مركبات، ومن أمثلتها الذهب والفضة ومجموعة البلاتين.
وتحتوي الخامات غالباً على كميات كبيرة من مواد أرضية غير مرغوب فيها كالسليكات والطفل والصخور النارية، ولكي يكون استخلاص فلز ما من خاماته ممكناً من الناحية الكيميائية وغير مكلف من الناحية الاقتصادية فلابد من تركيز الخام بالقدر المناسب، وهذا يختلف من فلز لآخر.
تقينات علمية حديثة
تقينات علمية حديثة
أجهزة الملاحة
Navigation Instruments
Navigation Instruments
هي أجهزة القياس التي تزود بها السفن والطائرات لتحديد الموقع الجغرافي. وقد مرت هذه الأجهزة بمراحل تطوير مستمرة منذ بداية رحلات هذه المركبات وحتى يومنا هذا. وكان هذا التطوير يسير بصورة منتظمة تخللتها بعض الطفرات الناتجة عن ظهور الاختراعات الحديثة والتي كان لها أكبر الأثر في تطوير وتحسين مجال الملاحة ومن أهم هذه الاختراعات: البوصلة المغنطيسية والسدسية والبوصلة الجيروسكوبية والأنظمة اللاسلكية ووالتوجيه بالقصور الذاتي والملاحة باستخدام الأقمار الصناعية.
أقمار الاتصال
Communication Satellites
Communication Satellites
هي نوع من الأقمار الصناعية تهدف إلى توفير اتصالات المختلفة من تليفونية وإذاعية وتليفزيونية ومعلوماتية وغيرها. ويتم التعامل معها إرسالا واستقبالا خلال محطات أرضية مرتبطة بكل قمر على حدة. وتطلق هذه الأقمار بواسطة صواريخ الإطلاق أو المكوك الفضائي، لكي تصل إلى ارتفاع حوالي 36 ألف كيلومتر من سطح الأرض، ويظل كل منها في مدار ثابت فوق خط الاستواء إلى أن ينتهي عمره الافتراضي (من 7 إلى 15 سنة) وفق مواصفاته الفنية. ويغطى إرسال كل قمر مساحة محددة على الأرض، لها مركز يسمى مركز الإشعاع، حيث تصل فيه قوة الإشارة المرسلة إلى أقصاها، وتضعف كلما بعدنا عن هذا المركز.
وكل قمر له قوة إشعاع معينة؛ فإذا كانت ضعيفة فإنها تقتضى محطة أرضية كبيرة قادرة على تضخيم الإشارة التي تستقبلها ملايين المرات، ويصل قطر الهوائي المستخدم في هذه المحطة إلى 33 متراً، ويقل حتى يصل إلى 3 أمتار مع زيادة قوة الإشارة.
وتسمى هذه الأقمار الاتصالية «أقمار الخدمة الثابتة»، أو «أقمار التوزيع».
وكل قمر له قوة إشعاع معينة؛ فإذا كانت ضعيفة فإنها تقتضى محطة أرضية كبيرة قادرة على تضخيم الإشارة التي تستقبلها ملايين المرات، ويصل قطر الهوائي المستخدم في هذه المحطة إلى 33 متراً، ويقل حتى يصل إلى 3 أمتار مع زيادة قوة الإشارة.
وتسمى هذه الأقمار الاتصالية «أقمار الخدمة الثابتة»، أو «أقمار التوزيع».
أقمار البث المباشر
Direct Broadcasting Satellites (D.B.S
Direct Broadcasting Satellites (D.B.S
هي نوع حديث من أقمار الاتصال، زادت قوة الإشارة المنبعثة منه بحيث يمكن أن تصل مباشرة إلى أجهزة الاستقبال التليفزيوني المنزلي، بغير مرور على أية محطة أرضية، مع إضافات محدودة من بين هوائي يتراوح قطره من 30 سم إلى حوالي مترين، حسب قوة إشعاع القمر ومدى القرب من مركز الأشعاع.
وقد دفعت التكلفة الباهظة لهذه الأقمار، المؤسسات الصناعية المعنية، إلى تصنيع أنواع أخرى من الأقمار متوسطة القوة، للأغراض الاتصالية المختلفة. أو تصنع أقماراً ذات قنوات متعددة، بعضها من القوة بحيث يمكنه تقديم بث مباشر.
ومن الممكن ربط بعض القنوات متوسطة القوة بشبكات التوزيع «الكوابل» لتوصيلها إلى المشتركين في الدول التي أدخلت نظم التوزيع التلفيزيوني بشبكات الكابل، أو إلى مراكز توزيع الترددات متعددة الاتجاهات M.P.D.S باستخدام الترددات الإذاعية العالية القدرة V.H.F أو الفائقة القدرة U.H.F..
أقمار الرصد الجوي الصناعية: أقمار صناعية مزودة بأجهزة حساسة للرصد الجوي تدور في الفضاء الخارجي، وهي نوعان:
وقد دفعت التكلفة الباهظة لهذه الأقمار، المؤسسات الصناعية المعنية، إلى تصنيع أنواع أخرى من الأقمار متوسطة القوة، للأغراض الاتصالية المختلفة. أو تصنع أقماراً ذات قنوات متعددة، بعضها من القوة بحيث يمكنه تقديم بث مباشر.
ومن الممكن ربط بعض القنوات متوسطة القوة بشبكات التوزيع «الكوابل» لتوصيلها إلى المشتركين في الدول التي أدخلت نظم التوزيع التلفيزيوني بشبكات الكابل، أو إلى مراكز توزيع الترددات متعددة الاتجاهات M.P.D.S باستخدام الترددات الإذاعية العالية القدرة V.H.F أو الفائقة القدرة U.H.F..
أقمار الرصد الجوي الصناعية: أقمار صناعية مزودة بأجهزة حساسة للرصد الجوي تدور في الفضاء الخارجي، وهي نوعان:
أولاً: الأقمار الصناعية القطبية السيّارة Polar-orbiting Satellite وهي تدور حول الأرض بين القطبين في أقل من ساعتين، على ارتفاع يصل إلى 1500 كم. وقد تم إطلاق أول قمر صناعي من هذا النوع عام 1960.
ثانياً: الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض Geosynchronous Satellite وهي تدور حول الأرض متعامدة على خط الاستواء، بسرعة تعادل سرعة دوران الأرض حول نفسها، وعلى ارتفاع قدره 35800 كم، لكي يتحقق التزامن المرجو مع سرعة دوران الأرض. وقد تم إطلاق أول قمر للرصد الجوي من هذا النوع في أوائل ديسمبر عام 1966.
وتشتمل أقمار الرصد الجوي من كلا النوعين على أجهزة راديوميترية حساسة للأشعة الصادرة من سطح الأرض والغلاف الجوي تعمل في قنوات مختلفة من المدى الموجى للأشعة على النحو التالي:
ـ قناة تعمل في المدى الموجى الأقل من 0.3 ميكرون، وهو مدى الأشعة فوق البنفسجية، ويمكن من خلال هذه القناة حساب الكمية الكلية للأوزون.
ـ قناة تعمل في المدى الموجى 0.3 ـ 0.7 ميكرون، والأشعة المقيسة من خلال هذه القناة عبارة عن ضوء مرئي ناتج من انعكاس أشعة الشمس من سطح الأرض أو قمم السحب، ويمكن من ذلك حساب ارتفاع قمم السحب وكذلك مقدار الألبيدو (النسبة بين كمية الأشعة المنعكسة والأشعة الساقطة) لسطح الأرض وقمة السحب.
ـ قناة تعمل في المدى الموجى ,3 ـ 30 ميكرون، ويمكن من خلالها قياس كمية الأشعة الكلية الصادرة من الأرض والغلاف الجوي، وذلك لحساب الاتزان الحراري للغلاف الجوي.
ـ قناة تعمل في المدى الموجى 14 ـ 16 ميكرون وهو المدى الذي يحث خلاله امتصاص للأشعة بواسطة ثاني أكسيد الكربون ويمكن من خلال هذه القناة معرفة التغير في درجة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
ـ قناة تعمل في المدى الموجى 5,7 ـ 6,1 ميكرون الذي يحدث فيه امتصاص للأشعة بواسطة بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير، وبذلك يمكن معرفة التوزيع الأفقي لبخار الماء في هذه الطبقة.
ـ قناة تعمل في المدى الموجى 8 ـ 12 ميكرون، ويمكن من خلالها قياس كمية الأشعة التي تصل من سطح الأرض أو من قمم السحب. ويطلق على هذه القناة اسم قناة النافذة (Window channel) نظراً لأن الأشعة التي تصل إلى هذه القناة من سطح الأرض (أو من قمم السحب) لا تتعرض لقدر يذكر من الامتصاص أثناء نفاذها خلال الغلاف الجوي. وبواسطة قياس هذه الأشعة يمكن تقدير درجات الحرارة لسطح الأرض وقمم السحب.
الأتمتة
automatization
automatization
هي إلغاء تدخل الإِنسان إِلغاءً كلياً أو جزئياً في تنفيذ مهمات صناعية أو منزلية أو إِدراية أو عملية، ولقد استعملت كلمة الأتمتة منذ منتصف الثلاثينيات من القرن العشرين للتعبير عن جميع العمليات التي استطاع الإِنسان تسخير آلات ميكانيكية للقيام بها بدلاً عنه. واتسع استعمالها حتى غدت تعبر عن جميع عمليات الإِنتاج التي يتطلب إِنجازها استعمال نظريات وطرائق تحكمية متطورة بلا تدخل الإِنسان تدخلاً مباشراً كما في مجالات الهندسة الكيميائية والبتروكيمياوية والطبية وغيرها.
لأتمتة والمجتمع
تؤدي الأتمتة، كما هي الحال في أي تطور رئيسي في التقنية إلى تبدلات اقتصادية واجتماعية مهمة. وقد يكون بعض هذه التبدلات مقبولاً وقد يكون بعضها الآخر غير مرغوب فيه.
تؤدي الأتمتة إلى رفع إِنتاجية اليد العاملة في المصانع، نتيجة إِحلال المناولة الآلية محل المناولة الإِنسانية، إِذ تخفض مدة الدورة التصنيعية لحذفها وقتاً كثيراً غير إنتاجي في العملية التصنيعية، كان يصرف من قبل في عملية المناولة، وتخفض تعب الإِنسان في الرفع والمناولة أو تحذفه كلياً وتخفض الوقت الضائع من عمل العامل والآلة إلى أدنى حد ممكن لإلغائها التوقفات والتسليمات غير الميكانيكية. ويمكن أن تحرر الأتمتة الصناعة من الاعتماد على المناطق التي تتوافر فيها اليد العاملة بأعداد كبيرة، وتتيح بناء مصانع صغيرة، أكثر لا مركزية، تكون على العموم أقرب إلى الأسواق والمواد الأولية.
تؤدي الأتمتة، كما هي الحال في أي تطور رئيسي في التقنية إلى تبدلات اقتصادية واجتماعية مهمة. وقد يكون بعض هذه التبدلات مقبولاً وقد يكون بعضها الآخر غير مرغوب فيه.
تؤدي الأتمتة إلى رفع إِنتاجية اليد العاملة في المصانع، نتيجة إِحلال المناولة الآلية محل المناولة الإِنسانية، إِذ تخفض مدة الدورة التصنيعية لحذفها وقتاً كثيراً غير إنتاجي في العملية التصنيعية، كان يصرف من قبل في عملية المناولة، وتخفض تعب الإِنسان في الرفع والمناولة أو تحذفه كلياً وتخفض الوقت الضائع من عمل العامل والآلة إلى أدنى حد ممكن لإلغائها التوقفات والتسليمات غير الميكانيكية. ويمكن أن تحرر الأتمتة الصناعة من الاعتماد على المناطق التي تتوافر فيها اليد العاملة بأعداد كبيرة، وتتيح بناء مصانع صغيرة، أكثر لا مركزية، تكون على العموم أقرب إلى الأسواق والمواد الأولية.
المبادىء العامة للأتمتة
تتطلب أتمتة أي عملية إنتاجية مراعاة عدة عوامل إضافة إلى النمذجة والمحاكاة. فبعد تحديد المنظومة المطلوبة أتمتتها لإِنجاز العملية الإِنتاجية بدقة يحدد الخرج ouput المطلوب وتحدد وسيلة قياس هذا الخرج (عناصر التحسس senors). ويجب توفير وسائل لتقرير توافق هذا الخرج المقيس مع ما هو مطلوب (وحدة قرار) ثم توفير آلية لتبديل بنية النظام لتغيير قيمة هذا الخرج (وحدة تحكم) للوصول إلى القيمة المطلوبة للخرج عبر وحدات قيادة ما، مثل المحركات أو الصمامات وغيرها. وهذا يؤدي إلى تمثيل كل منظومة مؤتمتة بمنظومة تحكم ذات دارة مغلقة.
تتطلب أتمتة أي عملية إنتاجية مراعاة عدة عوامل إضافة إلى النمذجة والمحاكاة. فبعد تحديد المنظومة المطلوبة أتمتتها لإِنجاز العملية الإِنتاجية بدقة يحدد الخرج ouput المطلوب وتحدد وسيلة قياس هذا الخرج (عناصر التحسس senors). ويجب توفير وسائل لتقرير توافق هذا الخرج المقيس مع ما هو مطلوب (وحدة قرار) ثم توفير آلية لتبديل بنية النظام لتغيير قيمة هذا الخرج (وحدة تحكم) للوصول إلى القيمة المطلوبة للخرج عبر وحدات قيادة ما، مثل المحركات أو الصمامات وغيرها. وهذا يؤدي إلى تمثيل كل منظومة مؤتمتة بمنظومة تحكم ذات دارة مغلقة.
تطبيقات الأتمتة في الصناعة
شهد العالم في السنوات الأخيرة دخول الأتمتة معظم مجالات الإِنتاج الصناعي والإِدارة. وفيما يلي بعض هذه التطبيقات:
الأتمتة في صناعة السيارات: تطورت صناعة السيارات تطوراً مهماً وانعكاس ذلك على تعقيد السيارات المنتجة وغلاء أسعارها. ونتيجة لطبيعة العمل التكرارية في هذه الصناعة لجأت بعض الشركات إلى أتمتة معامل إنتاجها باستخدام وحدات نقل مؤتمتة و«روبوتات» (إِنسان آلي) ذكية تقاد بوساطة حواسيب متقدمة ومزودة بعدد من عناصر التحسس المختلفة للتأكد من صحة العمل المطلوب ودقته. وتبرمج حركة هذه «الروبوتات» بقيادتها يدوياً مرة واحدة عبر مسار محدد، ويختزن الحاسوب في ذاكرته المواقع النسبية لجميع مكونات «الروبوت» ويجبر الحاسوب «الروبوت» على تكرار هذه الحركات في عمليات الإِنتاج بتنفيذ البرنامج الذي اختُزن.
يتألف خط الإِنتاج المؤتمت من محطات كثيرة قد يصل عددها إِلى المئات ويمر فيها سير نفّال، وهذه المحطات هي «روبوتات» تقوم بوظائف مختلفة، منها ما هو مسؤول عن ترتيب القطع المراد تجميعها ويكون مزوداً بكاميرات تلفزيونية تمكنه من تعرّف القطع ووصفها وصفاً صحيحاً مستخدماً خوارزميات برمجية معقدة، ومنها ما يناط به مهمة لحم القطع نقطياً ومن ثم اختبار جودة هذا اللحم باستخدام تقنيات ليزرية وغيرها، ومنها ما هو مسؤول عن دهن السيارة باستخدام نافثات الدهان المؤتمتة (جزء من الروبوت)، ومنها ما يكون مسؤولاً عن شد اللوالب الرابطة شداً دقيقاً. ويكون دور الإِنسان التأكد من صحة العمل في نهاية خط الإِنتاج. ويقوم الحاسوب أو مجموعة الحواسيب بالإِشارة إلى أي خطأ يرتكب في الإِنجاز بإِعطاء إِشارات مناسبة أو كتابة رسالة على ورق الطابعة الملحقة.
الأتمتة في توليد الطاقة الكهربائية وتوزيعها: لقد ازداد عدد محطات التوليد الكهربائية في معظم البلدان. واختلفت كثيراً في أنواعها.
وازدادت المسألة تعقيد أمام الحاجة إلى ربط مولدات الطاقة جميعها على اختلاف صخامتها وأنواعها (مائية، بخارية، نووية) في شبكة واحدة وتوفير التزامن اللازم بينها لضماتن نقل الطاقة وتوزيعها توزيعاً جيداً. ولهذا كان إيجاد منظومات مؤتمتة تضمن توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها من دون انقطاع أمراً ملحاً. ويعد بدء الإقلاع في مولدات الطاقة الكهربائية العالية الاستطاعة (ميغاواط)، ومدد توقف هذه المولدات، مراحل حرجة يجب أن يراقب فيها أداء كل مولد على حدة مراقبة جيدة من حيث السرعة والتردد والتحريض والتوتر وفرق الطور، إِذ يجب أن يتم وصل المولد مع شبكة التوزيع الكهربائية أو فصله عنها بدقة عالية من التوافق والتزامن لتكون الطاقة الكهربائية المولدة متفقة في الطور مع التي في الشبكة وإلا فسيجهد المولد والشبكة. ويتطلب تحقيق هذا التوافق في الطور مراقبة عدد كبير من المتغيرات في أثناء زمني الإِقلاع والتوقف مراقبةً يعجز الإِنسان عن القيام بها يدوياً وتصبح الأتمتة أمراً ضرورياً. فمثلاً يبلغ عدد المتغيرات التي يراقبها تحكم مؤقت في محطة كهربائية ذات عنفة بخارية باستطاعة 300 ميغاواط 600 متغير (دخل) مثل درجات الحرارة والضغط وسرعة الدوران وأوضاع المفاتيح وغيرها. وفي محطة توليد نووية يتضاعف عدد هذه المتغيرات لتصبح الحاجة إلى نظام مؤتمت متكامل ومحوسب، يؤلف باستخدام برنامج مناسب منظومة خبيرة expert system، ضرورة لاغنى عنها. وتتم مراقبة جميع العمليات المؤتمتة من مركز التحكم الرئيسي الموجود في كل محطة. ودور الأتمتة في توليد الطاقة الكهربائية ونقلها أساسي نتيجة لتعدد محطات التوليد وتنوعها وتباعدها في البلد الواحد وبين عدة دول مرتبطة بشبكات من خطوط التوتر العالي جداً. ولهذا تعتمد جميع الدول على مراكز تنسيق وترحيل dispactching centers محوسبة وموزعة في مواقع محددة تحقق ما يلي:
ـ السيطرة على توزّع الأحمال load flow من الناحية الاقتصادية والفنية بالاعتماد على تشغيل المحطات الأقل كلفة.
ـ ضمان الاستقرار الديناميّ في حال حدوث عطل في أحد الخطوط أو إِحدى المحطات.
ـ تنظيم التوتر على قضبان التجمع bass bar في محطات التوليد ومراكز الاستهلاك عن طريق التحكم في نسب تحويل المحولات وتوليد الاستطاعة الردّية reactive power.
الأتمتة في الصناعات الكيمياوية: تتطلب معظم الصناعات الكيمياوية دقة في المعايرة والقياس. وأي خطأ يرتكب في المعالجة يكون مكلفاً جداً. ويتطلب بعضها أيضاً شروطاً محيطية (من حرارة أو وسائط تفاعل أو مواد وسيطة خطرة أو غيرها) تجعل وجود الإِنسان في مكان التفاعل أمراً فيه خطر كبير على سلامته. ولهذا كان من الضروري أتمته معظم الصناعات الكيمياوية باستخدام «روبوتات» وحواسيب وأجهزة مناولة مختلفة، كما في صناعة الأسمدة وصناعة المتفجرات والصناعات البتروكيمياوية.
وتتألف أي منظومة بتروكيمياوية متقدمة من عدة وحدات للمعالجة بغية إنتاج أكثر من 20 نوعاً من المنتجات البتروكيمياوية. وتقسم هذه الوحدات إلى مجموعات تخصصية يُسيّر كلاً منها حاسوب يراقب سويات الإِنذار وتوصيفها لأكثر من 2000 متغير من محددات الإِنتاج مثل التدفق والضغط ودرجة الحرارة والكثافة ومستوى السائل والتركيب الكيمياوي وغيرها ويتحكم فيها. ويتم ذلك دورياً وفي أزمان قصيرة نسبياً (بضع ثوان). ويبين الشكل 3 مخططاً صندوقياً يظهر منظومة بتروكيمياوية نموذجية. ويشرف على عمل جميع هذه الحواسيب المتخصصة ومراقبتها حاسوب مركزي تكون الغاية منه جعل إِنتاجية كل وحدة كيمياوية أعظمية كماً ونوعاً، ويستطيع إصدار الأوامر إلى جميع الحواسيب المتخصصة لتغيير مواصفات المنظومة لمواجهة أي حالة طارئة بإِصدار إِشارات الإِنذار لعناصر المراقبة والتنسيق.
الأتمتة في الطيران والفضاء: إن ما يشاهد الآن من تطور كبير في الطيران وغزو الفضاء الخارجي هو نتيجة مباشرة لتطبيقات الأتمتة في تصميم المركبات الفضائية وعملها ووسائل الاتصال بها من مراكز الاتصال والمراقبة إلى محطات الإِقلاع والهبوط. فالتحكم في طائرة بسيطة يتطلب عمليات معقدة من قياس ومراقبة وتغذية خلفيةٍ وغيرها. وقد يبلغ عدد هذه المتغيرات عدة آلاف في الصواريخ العابرة للقارات أو المحطات الفضائية، ويستحيل في هذه الحال تحقيق أي تحكم يدوي نظراً إلى متطلبات السرعة والدقة وضخامة العمليات الحسابية المطلوبة ولم يكن ممكناً برمجة مسار الطائرات أو قيادتها آلياً لولا تطور استخدام الحاسوب والأتمتة.
الأتمتة في مجالات أخرى: تستخدم الأتمتة أيضاً في إدارة الأعمال وصناعة الإِسمنت ومختلف الصناعات النسيجية والصناعات الإِلكترونية وفي شبكات المرور وفي القطارات وقطارات الأنفاق وفي غيرها.
الأتمتة في صناعة السيارات: تطورت صناعة السيارات تطوراً مهماً وانعكاس ذلك على تعقيد السيارات المنتجة وغلاء أسعارها. ونتيجة لطبيعة العمل التكرارية في هذه الصناعة لجأت بعض الشركات إلى أتمتة معامل إنتاجها باستخدام وحدات نقل مؤتمتة و«روبوتات» (إِنسان آلي) ذكية تقاد بوساطة حواسيب متقدمة ومزودة بعدد من عناصر التحسس المختلفة للتأكد من صحة العمل المطلوب ودقته. وتبرمج حركة هذه «الروبوتات» بقيادتها يدوياً مرة واحدة عبر مسار محدد، ويختزن الحاسوب في ذاكرته المواقع النسبية لجميع مكونات «الروبوت» ويجبر الحاسوب «الروبوت» على تكرار هذه الحركات في عمليات الإِنتاج بتنفيذ البرنامج الذي اختُزن.
يتألف خط الإِنتاج المؤتمت من محطات كثيرة قد يصل عددها إِلى المئات ويمر فيها سير نفّال، وهذه المحطات هي «روبوتات» تقوم بوظائف مختلفة، منها ما هو مسؤول عن ترتيب القطع المراد تجميعها ويكون مزوداً بكاميرات تلفزيونية تمكنه من تعرّف القطع ووصفها وصفاً صحيحاً مستخدماً خوارزميات برمجية معقدة، ومنها ما يناط به مهمة لحم القطع نقطياً ومن ثم اختبار جودة هذا اللحم باستخدام تقنيات ليزرية وغيرها، ومنها ما هو مسؤول عن دهن السيارة باستخدام نافثات الدهان المؤتمتة (جزء من الروبوت)، ومنها ما يكون مسؤولاً عن شد اللوالب الرابطة شداً دقيقاً. ويكون دور الإِنسان التأكد من صحة العمل في نهاية خط الإِنتاج. ويقوم الحاسوب أو مجموعة الحواسيب بالإِشارة إلى أي خطأ يرتكب في الإِنجاز بإِعطاء إِشارات مناسبة أو كتابة رسالة على ورق الطابعة الملحقة.
الأتمتة في توليد الطاقة الكهربائية وتوزيعها: لقد ازداد عدد محطات التوليد الكهربائية في معظم البلدان. واختلفت كثيراً في أنواعها.
وازدادت المسألة تعقيد أمام الحاجة إلى ربط مولدات الطاقة جميعها على اختلاف صخامتها وأنواعها (مائية، بخارية، نووية) في شبكة واحدة وتوفير التزامن اللازم بينها لضماتن نقل الطاقة وتوزيعها توزيعاً جيداً. ولهذا كان إيجاد منظومات مؤتمتة تضمن توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها من دون انقطاع أمراً ملحاً. ويعد بدء الإقلاع في مولدات الطاقة الكهربائية العالية الاستطاعة (ميغاواط)، ومدد توقف هذه المولدات، مراحل حرجة يجب أن يراقب فيها أداء كل مولد على حدة مراقبة جيدة من حيث السرعة والتردد والتحريض والتوتر وفرق الطور، إِذ يجب أن يتم وصل المولد مع شبكة التوزيع الكهربائية أو فصله عنها بدقة عالية من التوافق والتزامن لتكون الطاقة الكهربائية المولدة متفقة في الطور مع التي في الشبكة وإلا فسيجهد المولد والشبكة. ويتطلب تحقيق هذا التوافق في الطور مراقبة عدد كبير من المتغيرات في أثناء زمني الإِقلاع والتوقف مراقبةً يعجز الإِنسان عن القيام بها يدوياً وتصبح الأتمتة أمراً ضرورياً. فمثلاً يبلغ عدد المتغيرات التي يراقبها تحكم مؤقت في محطة كهربائية ذات عنفة بخارية باستطاعة 300 ميغاواط 600 متغير (دخل) مثل درجات الحرارة والضغط وسرعة الدوران وأوضاع المفاتيح وغيرها. وفي محطة توليد نووية يتضاعف عدد هذه المتغيرات لتصبح الحاجة إلى نظام مؤتمت متكامل ومحوسب، يؤلف باستخدام برنامج مناسب منظومة خبيرة expert system، ضرورة لاغنى عنها. وتتم مراقبة جميع العمليات المؤتمتة من مركز التحكم الرئيسي الموجود في كل محطة. ودور الأتمتة في توليد الطاقة الكهربائية ونقلها أساسي نتيجة لتعدد محطات التوليد وتنوعها وتباعدها في البلد الواحد وبين عدة دول مرتبطة بشبكات من خطوط التوتر العالي جداً. ولهذا تعتمد جميع الدول على مراكز تنسيق وترحيل dispactching centers محوسبة وموزعة في مواقع محددة تحقق ما يلي:
ـ السيطرة على توزّع الأحمال load flow من الناحية الاقتصادية والفنية بالاعتماد على تشغيل المحطات الأقل كلفة.
ـ ضمان الاستقرار الديناميّ في حال حدوث عطل في أحد الخطوط أو إِحدى المحطات.
ـ تنظيم التوتر على قضبان التجمع bass bar في محطات التوليد ومراكز الاستهلاك عن طريق التحكم في نسب تحويل المحولات وتوليد الاستطاعة الردّية reactive power.
الأتمتة في الصناعات الكيمياوية: تتطلب معظم الصناعات الكيمياوية دقة في المعايرة والقياس. وأي خطأ يرتكب في المعالجة يكون مكلفاً جداً. ويتطلب بعضها أيضاً شروطاً محيطية (من حرارة أو وسائط تفاعل أو مواد وسيطة خطرة أو غيرها) تجعل وجود الإِنسان في مكان التفاعل أمراً فيه خطر كبير على سلامته. ولهذا كان من الضروري أتمته معظم الصناعات الكيمياوية باستخدام «روبوتات» وحواسيب وأجهزة مناولة مختلفة، كما في صناعة الأسمدة وصناعة المتفجرات والصناعات البتروكيمياوية.
وتتألف أي منظومة بتروكيمياوية متقدمة من عدة وحدات للمعالجة بغية إنتاج أكثر من 20 نوعاً من المنتجات البتروكيمياوية. وتقسم هذه الوحدات إلى مجموعات تخصصية يُسيّر كلاً منها حاسوب يراقب سويات الإِنذار وتوصيفها لأكثر من 2000 متغير من محددات الإِنتاج مثل التدفق والضغط ودرجة الحرارة والكثافة ومستوى السائل والتركيب الكيمياوي وغيرها ويتحكم فيها. ويتم ذلك دورياً وفي أزمان قصيرة نسبياً (بضع ثوان). ويبين الشكل 3 مخططاً صندوقياً يظهر منظومة بتروكيمياوية نموذجية. ويشرف على عمل جميع هذه الحواسيب المتخصصة ومراقبتها حاسوب مركزي تكون الغاية منه جعل إِنتاجية كل وحدة كيمياوية أعظمية كماً ونوعاً، ويستطيع إصدار الأوامر إلى جميع الحواسيب المتخصصة لتغيير مواصفات المنظومة لمواجهة أي حالة طارئة بإِصدار إِشارات الإِنذار لعناصر المراقبة والتنسيق.
الأتمتة في الطيران والفضاء: إن ما يشاهد الآن من تطور كبير في الطيران وغزو الفضاء الخارجي هو نتيجة مباشرة لتطبيقات الأتمتة في تصميم المركبات الفضائية وعملها ووسائل الاتصال بها من مراكز الاتصال والمراقبة إلى محطات الإِقلاع والهبوط. فالتحكم في طائرة بسيطة يتطلب عمليات معقدة من قياس ومراقبة وتغذية خلفيةٍ وغيرها. وقد يبلغ عدد هذه المتغيرات عدة آلاف في الصواريخ العابرة للقارات أو المحطات الفضائية، ويستحيل في هذه الحال تحقيق أي تحكم يدوي نظراً إلى متطلبات السرعة والدقة وضخامة العمليات الحسابية المطلوبة ولم يكن ممكناً برمجة مسار الطائرات أو قيادتها آلياً لولا تطور استخدام الحاسوب والأتمتة.
الأتمتة في مجالات أخرى: تستخدم الأتمتة أيضاً في إدارة الأعمال وصناعة الإِسمنت ومختلف الصناعات النسيجية والصناعات الإِلكترونية وفي شبكات المرور وفي القطارات وقطارات الأنفاق وفي غيرها.
محاذير الأتمتة
إن للأتمتة مساوئها أيضاً، فهي تتطلب استثماراً كبيراً في التجهيزات يستلزم مدة طويلة من الاستعمال المكثف لاسترداد الأموال المستثمرة. وباستثناء البرامج القابلة للاختيار، قد يكون هناك عدم مرونة في التصنيع، إِذ تجمد تصاميم الإِنتاج مدداً طويلة. وهذا النقص في المرونة في التصنيع قد يكون خطراً في صناعة يكون التغيير فيها سريعاً أو غير قابل للتنبؤ به. ولا تستطيع الإِدارة في أثناء ركود الأعمال أو في المدد الي ينخفض فيها حجم الإِنتاج، أن توقف خط إِنتاج مؤتمت وتستخدمه فوراً في عمل آخر. ويمكن أن يؤدي الأمر إلى خسارات مالية كبيرة. ويميل اعتماد بعض التجهيزات على بعضها الآخر اعتماداً متداخلاً إلى جعل المنظومة معتمدة على أضعف عنصر فيها، ويكون إخفاق التجهيزات إِخفاقاً تراكمياً، إِذ إِن إِخفاقاً واحداً يمكن أن يوقف خط الإِنتاج كله. وتميل تكاليف صيانة الأدوات وتبديلها إلى الارتفاع، لأن الأدوات كلها يجب أن تفكك في آن واحد لأغراض معينة في مدد منتظمة سواء أكانت هذه الأدوات بحاجة إلى ذلك أم لم تكن (صيانة وقائية).
والسيئة الكبرى التي تسببها عملية إِدخال الأتمتة بسرعة من الناحية الاجتماعية هي البطالة، إِذ إِن الأتمتة تحذف أعمالاً عدة وبالتالي يفقد عدد كبير من العمال أعمالهم السابقة. وإِلى أن تحدث أعمال جديدة لليد العاملة التي فقدت أعمالها السابقة وإِلى أن تطور هذه اليد العاملة مهارتها لتتوافق مع الأعمال الجديدة، يعاني العمال الذين فقدوا أعمالهم نتيجة إِدخال الأتمتة معاناة كبيرة. ولذلك لا ينصح بإِدخال الأتمتة إِلا تدريجياً وببطء، وعندما يوجد نقص في اليد العاملة اللازمة.
إن للأتمتة مساوئها أيضاً، فهي تتطلب استثماراً كبيراً في التجهيزات يستلزم مدة طويلة من الاستعمال المكثف لاسترداد الأموال المستثمرة. وباستثناء البرامج القابلة للاختيار، قد يكون هناك عدم مرونة في التصنيع، إِذ تجمد تصاميم الإِنتاج مدداً طويلة. وهذا النقص في المرونة في التصنيع قد يكون خطراً في صناعة يكون التغيير فيها سريعاً أو غير قابل للتنبؤ به. ولا تستطيع الإِدارة في أثناء ركود الأعمال أو في المدد الي ينخفض فيها حجم الإِنتاج، أن توقف خط إِنتاج مؤتمت وتستخدمه فوراً في عمل آخر. ويمكن أن يؤدي الأمر إلى خسارات مالية كبيرة. ويميل اعتماد بعض التجهيزات على بعضها الآخر اعتماداً متداخلاً إلى جعل المنظومة معتمدة على أضعف عنصر فيها، ويكون إخفاق التجهيزات إِخفاقاً تراكمياً، إِذ إِن إِخفاقاً واحداً يمكن أن يوقف خط الإِنتاج كله. وتميل تكاليف صيانة الأدوات وتبديلها إلى الارتفاع، لأن الأدوات كلها يجب أن تفكك في آن واحد لأغراض معينة في مدد منتظمة سواء أكانت هذه الأدوات بحاجة إلى ذلك أم لم تكن (صيانة وقائية).
والسيئة الكبرى التي تسببها عملية إِدخال الأتمتة بسرعة من الناحية الاجتماعية هي البطالة، إِذ إِن الأتمتة تحذف أعمالاً عدة وبالتالي يفقد عدد كبير من العمال أعمالهم السابقة. وإِلى أن تحدث أعمال جديدة لليد العاملة التي فقدت أعمالها السابقة وإِلى أن تطور هذه اليد العاملة مهارتها لتتوافق مع الأعمال الجديدة، يعاني العمال الذين فقدوا أعمالهم نتيجة إِدخال الأتمتة معاناة كبيرة. ولذلك لا ينصح بإِدخال الأتمتة إِلا تدريجياً وببطء، وعندما يوجد نقص في اليد العاملة اللازمة.
الاستشعار من البعد
الاستشعار من البعد والتصوير الفوتوجرافي الجوي أو الفضائي مترادفات تعنى التعرف على شيء ما مستعانا بأجهزة تصوير دون ملامسته وتعبر عن تقنية واحدة تعتمد على أساس نظرى واحد وهو أن رؤية أي جسم بعين الإنسان تعتمد على استقبال العين للأشعة المرئية المنعكسة أو المنبعثة من سطح الجسم على شبكية العين مارةً خلال عدسة العين، ولذلك أصبحت كلمة «استشعار من بعد» تكافىء «حاسة الرؤية» عند الإنسان، وأصبحت آلة التصوير مكافئة لعين الإنسان، وإن اختلفت في بعض تفصيلاتها لتصبح قادرة على استقبال الأشعة المرئية التي تحسها عين الإنسان بالإضافة إلى باقي أحزمة الأشعة غير المرئية التي تحسها عين الإنسان بالإضافة إلى باقي أحزمة الأشعة غير المرئية لعين الإنسان التي يحتويها حزام أطياف الموجات الكهرومغنطيسية (Electromagnetic spectrum) سواء قصيرة الطول الموجى (عالية التردد) مثل الأشعة فوق البنفسجية أو طويلة الموجات (منخفضة التردد) مثل الأشعة تحت الحمراء والميكروويف وموجات الراديو والرادار.
مع التقدم الكبير في تقنيات التصوير والاتصالات غير السلكية، تطورت آلة التصوير ونقل الصورة من الطائرة أو القمر الصناعي إلى محطات استقبال أرضية لتصبح أمراً ميسراً.
تطبيقات الاستشعار من البعد: تستخدم تقنية الاستشعار من البعد في تصوير سطح الكرة الأرضية من أرض وبحر وجبل وسهل، وزرع وعمران وكثبان ومناطق عسكرية ومواقع استراتيجية، كما تستخدم في تصوير الغلاف الجوي حول الأرض وحول الكواكب والتوابع مثل الزهرة والمريخ والقمر.
وكما أن هذه التقنية قد استخدمت لرصد الظواهر الثابتة وتسجيل التغيرات الحادثة على سطح الأرض فقد أصبحت أداة هامة في التنبؤ بشكل سطح الأرض بأرضه وشواطئه وبحاره وبحيراته ومصادره الطبيعية الحية والجامدة، وتأثير النشاط الإنساني والمخاطر الطبيعية عليه وذلك من خلال حساب معدلات التغير المسجل في سنوات سابقة وتقدير نتائجه بعد عشرات السنوات القادمة مع أخذ المتغيرات المتوقعة والمنتظرة في الحسبان.
لذلك كله اتسعت دائرة تطبيقات الاستشعار من البعد في كل مجالات النشاط الإنساني العسكري والمدني والهندسي والعمراني والجيولوجي والزراعي والصناعي والبيئي والتنموى بل وتعداها إلى التخطيط الاستراتيجي والحماية من أضرار المخاطر الطبيعية مثل البراكين والزلازل والسيول والعواصف وتقدير التغير البيئي المتوقع في البر والبحر والجو وفي العمار والقفار على السواء.
أنواع تقنية الاستشعار من البعد: تتعدد تقنيات الاستشعار من البعد إما بتعدد ترددات الأطياف الكهرومغنطيسية أو حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه أو حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه أو حسب أسلوب التصوير نفسه. في الحالة الأولى يمكن تصوير سطوح الأجسام في الضوء المرئى أو في أحد الأطياف المكونة منه مثل الطيف الأخضر أو الأزرق أو الأحمر، كما يمكن التصوير بأطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة منها والبعيدة على السواء، وأيضاً يتم التصوير في نطاق أطياف أشعة الراديو أو الرادار، ويمكن التحكم في ذلك بوضع مرشحات لموجات ذات تردد معين أمام عدسة الكاميرا أو آلة التصوير وأفلام حساسة لهذه الأطياف أما إذا كان التصنيف حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه فذلك يعنى تحديد نوع هذه الأشعة منعكسة كانت أم منبعثة. ففي حالة الأشعة المنعكسة يستلزم أن يكون هناك مصدر لهذه الأشعة مثل الشمس، وفي حالة الأشعة المنبعثة من الجسم فلا يحتاج لمصدر طيفي، وهذا ما يحدث في التصوير الليلي.
في الحالة الثالثة للتصنيف حسب أسلوب التصوير ذاته، فيعني بها استخدام آلة تصوير متعددة العدسات تتيح عدة صور في أطياف مختلفة التردد لنفس الجسم في نفس اللحظة وهو ما يطلق عليه آلة التصوير الماسحة متعددة الأطياف (MSS) (Multispectral ner) أو آلة التصوير التصنيفي النوعي (TM) (Thematic Mapper) أو آلة التصوير للأشعة المرتدة (RBV) (Return Beam Vedicom) .
أيضاً تم تصنيف تقنية الاستشعار من البعد حسب المسافة الفاصلة بين آلة التصوير والجسم المراد تصويره كما يلي:
1 ـ الاستشعار من البعد من الأقمار الصناعية «التصوير الفضائي» وتقاس المسافة بمئات الكيلومترات. 2 ـ التصوير الجوي من الطائرات وتقاس المسافة بعشرات الكيلومترات. 3 ـ التصوير من محطات ثابتة مثل الأبراج وناطحات السحاب وتقاس المسافة بآحاد الكيلومترات وكسورها.
مع التقدم الكبير في تقنيات التصوير والاتصالات غير السلكية، تطورت آلة التصوير ونقل الصورة من الطائرة أو القمر الصناعي إلى محطات استقبال أرضية لتصبح أمراً ميسراً.
تطبيقات الاستشعار من البعد: تستخدم تقنية الاستشعار من البعد في تصوير سطح الكرة الأرضية من أرض وبحر وجبل وسهل، وزرع وعمران وكثبان ومناطق عسكرية ومواقع استراتيجية، كما تستخدم في تصوير الغلاف الجوي حول الأرض وحول الكواكب والتوابع مثل الزهرة والمريخ والقمر.
وكما أن هذه التقنية قد استخدمت لرصد الظواهر الثابتة وتسجيل التغيرات الحادثة على سطح الأرض فقد أصبحت أداة هامة في التنبؤ بشكل سطح الأرض بأرضه وشواطئه وبحاره وبحيراته ومصادره الطبيعية الحية والجامدة، وتأثير النشاط الإنساني والمخاطر الطبيعية عليه وذلك من خلال حساب معدلات التغير المسجل في سنوات سابقة وتقدير نتائجه بعد عشرات السنوات القادمة مع أخذ المتغيرات المتوقعة والمنتظرة في الحسبان.
لذلك كله اتسعت دائرة تطبيقات الاستشعار من البعد في كل مجالات النشاط الإنساني العسكري والمدني والهندسي والعمراني والجيولوجي والزراعي والصناعي والبيئي والتنموى بل وتعداها إلى التخطيط الاستراتيجي والحماية من أضرار المخاطر الطبيعية مثل البراكين والزلازل والسيول والعواصف وتقدير التغير البيئي المتوقع في البر والبحر والجو وفي العمار والقفار على السواء.
أنواع تقنية الاستشعار من البعد: تتعدد تقنيات الاستشعار من البعد إما بتعدد ترددات الأطياف الكهرومغنطيسية أو حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه أو حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه أو حسب أسلوب التصوير نفسه. في الحالة الأولى يمكن تصوير سطوح الأجسام في الضوء المرئى أو في أحد الأطياف المكونة منه مثل الطيف الأخضر أو الأزرق أو الأحمر، كما يمكن التصوير بأطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة منها والبعيدة على السواء، وأيضاً يتم التصوير في نطاق أطياف أشعة الراديو أو الرادار، ويمكن التحكم في ذلك بوضع مرشحات لموجات ذات تردد معين أمام عدسة الكاميرا أو آلة التصوير وأفلام حساسة لهذه الأطياف أما إذا كان التصنيف حسب نوع الأشعة المستقبلة من الجسم المراد التعرف عليه فذلك يعنى تحديد نوع هذه الأشعة منعكسة كانت أم منبعثة. ففي حالة الأشعة المنعكسة يستلزم أن يكون هناك مصدر لهذه الأشعة مثل الشمس، وفي حالة الأشعة المنبعثة من الجسم فلا يحتاج لمصدر طيفي، وهذا ما يحدث في التصوير الليلي.
في الحالة الثالثة للتصنيف حسب أسلوب التصوير ذاته، فيعني بها استخدام آلة تصوير متعددة العدسات تتيح عدة صور في أطياف مختلفة التردد لنفس الجسم في نفس اللحظة وهو ما يطلق عليه آلة التصوير الماسحة متعددة الأطياف (MSS) (Multispectral ner) أو آلة التصوير التصنيفي النوعي (TM) (Thematic Mapper) أو آلة التصوير للأشعة المرتدة (RBV) (Return Beam Vedicom) .
أيضاً تم تصنيف تقنية الاستشعار من البعد حسب المسافة الفاصلة بين آلة التصوير والجسم المراد تصويره كما يلي:
1 ـ الاستشعار من البعد من الأقمار الصناعية «التصوير الفضائي» وتقاس المسافة بمئات الكيلومترات. 2 ـ التصوير الجوي من الطائرات وتقاس المسافة بعشرات الكيلومترات. 3 ـ التصوير من محطات ثابتة مثل الأبراج وناطحات السحاب وتقاس المسافة بآحاد الكيلومترات وكسورها.
التكنولوجيا الملائمة
Appropriate Technology
Appropriate Technology
يقصد بالتكنولوجيا الملائمة «تطبيق مجتمع محدد لعلوم الطبيعة بحثاً عن حلول لمشكلات محددة يواجهها، معتمداً على الإمكانات المتاحة له مستلهما القيم الحضارية التي يؤمن بها». فكل منتج من منتجات التكنولوجيا ظاهرة اجتماعية يحمل في ثناياه طابع المجتمع الذي أفرزه ولذلك فإن فاعليته تقترن بتوافر البيئة التي نشأ فيها وتتدهور إذا تخلفت معالم تلك البيئة. لذلك كانت فاعلية أي أسلوب في الإنتاج أو الخدمات تتوقف على مدى ملاءمته لظروف المجتمع المحدد الذي يطبق فيه. ولا شك في تنوع وتعدد هذه الظروف، ومع ذلك يمكن القول إن التكنولوجيا الملائمة هي التي تستجيب لكل من الندرة النسبية لعوامل الإنتاج والبيئة الطبيعية والبيئة الحضارية واستراتيجية التنمية.
ومع ذلك، يثير مفهوم التكنولوجيا بعض اللبس. فبعض الكتاب في الدول النامية يخلطون بين التكنولوجيا الملائمة وبين التكنولوجيا صغيرة النطاق، منخفضة الإنتاجية كثيفة العمل، التي تعمل على استمرار التخلف وتبعية الدول النامية التكنولوجية للدول الصناعية المتقدمة ولقد نتج هذا الخلط عن التفسير لمفهوم التكنولوجيا الملائمة. فأولئك الذين يربطون التكنولوجيا الملائمة بالوسائل المتخلفة، يخلطون عادة بين الطابع المتقدم للتكنولوجيا كبيرة النطاق والأصل الفرعي لها ويجهلون حقيقة أن تصميم وتطوير التكنولوجيا الملائمة الجديدة أو تطويع وتحديث التكنولوجيا القائمة قد يكون حديثاً ومعقداً شأنه شأن أي اختراع زراعي أو صناعي حديث. ولقد أسهم في حدوث هذا اللبس أيضاً وضع عديد من المنظمات والمجموعات التي تبحث في مجال التكنولوجيا الملائمة أهمية كبيرة على أنواع التكنولوجيا صغيرة النطاق والوسيطة وكثيفة العمل، وكان ذلك نتيجة اتجاه الدول النامية في السنوات الأخيرة لاستيراد التكنولوجيا كثيفة رأس المال غير الملائمة من الدول الصناعية المتقدمة.
ومع ذلك، يثير مفهوم التكنولوجيا بعض اللبس. فبعض الكتاب في الدول النامية يخلطون بين التكنولوجيا الملائمة وبين التكنولوجيا صغيرة النطاق، منخفضة الإنتاجية كثيفة العمل، التي تعمل على استمرار التخلف وتبعية الدول النامية التكنولوجية للدول الصناعية المتقدمة ولقد نتج هذا الخلط عن التفسير لمفهوم التكنولوجيا الملائمة. فأولئك الذين يربطون التكنولوجيا الملائمة بالوسائل المتخلفة، يخلطون عادة بين الطابع المتقدم للتكنولوجيا كبيرة النطاق والأصل الفرعي لها ويجهلون حقيقة أن تصميم وتطوير التكنولوجيا الملائمة الجديدة أو تطويع وتحديث التكنولوجيا القائمة قد يكون حديثاً ومعقداً شأنه شأن أي اختراع زراعي أو صناعي حديث. ولقد أسهم في حدوث هذا اللبس أيضاً وضع عديد من المنظمات والمجموعات التي تبحث في مجال التكنولوجيا الملائمة أهمية كبيرة على أنواع التكنولوجيا صغيرة النطاق والوسيطة وكثيفة العمل، وكان ذلك نتيجة اتجاه الدول النامية في السنوات الأخيرة لاستيراد التكنولوجيا كثيفة رأس المال غير الملائمة من الدول الصناعية المتقدمة.
النمذجة والمحاكاة
أدخل التطور التقني الكبير في هندسة الحاسوب وعلومه في الأعوام الأخيرة مفاهيم جديدة في الأتمتة، منها تخطيط الأتمتة قبل إِنجازها إذ أصبحت أتمتة أي عملية أو منظومة تمر بمرحلتين أساسيتين هما النمذجة modeling والمحاكاة simulation قبل البدء بتنفيذ تلك المنظومة. والنمذجة هي المرحلة التي يتم فيها بناء نموذج رياضي للمنظومة المطلوبة أتمتتها يصف سلوكها الدينامي وصفاً كاملاً. ويتم إنجاز ذلك باستخدام عدة طرائق رياضية تعتمد على مبدأ حفظ مصونية الطاقة وعلى بنيتها الدينامية وطريقة ترابط العناصر المكونة لها. أما المحاكاة فتتضمن بناء منظومة مصغّرة، لها مواصفات المنظومة الأصلية نفسها المطلوبة أتمتتها وتحاكيها في السلوك. ويمكن إنجاز ذلك ببناء نموذج إلكتروني مخبري باستخدام العناصر الإِلكترونية الفعالة المتوافرة أو باستخدام الحاسوب وكتابة برنامج بإِحدى لغات البرمجة المعتمدة، ثم تشغيل هذا النموذج بالشروط المحيطية نفسها المطلوب تشغيل المنظومة الأصلية فيها.
والفائدة من إجراء النمذجة والمحاكاة قبل إنجاز الأتمتة هي اختصار مراحل الإِنجاز، والتثبت من صحة النتيجة النهائية لعمل المنظومة. ويمكن تصحيح أي خطأ وظيفي بضبط النموذج الرياضي المستعمل وبتعديل البرنامج بلا أي كلفة إِضافية، في حين إن كشف مثل هذه الطريقة يوجب تغيير بعض أجزاء المنظومة أو طريقة ربطها وهذا مكلف جداً في المنظومات المعقدة.
والفائدة من إجراء النمذجة والمحاكاة قبل إنجاز الأتمتة هي اختصار مراحل الإِنجاز، والتثبت من صحة النتيجة النهائية لعمل المنظومة. ويمكن تصحيح أي خطأ وظيفي بضبط النموذج الرياضي المستعمل وبتعديل البرنامج بلا أي كلفة إِضافية، في حين إن كشف مثل هذه الطريقة يوجب تغيير بعض أجزاء المنظومة أو طريقة ربطها وهذا مكلف جداً في المنظومات المعقدة.
الهندسة
مهنة تهيِّىء المعرفة العلمية للتطبيق العملي.
ولقد تطورت معظم المجالات التخصصية في الهندسة منذ حوالي عام 1750م.
وتظهر اليوم باستمرار مجالات هندسية جديدة نتيجة للطفرات العلمية والتقنية.
كهندسة الفضاء الجوي والهندسة الطبية الحيوية والهندسة الكيميائية والهندسة المدنية والهندسة الكهربائية والهندسة البيئية والهندسة الصناعية وهندسة المواد والهندسة الميكانيكية والهندسة النووية.
المجالات التخصصية الآخرى: تركز بالذات على أكثر من مجالات محددة من الهندسة أكثر مما تتيحه الفروع الرئيسية. ويضم هذا الجزء بضعة تخصصات هامة.
هندسة الصوت والهندسة الزراعية وهندسة الحاسوب والهندسة البحرية وهندسة المحيطات وهندسة النفط (البترول وهندسة النسيج وهندسة النقل.
ولقد تطورت معظم المجالات التخصصية في الهندسة منذ حوالي عام 1750م.
وتظهر اليوم باستمرار مجالات هندسية جديدة نتيجة للطفرات العلمية والتقنية.
كهندسة الفضاء الجوي والهندسة الطبية الحيوية والهندسة الكيميائية والهندسة المدنية والهندسة الكهربائية والهندسة البيئية والهندسة الصناعية وهندسة المواد والهندسة الميكانيكية والهندسة النووية.
المجالات التخصصية الآخرى: تركز بالذات على أكثر من مجالات محددة من الهندسة أكثر مما تتيحه الفروع الرئيسية. ويضم هذا الجزء بضعة تخصصات هامة.
هندسة الصوت والهندسة الزراعية وهندسة الحاسوب والهندسة البحرية وهندسة المحيطات وهندسة النفط (البترول وهندسة النسيج وهندسة النقل.
الهندسة البحرية
تختص بتصميم وإنشاء وإصلاح السفن والغواصات. ويعمل المهندسون البحريون على تطوير تسهيلات الموانىء.
الهندسة البيئية
تختص بالمجهودات التي تمنع تلوث الهواء والماء والتربة والتلوث بالضجيج وتتحكم فيها. ويطور المهندسون البيئيون المعدات لقياس مستويات التلوث، ويقومون بإجراء التجارب لتقدير تأثيرات أنواع الملوثات المختلفة. كما يطورون أيضاً التقنيات لحماية الأرض من التلوث.
الهندسة الزراعية
تتناول تصميم مباني المزرعة والآلات الزراعية وكبح التعرية والري ومشروعات صيانة الأرض. ويختص المهندسون الزراعيون أيضاً بمعالجة ونقل وخزن المنتجات الزراعية.
الهندسة الصناعية
تطبق أساليب التحليل الهندسي في إنتاج البضائع والخدمات. ويُقدّر المهندسون الصناعيون أكثر الطرق اقتصاداً وكفاءة للمنشأة بالنسبة لاستخدمات الناس والآلات والمواد. وقد يختار المهندس الصناعي موقع المنشأة أو المكاتب، ويُقدّر احتياجات الموظفين، ويختار المعدات والآلات، ويخطط ساحات العمل، ويخطط مراحل العمليات. كذلك يُطور المهندسون الصناعيون برامج التدريب وتقويم الوظيفة ويعدّون مواصفات الأداء، ويساعدون في تقدير الأجور ومنافع المستخدمين. كما أنهم يعملون على حل مشاكل مثل التكاليف المرتفعة والإنتاج المنخفض ونوعية المنتج الرديئة.
الهندسة الكهربائية
تختص بتطوير وإنتاج واختبار الأجهزة والمعدات الكهربائية والإلكترونية. وتتضمن هذه المعدات؛ المولدات التي تدار بالقوى المائية والفحم الحجري والنفط والوقود النووي، وشبكات نقل الكهرباء والمحولات. وكذلك يطورون نظم الإشعال المستخدمة في محركات السيارات والطائرات والمحركات الأخرى. كما يعملون على تحسين الأجهزة الكهربائية مثل مكيفات الهواء وأجهزة إعداد الأغذاية والمكانس الكهربائية.
ويُطلق على المهندسين الكهربائيين الذين يتخصصون في المعدات الإلكترونية اسم مهندسي الإلكترونيات. ويؤدي مهندسو الإلكترونيات دوراً أساسياً في إنتاج أقمار الاتصالات الصناعية والحواسيب والروبوتات الصناعية والأجهزة الطبية والعلمية ونظم التحكم في القذائف والرادار والراديو وأجهزة التلفاز. ويطور بعض المهندسين في مجال الإلكترونيات الخطط الرئيسية لأجزاء ووصلات الدوائر المدمجة المصغرة جداً التي تحكم الإشارات الكهربائية في معظم الأجهزة الإلكترونية. ويقوم كثير من مهندسي الإلكترونيات بتصميم وبناء وبرمجة أنظمة الحاسوب المعقدة لتؤدي مهامَّ خاصة. ويعتبر الاتصال عن بُعد، وإرسال واستقبال الرسائل عبر المسافات الطويلة، تخصصاً آخر كبيراً من تخصصات الهندسة الإلكترونية.
ويُطلق على المهندسين الكهربائيين الذين يتخصصون في المعدات الإلكترونية اسم مهندسي الإلكترونيات. ويؤدي مهندسو الإلكترونيات دوراً أساسياً في إنتاج أقمار الاتصالات الصناعية والحواسيب والروبوتات الصناعية والأجهزة الطبية والعلمية ونظم التحكم في القذائف والرادار والراديو وأجهزة التلفاز. ويطور بعض المهندسين في مجال الإلكترونيات الخطط الرئيسية لأجزاء ووصلات الدوائر المدمجة المصغرة جداً التي تحكم الإشارات الكهربائية في معظم الأجهزة الإلكترونية. ويقوم كثير من مهندسي الإلكترونيات بتصميم وبناء وبرمجة أنظمة الحاسوب المعقدة لتؤدي مهامَّ خاصة. ويعتبر الاتصال عن بُعد، وإرسال واستقبال الرسائل عبر المسافات الطويلة، تخصصاً آخر كبيراً من تخصصات الهندسة الإلكترونية.
الهندسة الكيميائية
تختص بمعالجة المواد الكيميائية والمنتجات الكيميائية بكميات تجارية كبيرة لاستخدامات الصناعة والمستهلك. ويختص المهندسون الكيميائيون بالعمليات الكيميائية التي تحول المواد الخام إلى منتجات نافعة. وهم يخططون ويصممون ويساعدون في تشييد المصانع والمعدات الكيميائية ويعملون لتطوير وسائل إنتاج فَعَّالة واقتصادية. ويعمل المهندسون الكيميائيون أيضاً في صناعات مثل صناعة أدوات الزينة والأدوية والمفرقعات والأسمدة والمنتجات الغذائية والوقود والبلاستيك والصابون.
الهندسة المدنية
أقدم فروع الهندسية الرئيسية. وتتضمن التصميم والإشراف على تنفيذ المشروعات الإنشائية الكبرى مثل الجسور والقنوات والسدود والأنفاق ونظم الإمداد بالمياه.
الهندسة الميكانيكية
تشمل إنتاج القدرة الميكانيكية ونقلها واستخدامها. يصمم المهندسون الميكانيكيون كافة أنواع الآلات ويشغلونها ويختبرونها. وهم يطورون ويبنون المحركات التي تولد القدرة من البخار والنفط والوقود النووي ومصادر أخرى للطاقة. ويطورون ويبنون أيضاً أنواعاً كثيرة من الآلات التي تستخدم القدرة، متضمنة معدات التدفئة والتهوية والسيارات وعُدَد الآلات ومعدات العمليات الصناعية. ويشترك المهندسون الميكانيكيون في أية مرحلة من مراحل تطوير الآلات: من إنشاء النموذج التجريبي، إلى تركيب الآلة تامة الصنع، وتدريب العمال الذين يستخدمونها.
الهندسة النووية
تختص بإنتاج واستخدام الطاقة النووية واستخدامات الطاقة الإشعاعية والمواد المشعة. ويصمم معظم المهندسين النوويين محطات القدرة النووية التي تولد الكهرباء، ويقومون بتشييدها وتشغيلها. وهم يتناولون كل مرحلة من مراحل إنتاج الطاقة النووية: من معالجة الوقود النووي إلى التخلص من النفايات المشعة الناتجة عن المفاعلات النووية. ويعملون أيضاً على تحسين وتطبيق معايير الأمان، وتطوير أنواع جديدة من نظم الطاقة النووية.
كما يقوم المهندسون النوويون ببناء وتصميم المحركات النووية للسفن والغواصات والمركبات الفضائية. ويطورون الاستخدامات الصناعية والطبية والعلمية للطاقة الإشعاعية والمواد المشعّة. ويتخصص بعض المهندسين النوويين في تصميم وتشييد مُعجلات الجُسيمات، تلك الأجهزة التي تستخدم في الدراسات العلمية للذرة وفي إيجاد عناصر جديدة. كما يتخصص مهندسون نوويون آخرون في تطوير الأسلحة النووية. ويؤدي المهندسون النوويون أيضاً دوراً في تطوير المصادر المشعّة والكاشفات ومعدات حجب الإشعاع. وغالباً ما يتداخل عمل المهندسين النوويين مع عمل المهندسين الكهربائيين والبيئيين والميكانيكيين ومهندسي المواد.
كما يقوم المهندسون النوويون ببناء وتصميم المحركات النووية للسفن والغواصات والمركبات الفضائية. ويطورون الاستخدامات الصناعية والطبية والعلمية للطاقة الإشعاعية والمواد المشعّة. ويتخصص بعض المهندسين النوويين في تصميم وتشييد مُعجلات الجُسيمات، تلك الأجهزة التي تستخدم في الدراسات العلمية للذرة وفي إيجاد عناصر جديدة. كما يتخصص مهندسون نوويون آخرون في تطوير الأسلحة النووية. ويؤدي المهندسون النوويون أيضاً دوراً في تطوير المصادر المشعّة والكاشفات ومعدات حجب الإشعاع. وغالباً ما يتداخل عمل المهندسين النوويين مع عمل المهندسين الكهربائيين والبيئيين والميكانيكيين ومهندسي المواد.
الهندسة الطبية الحيوية
تطبق التقنيات الهندسية على المعضلات المتعلقة بالصحة. ويطور مهندسو الطب الحيوي الوسائل المساعدة للصُّمِّ والعُمْي. كما أنهم يتعاونون مع الأطباء والجراحين لتصميم الأطراف والأعضاء الاصطناعية والوسائل والآلات الأخرى التي تساعد أو تعوض الأجزاء المريضة أوالتالفة من الجسم. كما يساعد مهندسو الطب الحيوي في إنتاج أنواع كثيرة من العُدَد الطبية، بدءاً من أجهزة قياس ضغط الدم ومعدل النبض إلى الجراحة بالليزر. ويتخصص بعض مهندسي الطب الحيوي في برمجة نظم الحاسوب التي تبين صحة المريض أو تحلل مُعطيات طبية معقدة. كما يتعاون غيرهم مع معماريين وأطباء وممرضات وغيرهم من المختصين في تصميم المستشفيات والمراكز الصحية الاجتماعية.
وعند اختيار مواد الوسائل المساعدة والأعضاء الاصطناعية، يجب أن يفهم مهندسو الطب الحيوي الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد، وكيفية تفاعلها معاً ومع الجسم أيضاً. ويتركز أحد المجالات الرئيسية في أبحاث الهندسة الطبية الحيوية، على تطوير مواد لا يمكن للجسم أن يطردها وتكون بمثابة أجزاء غريبة.
وعند اختيار مواد الوسائل المساعدة والأعضاء الاصطناعية، يجب أن يفهم مهندسو الطب الحيوي الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد، وكيفية تفاعلها معاً ومع الجسم أيضاً. ويتركز أحد المجالات الرئيسية في أبحاث الهندسة الطبية الحيوية، على تطوير مواد لا يمكن للجسم أن يطردها وتكون بمثابة أجزاء غريبة.
هندسة النقل
تتضمن المجهودات المبذولة لجعل النقل أكثر أماناً وأكثر اقتصاداً وأكثر كفاءة. ويصمم المهندسون في هذا المجال جميع أنواع وسائل النقل ويطورون السبل الميسرة المرتبطة للحد من مشاكل المرور.
هندسة الفضاء الجوي
تتضمن تصميم الطائرات التجارية والعسكرية وإنتاجها وصيانتها. ويؤدي مهندسو الفضاء كذلك دوراً أساسياً في إنتاج وتجميع القذائف الموجهة وجميع طرز السفن الفضائية. ويساعد مهندسو الفضاء الجوي في بناء الأنفاق الهوائية ومعدات الاختبار الأخرى التي يستخدمونها في إجراء التجارب على السفن المقترحة، لتقدير أدائها واتزانها وطرق التحكم فيها تحت ظروف الطيران المختلفة. وتتراوح أبحاث الفضاء الجوي بين المجهودات اللازمة لتصميم طائرة تجارية تكون أهدأ وأكثر اقتصاداً في الوقود، والبحث عن مواد جديدة يمكنها تحمل مستويات الإشعاع العالية ودرجات الحرارة القصوى للطيران في الفضاء.
هندسة المحيطات
تتناول تصميم وإقامة جميع أنواع المعدات المستخدمة في المحيطات. ويشمل نَتاج مهندسي المحيطات تجهيزات الزيت وغيرها من المنشآت البعيدة عن الشاطىء ومعدات البحث البحرية، ونظم كواسر الأمواج المستخدمة في منع تعرية الشواطىء.
هندسة المواد
تتعامل مع تركيب المواد المختلفة وإنتاجها واستخداماتها واستخدامات المواد المختلفة. ويعمل مهندسو المواد بالمواد الفلزية وغير الفلزية. ويحاولون تحسين المواد الموجودة ويطورون استخدامات جديدة لها، بالإضافة إلى تطوير مواد جديدة لتفي بمتطلبات معينة. وتُعتبر هندسة المناجم وهندسة التعدين فرعين رئيسيين من هندسة المواد. ويعمل مهندسو المناجم بالتعاون مع الجُيُولوجين لتحديد أماكن ترسبات المعادن وتخمين كمياتها. ويقررون كيفية استخراج الخام من الأرض ما أمكن بأرخص الطرق وأكثرها كفاءة. ويجب على مهندسي المناجم أن يعرفوا أساسيات الهندسة المدنية والميكانيكية والكهربائية وذلك لتصميم الأنفاق وتهوية المناجم واختيار الآلات الخاصة بالمناجم. وتعالج هندسة التعدين فصل الفلزات من خاماتها وتجهيزها للاستخدام. ويقوم مهندسو التعدين الاستخلاصي بفصل الفلزات من خاماتها وتنقيتها. ويطور مهندسو التعدين الفيزيائي طرقاً لتحويل الفلزات النقية إلى منتجات نهائية يستفاد بها.
هندسة النسيج
تختص بالآلات والعمليات المستخدمة في إنتاج كل من الألياف والأقمشة الطبيعية والاصطناعية. ويعمل مهندسو هذا المجال أيضاً في تطوير منسوجات جديدة ومحسنّة.
هندسة الصوت
تختص بالصوت. ويتضمن عمل مهندسي الصوت تصميم المباني والغرف لجعلها هادئة، وتهيئة الظروف للاستماع للحديث والموسيقى في قاعات الاستماع والصالات، وتطوير التقنيات والمواد الماصة للصوت لتخفيض التلوث الضجيجي.
تكنولوجيا الاتصال الحديثة
N.C.T. New Communication Technology
N.C.T. New Communication Technology
ليس هناك تعريف محدد لعبارة «تكنولوجيا الاتصال الحديثة» رغم ذيوع استخدامها، غير أن مدلولها أصبح ينصب على الوسائل الإلكترونية المستخدمة في الإنتاج والتسجيل الكهرومغنطيسي (الكاسيت الصوتي والفيديو) واسطوانات الليزر، والبث الإذاعي والتلفزيوني، الذي تُوِّج باستخدام الشبكات الفضائية، وشبكات الميكروويف المعتمدة على الترددات عالية القدرة VHF وفائقة القدرة UHF، والشبكات الأرضية التي تستخدم الألياف الضوئية O.F. ذات الكفاءة العالية في حمل العديد من البرامج التفزيونية والإذاعية والمعلومات، هذا بالإضافة إلى استخدام الحاسوب (الكومبيوتر) وما يتصل به من تقنيات.
على أن كلمة «حديثة» في تعريف تكنولوجيا الاتصال، تحمل قدرا كبيراً من النسبية، فهي تتوقف في الدرجة الأولى على مدى تطور المجتمع وأخذه بالأساليب الحديثة في الإنتاج. فما يعتبر من التقنيات التقليدية في المجتمعات المتقدمة، قد يعتبر حديثاً في مجتمعات أقل تقدماً. كما أن النسبية تمتد إلى المرحلة الزمنية من مراحل تطور المجتمع. فما يعتبر حديثاً اليوم، سوف يصبح تقليديا في مرحلة تاريخية تالية، كما يتوقف الأمر كذلك على التقدم الصناعي في انتاج تكنولوجيا الاتصال، وهو تقدم يسير بسرعة كبيرة، فقد تتوقف الصناعة في مرحلة معينة بحكم التطور، عن إنتاج بعض التكنولوجيات الاتصالية التي كانت سائدة في هذه المرحلة، وتقدم بدائلها الأكثر تطوراً، وتترك الأولى للزوال، بحكم عدم توفر مستلزمات تشغيلها.
وتتيح التكنولوجيات الاتصالية الحديثة إمكلانات كبيرة لزيادة حجم إنتاج المواد الإعلامية والثقافية المرئية والمسموعة والمطبوعة، وتبادلها بين الأقطار العربية، ومع الخارج. كما تتيح فرصاً واسعة لاستخدامها للأغراض التعليمية سواء بالنسبة للتعليم النظامي أو التعليم خارج المدرسة. على أنه في الجانب الآخر، أدى استخدام هذه التكنولوجيا المتقدمة إلى زيادة حجم تدفق المواد الإعلامية والتثقافية من الخارج مما يمكن أن يهدد الهوية الثقافية العربية الإسلامية.
على أن كلمة «حديثة» في تعريف تكنولوجيا الاتصال، تحمل قدرا كبيراً من النسبية، فهي تتوقف في الدرجة الأولى على مدى تطور المجتمع وأخذه بالأساليب الحديثة في الإنتاج. فما يعتبر من التقنيات التقليدية في المجتمعات المتقدمة، قد يعتبر حديثاً في مجتمعات أقل تقدماً. كما أن النسبية تمتد إلى المرحلة الزمنية من مراحل تطور المجتمع. فما يعتبر حديثاً اليوم، سوف يصبح تقليديا في مرحلة تاريخية تالية، كما يتوقف الأمر كذلك على التقدم الصناعي في انتاج تكنولوجيا الاتصال، وهو تقدم يسير بسرعة كبيرة، فقد تتوقف الصناعة في مرحلة معينة بحكم التطور، عن إنتاج بعض التكنولوجيات الاتصالية التي كانت سائدة في هذه المرحلة، وتقدم بدائلها الأكثر تطوراً، وتترك الأولى للزوال، بحكم عدم توفر مستلزمات تشغيلها.
وتتيح التكنولوجيات الاتصالية الحديثة إمكلانات كبيرة لزيادة حجم إنتاج المواد الإعلامية والثقافية المرئية والمسموعة والمطبوعة، وتبادلها بين الأقطار العربية، ومع الخارج. كما تتيح فرصاً واسعة لاستخدامها للأغراض التعليمية سواء بالنسبة للتعليم النظامي أو التعليم خارج المدرسة. على أنه في الجانب الآخر، أدى استخدام هذه التكنولوجيا المتقدمة إلى زيادة حجم تدفق المواد الإعلامية والتثقافية من الخارج مما يمكن أن يهدد الهوية الثقافية العربية الإسلامية.
هندسة النفط (البترول)
تختص بإنتاج وخزن ونقل النفط والغاز الطبيعي. ويحدد مهندسو النفط مواقع الرواسب الزيتية والغازية ويحاولون تطوير وسائل تكون أكثر كفاءة للتنقيب والاستخلاص.
تكرير البترول
يتكون البترول من خليط من عدد من الهدروكربونات التي تختلف في طبيعتها وفي خواصها. ولا يمكن استخدام البرتول الخام بحالته التي يستخرج بها من الأرض، بل يجب فصل مكوناته المختلفة وتنقيتها لاستخدام كل منها في غرض من الأغراض، وتعرف هذه العملية بعملية التكرير. ولا يمكن فصل كل هدروكربون من مكونات الزيت الخام على حدة؛ لأن درجات غليان هذه الهدروكربونات متقاربة إلى حد كبير، ولذلك يتم فصل مكونات البترول على هيئة «قطفات» أو أجزاء يغلى كلٌّ منها بين حدّيْن متقاربين من درجات الحرارة، أي بين 100 و150°م مثلاً، وتعرف هذه الطريقة باسم «التقطير التجزيئي». وقد كانت المقطرات الوسطى، قبل عام 1900، هي أهم مقطرات البترول، وكانت تعرف باسم الكيروسين أو البرافين، واستخدمت أساساً في الإنارة، أما المقطرات الخفيفة فقد كانت تحير القائمين على عمليات التقطير؛ فلم تكن هناك حاجة إليها ولم يكونوا يعرفون كيف يتخلصون منها، بل كانوا يعيدونها إلى باطن الأرض في بعض الأحيان. وقد تغير الوضع في مستهل القرن العشرين عندما بدأ استعمال محركات الاحتراق الداخلي، فزاد الطلب على المقطرات الخفيفة، وقل الاعتماد على الكيروسين بعد استخدام الكهرباء.
ويشبه معمل تكرير البترول غابة من الأبراج والخزانات التي تتم فيها عملية التقطير التجزيئي بشكل مستمر؛ فيدخل الزيت الخام في بداية خط التكرير وتخرج المقطرات المطلوبة من نهايته، وبذلك يمكن تكرير آلاف الأطنان من الزيت الخام في اليوم. ويتم أولاً فصل الزيت عن الماء الملح في حقل البترول ثم يفصل ما به من غازات قبل إدخاله إلى أجهزة التقطير، وتُضَمّ هذه الغازات إلى غيراها من الغازات الهدروكربونية لاستعمالها في أغراض أخرى. ويسخن الزيت الخام أولاً بإمراره في أنابيب حلزونية في أفران خاصة حتى ترتفع درجة حرارته إلى 400 ـ 450°م، ثم يدفع خليط السائل والبخار الناتج إلى الجزء الأسفل من برج أو عمود التجزئة. وبرج التجزئة عبارة عن عمود من الصلب أو أسطوانة طويلة تقف في وضع رأسي، وقد يصل ارتفاعها إلى نحو ثلاثين متراً. ويحتوي البرج على عدد من الرفوف المعدنية، ويوجد بكل رف فتحات خاصة تسمح بمرور أبخرة المواد المتطايرة خلالها لتصعد إلى الرفوف الأعلى منها، على حين تتكثف السوائل الأقل تطايراً على سطوحها وترتد إلى الرفوف الواقعة أسفل منها. ويسمح هذا الترتيب لأبخرة المواد المتطايرة بالصعود إلى قمة البرج، بينما تتجمع أبخرة السوائل ذات درجات الغليان المتوسطة على الرفوف الواقعة في منتصف البرج، أما السوائل ذات درجات الغليان المرتفعة فتتجمع بالقرب من قاعدة البرج، وبذلك يمكن الحصول على عدة مقطرات تختلف فيما بينها في درجات غليانها؛ فيفصل الجازولين من قمة البرج، ويفصل الكيروسين من الجزء الواقع أسفل قمة البرج، ثم يلي ذلك المنطقة الوسطى التي تُفصل منها زيوت الوقود، أما المخلقات الثقيلة فتخرج من الجزء الأسفل للبرج. ويتم تقطير هذه الزيوت الثقيلة بعد ذلك تحت ضغط مخلخل حتى لا تتفحم بالحرارة وتفصل منها زيوت التشحيم وشمع البرافين. أما المخلفات الثقيلة فتعامل معاملة خاصة وينتج منها الأسفلت والبتيومين والكوك.
ويشبه معمل تكرير البترول غابة من الأبراج والخزانات التي تتم فيها عملية التقطير التجزيئي بشكل مستمر؛ فيدخل الزيت الخام في بداية خط التكرير وتخرج المقطرات المطلوبة من نهايته، وبذلك يمكن تكرير آلاف الأطنان من الزيت الخام في اليوم. ويتم أولاً فصل الزيت عن الماء الملح في حقل البترول ثم يفصل ما به من غازات قبل إدخاله إلى أجهزة التقطير، وتُضَمّ هذه الغازات إلى غيراها من الغازات الهدروكربونية لاستعمالها في أغراض أخرى. ويسخن الزيت الخام أولاً بإمراره في أنابيب حلزونية في أفران خاصة حتى ترتفع درجة حرارته إلى 400 ـ 450°م، ثم يدفع خليط السائل والبخار الناتج إلى الجزء الأسفل من برج أو عمود التجزئة. وبرج التجزئة عبارة عن عمود من الصلب أو أسطوانة طويلة تقف في وضع رأسي، وقد يصل ارتفاعها إلى نحو ثلاثين متراً. ويحتوي البرج على عدد من الرفوف المعدنية، ويوجد بكل رف فتحات خاصة تسمح بمرور أبخرة المواد المتطايرة خلالها لتصعد إلى الرفوف الأعلى منها، على حين تتكثف السوائل الأقل تطايراً على سطوحها وترتد إلى الرفوف الواقعة أسفل منها. ويسمح هذا الترتيب لأبخرة المواد المتطايرة بالصعود إلى قمة البرج، بينما تتجمع أبخرة السوائل ذات درجات الغليان المتوسطة على الرفوف الواقعة في منتصف البرج، أما السوائل ذات درجات الغليان المرتفعة فتتجمع بالقرب من قاعدة البرج، وبذلك يمكن الحصول على عدة مقطرات تختلف فيما بينها في درجات غليانها؛ فيفصل الجازولين من قمة البرج، ويفصل الكيروسين من الجزء الواقع أسفل قمة البرج، ثم يلي ذلك المنطقة الوسطى التي تُفصل منها زيوت الوقود، أما المخلقات الثقيلة فتخرج من الجزء الأسفل للبرج. ويتم تقطير هذه الزيوت الثقيلة بعد ذلك تحت ضغط مخلخل حتى لا تتفحم بالحرارة وتفصل منها زيوت التشحيم وشمع البرافين. أما المخلفات الثقيلة فتعامل معاملة خاصة وينتج منها الأسفلت والبتيومين والكوك.
تنقية مقطرات البترول
تحتوى مقطرات البترول في أغلب الأحيان على بعض الشوائب مثل المركبات غير المشبعة والمركبات الأروماتية وبعض مركبات الكبريت. ويجب التخلص من هذه الشوائب قبل استعمال هذه المقطرات لأنها تسبب كثيراً من الضرر للآلات والمعدات التي تستخدم فيها هذه المقطرات، فالمواد غير المشبعة إن تركت في الجازولين، تعطى عند احتراقه في محركات السيارات، مواد صمغية تسد مسالك «الكاربوراتير» وتفسد العمل المنتظم للمحرك. كذلك تتحول مركبات الكبريت عند احتراق الوقود، إلى أكاسيد الكبريت التي تتحول مركبات الكبريت عند احتراق الوقود، إلى أكاسيد الكبريت التي تتحول بدورها في وجود بخار الماء إلى حمض الكبريتيك الذي يسبب تلف المحرك وتآكله. وتتم إزالة المركبات غير المشبعة والمركبات الأرومانية من الكبروسين ومن بعض زيوت التشحيم برجِّها مع حمض الكبريتيك بواسطة الهواء المضغوط، أو برجها من ثاني أكسيد الكبريت المسال تحت الضغط بطريقة «أديليانو». وتذوب المواد غير المشبعة والمواد الأروماتية في طبقة الحمض التي تفصل بعد ذلك، ثم يغسل الزيت الهدروكربوني بالماء ويعاد تقطيره. أما شوائب الكبريت فيمكن إزالتها برجَّ المقطرات مع بعض المواد الكيميائية، مثل هدروكسيد الصوديوم أو بلمبيت الصوديوم، أو كلوريد النحاس، وتعرف هذه العملية باسم «التحلية» «Sweetening» وتُزَال المواد الأسفلتية من زيوت التشحيم بواسطة غاز البروبان المسال تحت الضغط، كما تزال منها الشموع بواسطة مذيبات أخرى مثل «الفرفورال» أو «مثيل إثيل كيتون». وهناك مواصفات دولية تحدد نسب هذه الشوائب في مختلف المقطرات قبل أن تصبح صالحة للاستعمال.
تعريفات ومصطلحات علمية (4)
تعريفات ومصطلحات علمية (4)
المركز
center
في الرياضيّات: نقطة على أبعاد متساوية من جميع نقط دائرة أو كرة. ـ نقطة تقاطع أقطار خط منحن مغلق وبعض المضلّعات.
center
في الرياضيّات: نقطة على أبعاد متساوية من جميع نقط دائرة أو كرة. ـ نقطة تقاطع أقطار خط منحن مغلق وبعض المضلّعات.
مركز الثقل
center of gravity
النقطة التي يبدو أن كل ثقل الجسم متمركز فيها.
center of gravity
النقطة التي يبدو أن كل ثقل الجسم متمركز فيها.
المركّب
compound
في الكيمياء: كل جسم كيميائي مركب من عنصرين أو أكثر.
compound
في الكيمياء: كل جسم كيميائي مركب من عنصرين أو أكثر.
مركزيّ أرضي
geocentric
متعلّق بمركز الأرض أو مقيس منه.
geocentric
متعلّق بمركز الأرض أو مقيس منه.
المركم
accumulator
في الفيزياء: جهاز يختزن الطاقة الكهربائية تحت شكل كيميائي لاعادتها عند الحاجة إلى شكل كهربائي.
accumulator
في الفيزياء: جهاز يختزن الطاقة الكهربائية تحت شكل كيميائي لاعادتها عند الحاجة إلى شكل كهربائي.
المزدوجة
couple
في الرياضيات: مجموع عنصرين متّحدين حسب نظام معيّن. ـ في الفيزياء: قوّتان متساويتان تعملان في اتجّاهين متضادّين. ـ في الميكانيكا: تسلّط قوّتين متعادلتين بحيث تحاول كلّ واحدة منهما إدارة شيء في الاتجاه الواحد.
couple
في الرياضيات: مجموع عنصرين متّحدين حسب نظام معيّن. ـ في الفيزياء: قوّتان متساويتان تعملان في اتجّاهين متضادّين. ـ في الميكانيكا: تسلّط قوّتين متعادلتين بحيث تحاول كلّ واحدة منهما إدارة شيء في الاتجاه الواحد.
المزواة
theodolite
أداة لقياس الزوايا يستخدمها المهندسون.
theodolite
أداة لقياس الزوايا يستخدمها المهندسون.
المساحة النوعيّة
specific area
في الفيزياء: المساحة السطحيّة للجسيمات في غرام واحد من المادّة.
specific area
في الفيزياء: المساحة السطحيّة للجسيمات في غرام واحد من المادّة.
المسار
trajectory
خطّ ترسمه نقطة مادّية متحرّكة من نقطة انطلاقها إلى نقطة وصولها.
trajectory
خطّ ترسمه نقطة مادّية متحرّكة من نقطة انطلاقها إلى نقطة وصولها.
مسار دويريّ فوقي
epicycloid
منحن ترسمه نقطة من محيط دائرة متحرّكة تتدحرج دون انزلاق على دائرة ثابتة.
epicycloid
منحن ترسمه نقطة من محيط دائرة متحرّكة تتدحرج دون انزلاق على دائرة ثابتة.
مسبار الارتفاعات
sonde
منطاد صغير يستخدم لدراسة حرارة الهواء العلويّ وحركته.
sonde
منطاد صغير يستخدم لدراسة حرارة الهواء العلويّ وحركته.
المستقيم المتوسط
median
مستقيم معامد لجزء من مستقيم ومار في منتصفه.
median
مستقيم معامد لجزء من مستقيم ومار في منتصفه.
المسدّدة
collimator
آلة بصريّة تمكّن من الحصول على حزمة من الأشعّة المتوازية.
collimator
آلة بصريّة تمكّن من الحصول على حزمة من الأشعّة المتوازية.
مسدّس
hexagon
مضلع له ستة رؤوس وبالتالي ست زوايا.
hexagon
مضلع له ستة رؤوس وبالتالي ست زوايا.
المسرّع
accelerator
في الميكانيكا: عضو يسيطر على دخول مزيج غازيّ إلى المحرّك لتغيير حركته. ـ في الفيزياء: كلّ آلة توصل إلى جسيمات بدائية (من الكترونات وبروتونات وسواها) سرعات مرتفعة جداً.
accelerator
في الميكانيكا: عضو يسيطر على دخول مزيج غازيّ إلى المحرّك لتغيير حركته. ـ في الفيزياء: كلّ آلة توصل إلى جسيمات بدائية (من الكترونات وبروتونات وسواها) سرعات مرتفعة جداً.
المسطرة الحسابيّة
slide rule
أداة تستعمل للحساب السريع تستند إلى استعمال اللوغارتمات وتتألف من مسطرة مدرّجة متحرّكة تنزلق على مسطرة أخرى عليها تدرّجات أخرى.
slide rule
أداة تستعمل للحساب السريع تستند إلى استعمال اللوغارتمات وتتألف من مسطرة مدرّجة متحرّكة تنزلق على مسطرة أخرى عليها تدرّجات أخرى.
مسطّح الثقل
gravity plane
في الهندسة: سطح مائل تجرّ عليه العربات المعّبأة النازلة والعربات الفارغة الصاعدة.
gravity plane
في الهندسة: سطح مائل تجرّ عليه العربات المعّبأة النازلة والعربات الفارغة الصاعدة.
المسلّمة
postulate
مبدأ أوّليّ لم يقم الدليل عليه ولا بدّ من التسليم به للتسليم بما يترتب عليه من نتائج منطقيّة.
postulate
مبدأ أوّليّ لم يقم الدليل عليه ولا بدّ من التسليم به للتسليم بما يترتب عليه من نتائج منطقيّة.
المسماع
earphone
أداة تحوّل الطاقة الكهربائية إلى موجات صوتيّة وتحمل فوق الأذن أو تقحم فيها.
earphone
أداة تحوّل الطاقة الكهربائية إلى موجات صوتيّة وتحمل فوق الأذن أو تقحم فيها.
المسماع
audiometer
في الفيزياء: مقياس قوّة السمع أو مسموعيّة الصوت.
audiometer
في الفيزياء: مقياس قوّة السمع أو مسموعيّة الصوت.
المسماك
calipers
أداة لقياس سماكة الشيء أو ثخانته.
calipers
أداة لقياس سماكة الشيء أو ثخانته.
المشعر
capiliato
في الكيمياء: مقياس الرقم الهيدروجيني بمقارنة اللون في أنابيب شعريّة.
capiliato
في الكيمياء: مقياس الرقم الهيدروجيني بمقارنة اللون في أنابيب شعريّة.
المصباح الكهربائي
electric lamp
في الفيزياء: غلاف زجاجيّ يحتوي على سلك معدنيّ رفيع يمرّ فيه التيّار الكهربائي فيضيء.
electric lamp
في الفيزياء: غلاف زجاجيّ يحتوي على سلك معدنيّ رفيع يمرّ فيه التيّار الكهربائي فيضيء.
المصباح المتوهّج
incandescent lamp
مصباح يحدث فيه الضوء من توهّج جسم يصبح مضيئاً تحت تأثير ارتفاع حرارته.
incandescent lamp
مصباح يحدث فيه الضوء من توهّج جسم يصبح مضيئاً تحت تأثير ارتفاع حرارته.
مصراع
valve
في الكهرباء: جهاز لا يمكّن إلاّ من عبور تناوب واحد من تيار متناوب.
valve
في الكهرباء: جهاز لا يمكّن إلاّ من عبور تناوب واحد من تيار متناوب.
المصعد
lift
جهاز كالحجرة يستعمل في البنايات العالية يصعد بالناس ويهبط بهم بقوّة الكهرباء.
lift
جهاز كالحجرة يستعمل في البنايات العالية يصعد بالناس ويهبط بهم بقوّة الكهرباء.
المصفوفة
matrix
جدول مقسم إلى خلايا أو خانات.
matrix
جدول مقسم إلى خلايا أو خانات.
المضاعف
multiplier
في الفيزياء: أدا لمضاعفة أثر ما كالحرارة مثلاً أو تقويته.
multiplier
في الفيزياء: أدا لمضاعفة أثر ما كالحرارة مثلاً أو تقويته.
المضبط
controller
في الميكانيكا: أداة لضبط سرعة الآلة أو تنظيمها.
controller
في الميكانيكا: أداة لضبط سرعة الآلة أو تنظيمها.
المضخّة
pump
في الفيزياء: آلة لاجتذاب السوائل أو دفعها أو ضغطها.
pump
في الفيزياء: آلة لاجتذاب السوائل أو دفعها أو ضغطها.
المضخّة الخوائيّة
vacuum pump
في الفيزياء: مضخّة لإحداث خواء جزئي.
vacuum pump
في الفيزياء: مضخّة لإحداث خواء جزئي.
مضخّة دافعة
pressure pump
في الهندسة: مضخّة يدفع فيها المكبس السائل في أنبوب.
pressure pump
في الهندسة: مضخّة يدفع فيها المكبس السائل في أنبوب.
مضخّة نابذة
centrifugal pump
في الفيزياء والهندسة: مضخة طرد مركزي.
centrifugal pump
في الفيزياء والهندسة: مضخة طرد مركزي.
المضخّة النبضية
pulsometer
مضخّة ذات صمامات لرفع الماء بالبخار والضغط الجوّي من غير استعانة بكباس.
pulsometer
مضخّة ذات صمامات لرفع الماء بالبخار والضغط الجوّي من غير استعانة بكباس.
المضلّع
polygon
شكل هندسّي مغلق متعدّد الأضلاع. والمضلّع المتنظم ما كانت جميع أضلاعه متساوية وجميع زواياه متساوية.
polygon
شكل هندسّي مغلق متعدّد الأضلاع. والمضلّع المتنظم ما كانت جميع أضلاعه متساوية وجميع زواياه متساوية.
المطهّر
disinfectant
يقال عن المواد والعوامل الكيميائية التي تستعمل للتطهير كالكلور مثلاً.
disinfectant
يقال عن المواد والعوامل الكيميائية التي تستعمل للتطهير كالكلور مثلاً.
المطياف
spectroscope
آلة معدّة لدراسة مختلف الأطياف الضوئيّة ولا سيما في ترتيب الحزوز التي تكوّنها.
spectroscope
آلة معدّة لدراسة مختلف الأطياف الضوئيّة ولا سيما في ترتيب الحزوز التي تكوّنها.
المطيافيّة
spectroscopy
في الفيزياء: دراسة الأطياف الضوئية.
spectroscopy
في الفيزياء: دراسة الأطياف الضوئية.
المعادلة
equation
في الرياضيات: المساواة بين كميّات معلومة وكميّات مجهولة لا تتحق إلاّ بواسطة بعض القيم لهذه الأخيرة.
equation
في الرياضيات: المساواة بين كميّات معلومة وكميّات مجهولة لا تتحق إلاّ بواسطة بعض القيم لهذه الأخيرة.
المعادلة التكامليّة
integral equation
في الرياضيّات: معادلة تدخل فيها مع المتغيّرة المستقلّة متغيّرة أخرى ومشتقاتها المتعاقبة.
integral equation
في الرياضيّات: معادلة تدخل فيها مع المتغيّرة المستقلّة متغيّرة أخرى ومشتقاتها المتعاقبة.
المعادلة الجبرية
algebric equation
معادلة تخضع فيها المجهولات لعمليات الجبر العادية من جمع وضرب وقسمة والرفع إلى قوّة وحساب الجذور دون سواها من العمليّات.
algebric equation
معادلة تخضع فيها المجهولات لعمليات الجبر العادية من جمع وضرب وقسمة والرفع إلى قوّة وحساب الجذور دون سواها من العمليّات.
المعادن
minerals
أجسام لا عضويّة تؤلف صخور القشرة الأرضية.
minerals
أجسام لا عضويّة تؤلف صخور القشرة الأرضية.
معامل الانكسار
refraction index
في الفيزياء: نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في محيط ما كالماء والهواء.
refraction index
في الفيزياء: نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في محيط ما كالماء والهواء.
المعدن
metal
جسم بسيط له لمعان خاصّ يكون عادة موصّلا جيّد للكهرباء والحرارة ويعطي باتحّاده مع الأكسجين أكسيداً قاعدياً على الأقل.
metal
جسم بسيط له لمعان خاصّ يكون عادة موصّلا جيّد للكهرباء والحرارة ويعطي باتحّاده مع الأكسجين أكسيداً قاعدياً على الأقل.
معشَّر الزوايا
decagon
مضلع له عشرة رؤوس وبالتالي عشر زوايا.
decagon
مضلع له عشرة رؤوس وبالتالي عشر زوايا.
المعطيات
data
مجموعة القضايا المسلّمة في علم من العلوم.
data
مجموعة القضايا المسلّمة في علم من العلوم.
معلم
parameter
في الميكانيكا والرياضيّات: مقدار متغيّر القيمة يتعيّن بإحدى قيمه نقطة أو منحنٍ أو دالّة.
parameter
في الميكانيكا والرياضيّات: مقدار متغيّر القيمة يتعيّن بإحدى قيمه نقطة أو منحنٍ أو دالّة.
المعماق
bathometer
أداة لقياس عمق المياه في الأنهر أو في البحار.
bathometer
أداة لقياس عمق المياه في الأنهر أو في البحار.
المعيّن
lozenge
في الهندسة: شكل ذو أربعة أضلاع متساوية كلّ اثنين منهما متوازيان وزاويتين حادّتين وزاويتين منفرجنين.
lozenge
في الهندسة: شكل ذو أربعة أضلاع متساوية كلّ اثنين منهما متوازيان وزاويتين حادّتين وزاويتين منفرجنين.
معيّن الاتجّاه
direction finder
في الفيزياء: أداة لتحديد الجهة التي تنطلق منها الموجات اللاسلكيّة.
direction finder
في الفيزياء: أداة لتحديد الجهة التي تنطلق منها الموجات اللاسلكيّة.
المعيني المستقيم
orthorhombic
صفة شكل من أشكال الهندسة الفراغيّة ذي ثلاثة محاور متعامدة غير متساوية.
orthorhombic
صفة شكل من أشكال الهندسة الفراغيّة ذي ثلاثة محاور متعامدة غير متساوية.
المغناطيس
magnet
أكسيد الحديد الطبيعيّ الذي يجذب الحديد وبعض المعادن الأخرى. ـ قطعة أو إبرة من الفولاذ حصلت على هذه الخاصيّة بطريقة اصطناعيّة.
magnet
أكسيد الحديد الطبيعيّ الذي يجذب الحديد وبعض المعادن الأخرى. ـ قطعة أو إبرة من الفولاذ حصلت على هذه الخاصيّة بطريقة اصطناعيّة.
المغناطيسية
magnetism
فرع من الفيزياء يدرس خصائص المغناطيس.
magnetism
فرع من الفيزياء يدرس خصائص المغناطيس.
المغناطيسيّة الأرضيّة
terrestrial magnetism
مجال مغناطيسي منظم نوعاً بمستوى سطح الأرض يتغير قطبه المغناطيسي الشماليّ ببطء من سنة إلى سنة.
terrestrial magnetism
مجال مغناطيسي منظم نوعاً بمستوى سطح الأرض يتغير قطبه المغناطيسي الشماليّ ببطء من سنة إلى سنة.
الممغنطرون
magnetron
في الفيزياء: صمام مفرّغ يكون تدفّق الإلكترونات فيه خاضعاً لتأثير مجال مغناطيسي خارجيّ.
magnetron
في الفيزياء: صمام مفرّغ يكون تدفّق الإلكترونات فيه خاضعاً لتأثير مجال مغناطيسي خارجيّ.
المغنيط
magneto
في الميكانيكا: جهاز كهربائيّ لإحداث الشرر في محرّك داخليّ الاحتراق.
magneto
في الميكانيكا: جهاز كهربائيّ لإحداث الشرر في محرّك داخليّ الاحتراق.
المفاعل النوويّ
nuclear reactor
في الفيزياء: جهاز تتحوّل فيه المادّة إلى طاقة بانشطار نوى ذرّات اليورانيوم انشطاراً متسلسلاً يستمرّ تلقائياً وتتخذ فيه الوسائل الكفيلة بوقفه والسيطرة عليه.
nuclear reactor
في الفيزياء: جهاز تتحوّل فيه المادّة إلى طاقة بانشطار نوى ذرّات اليورانيوم انشطاراً متسلسلاً يستمرّ تلقائياً وتتخذ فيه الوسائل الكفيلة بوقفه والسيطرة عليه.
المفرّغ
discharger
في الكهرباء: أداة تزيل الشحنة الكهربائيّة.
discharger
في الكهرباء: أداة تزيل الشحنة الكهربائيّة.
المفحّم
carburetor
أداة لمزج الهواء بالبترول بغية إحداث مزيج متفجرّ.
carburetor
أداة لمزج الهواء بالبترول بغية إحداث مزيج متفجرّ.
المفهوم
concept
فكرة يتصوّرها العقل كمفهوم الزمان مثلاً.
concept
فكرة يتصوّرها العقل كمفهوم الزمان مثلاً.
المقارنة
analogy
علاقة أو تشابه بين شيئين.
analogy
علاقة أو تشابه بين شيئين.
المقاوم
resistor
في الفيزياء: أداة تستعمل في دائرة كهربائيّة لما تتميّز به من قدرة على مقاومة مرور التيّار الكهربائيّ.
resistor
في الفيزياء: أداة تستعمل في دائرة كهربائيّة لما تتميّز به من قدرة على مقاومة مرور التيّار الكهربائيّ.
المقاوم المتغيّر
rheostat
في الكهرباء: أدارة لتنظيم التيّار الكهربائيّ بواسطة مقاومات متغيّرة.
rheostat
في الكهرباء: أدارة لتنظيم التيّار الكهربائيّ بواسطة مقاومات متغيّرة.
المقاومة
resistance
في الكهرباء: صعوبة تعترض عبور التيّار الكهربائيّ في موصّل.
resistance
في الكهرباء: صعوبة تعترض عبور التيّار الكهربائيّ في موصّل.
المقطاب
polarimeter
في الفيزياء: آلة تستخدم لقياس دوران مستوى استقطاب الضوء.
polarimeter
في الفيزياء: آلة تستخدم لقياس دوران مستوى استقطاب الضوء.
المقوّم
rectifier
في الكهرباء: أدارة تستعمل لتحويل تيّار متناوب إلى تيّار متواصل.
rectifier
في الكهرباء: أدارة تستعمل لتحويل تيّار متناوب إلى تيّار متواصل.
مقياس الارتفاع
altimeter
في الفيزياء: آلة لقياس الارتفاع عن سطح البحر.
altimeter
في الفيزياء: آلة لقياس الارتفاع عن سطح البحر.
مقياس التداخل
interferometer
في الفيزياء: أداة تستخدم ظاهرات التداخل الضوئي لتحديد طول الموجة ومعامل الانكسار.
interferometer
في الفيزياء: أداة تستخدم ظاهرات التداخل الضوئي لتحديد طول الموجة ومعامل الانكسار.
مقياس التعريض
exposure meter
في الفيزياء: آلة تقيس شدة الضوء الآتي من مشهد يرغب في تصويره.
exposure meter
في الفيزياء: آلة تقيس شدة الضوء الآتي من مشهد يرغب في تصويره.
مقياس الزوايا
goniometer
آلة طوبوغرافية لرسم مخططات وقياس الزوايا على الأرض.
goniometer
آلة طوبوغرافية لرسم مخططات وقياس الزوايا على الأرض.
مقياس الطيف الإشعاعيّ
radio spectrometer
ـ في الراديو: مقياس طول التموّجات اللاسلكيّة.
radio spectrometer
ـ في الراديو: مقياس طول التموّجات اللاسلكيّة.
مقياس الفلطيّة
voltmeter
في الكهرباء: آلة لقياس فوارق الجهد والقوى الكهربائيّة الحركيّة.
voltmeter
في الكهرباء: آلة لقياس فوارق الجهد والقوى الكهربائيّة الحركيّة.
مقياس الكثافة
densimeter
في الفيزياء: آلة تستعمل لقياس كثافة السوائل بطريقة مباشرة.
densimeter
في الفيزياء: آلة تستعمل لقياس كثافة السوائل بطريقة مباشرة.
المقياس الكلفانيّ
galvanometer
في الفيزياء: آلة تستخدم لكشف شدّة التيّارات الكهربائيّة الضعيفة أو لقياس بمراقبة حيود إبرة ممغنطة أو بوسيلة أخرى.
galvanometer
في الفيزياء: آلة تستخدم لكشف شدّة التيّارات الكهربائيّة الضعيفة أو لقياس بمراقبة حيود إبرة ممغنطة أو بوسيلة أخرى.
المكباس الهيدروليكي
hydraulic ram
مضخّة تستخدم طاقة المياه الساقطة لرفع جزء من الماء إلى ارتفاع أعلى من ارتفاع المصدر.
hydraulic ram
مضخّة تستخدم طاقة المياه الساقطة لرفع جزء من الماء إلى ارتفاع أعلى من ارتفاع المصدر.
مكبّر الصوت
loudspeaker
في الفيزياء: آلة تحوّل الذبذبات الكهربائيّة إلى موجات صوتيّة لسماع جماعيّ.
loudspeaker
في الفيزياء: آلة تحوّل الذبذبات الكهربائيّة إلى موجات صوتيّة لسماع جماعيّ.
المكبح
brake
في الميكانيكا: جهاز آليّ يتخذ في السيّارات ونحوها لتخفيف سرعتها أو لإيقافها.
brake
في الميكانيكا: جهاز آليّ يتخذ في السيّارات ونحوها لتخفيف سرعتها أو لإيقافها.
مكبس
piston
في الميكانيكا: قرص اسطوانيّ يتحرّك بمماسة ليّنة في جسم مضخّة أو في أسطوانة آلة بخارية وفي محرّك انفجاري.
piston
في الميكانيكا: قرص اسطوانيّ يتحرّك بمماسة ليّنة في جسم مضخّة أو في أسطوانة آلة بخارية وفي محرّك انفجاري.
المكبس
press
آلة ضاغطة مختلفة الأشكال والاحجام تستعمل في صناعات عدّة للكبس أو للعصر.
press
آلة ضاغطة مختلفة الأشكال والاحجام تستعمل في صناعات عدّة للكبس أو للعصر.
المكبس المائي
hydraulic press
في الفيزياء والهندسة: مكبس يتمّ فيه الضغط بواسطة سائل.
hydraulic press
في الفيزياء والهندسة: مكبس يتمّ فيه الضغط بواسطة سائل.
مكثاف
densimeter
في الفيزياء: آلة تستعمل لقياس كثافة السوائل بطريقة مباشرة.
densimeter
في الفيزياء: آلة تستعمل لقياس كثافة السوائل بطريقة مباشرة.
مكثاف السوائل
hydrometer
في الفيزياء: آلة لقياس كثافة السوائل.
hydrometer
في الفيزياء: آلة لقياس كثافة السوائل.
المكثّف
condenser
في الفيزياء والهندسة الكهربائية: آلة معدّة لتخزين شحنة كهربائيّة.
condenser
في الفيزياء والهندسة الكهربائية: آلة معدّة لتخزين شحنة كهربائيّة.
المكربن
carburetor
أداة لمزج الهواء بالبترول.
carburetor
أداة لمزج الهواء بالبترول.
المكسر
reflectometer
في الفيزياء: مقياس انكسار الأشعّة.
reflectometer
في الفيزياء: مقياس انكسار الأشعّة.
المكسول
maxwell
في الفيزياء: وحدة التدفقّ المغناطيسي.
maxwell
في الفيزياء: وحدة التدفقّ المغناطيسي.
المكشاف
detector
في الفيزياء: أداة للكشف عن الموجات الكهربائيّة أو عن النشاط الإشعاعيّ.
detector
في الفيزياء: أداة للكشف عن الموجات الكهربائيّة أو عن النشاط الإشعاعيّ.
مكشاف الاستقطاب
polariscope
في الفيزياء: آلة تستعمل لمعرفة ما إذا كان الضوء منبعثاً مباشرة من مصدر أو أنّه تعرض لظاهرة الاستقطاب.
polariscope
في الفيزياء: آلة تستعمل لمعرفة ما إذا كان الضوء منبعثاً مباشرة من مصدر أو أنّه تعرض لظاهرة الاستقطاب.
مكشاف الرطوبة
hygroscope
جهاز يبيّن تغيّرات الرطوبة النسبيّة في الهواء.
hygroscope
جهاز يبيّن تغيّرات الرطوبة النسبيّة في الهواء.
المكشاف الكلفانيّ
galvanoscope
آلة لكشف أثر التيّارات الكهربائيّة على الأجسام أو الأعضاء الحيّة.
galvanoscope
آلة لكشف أثر التيّارات الكهربائيّة على الأجسام أو الأعضاء الحيّة.
المكشاف الكهربائيّ
electroscope
أداة للكشف عن وجود شحنة كهربائية على جسم ما ولتقرير ما إذا كانت الشحنة موجبة أو سالبة وللكشف عن الإشعاع وقياس كثافته.
electroscope
أداة للكشف عن وجود شحنة كهربائية على جسم ما ولتقرير ما إذا كانت الشحنة موجبة أو سالبة وللكشف عن الإشعاع وقياس كثافته.
مكشاف الماء
hydroscope
أداة كهربائية لاكتشاف وجود الماء نتيجة لارتشاح أو فيض.
hydroscope
أداة كهربائية لاكتشاف وجود الماء نتيجة لارتشاح أو فيض.
المكشاف الموجيّ
wave detector
في الفيزياء: آلة تستعمل لاكتشاف التيّارات الهوائيّة العالية التردّد.
wave detector
في الفيزياء: آلة تستعمل لاكتشاف التيّارات الهوائيّة العالية التردّد.
المكهار
electrometer
أداة لقياس مقدار القوّة الكهربائيّة.
electrometer
أداة لقياس مقدار القوّة الكهربائيّة.
ملتقى الارتفاعات
orthocenter
في الرياضيّات: نفطة تلتقي فيها الارتفاعات الثلاثة في مثلّث.
orthocenter
في الرياضيّات: نفطة تلتقي فيها الارتفاعات الثلاثة في مثلّث.
الملفّ
coil
في الفيزياء: جهاز مؤلف من سلك كهربائيّ معزول وملفوف لولبّياً حول أسطوانة.
coil
في الفيزياء: جهاز مؤلف من سلك كهربائيّ معزول وملفوف لولبّياً حول أسطوانة.
الملفّ اللولبيّ
solenoid
في الكهرباء: سلك معدنيّ ملفوف بشكل حلزونيّ على أسطوانة فإذا مرّ فيه تيّار أحدث مجالاً مغناطيسياً يشبه مغناطيساً مستقيماً.
solenoid
في الكهرباء: سلك معدنيّ ملفوف بشكل حلزونيّ على أسطوانة فإذا مرّ فيه تيّار أحدث مجالاً مغناطيسياً يشبه مغناطيساً مستقيماً.
الملوحة
salinity
درجة وجود كميّة الملح المذاب في جسم سائل كملوحة ماء البحر.
salinity
درجة وجود كميّة الملح المذاب في جسم سائل كملوحة ماء البحر.
المليّمتر
millimeter
وحدة قياس طول تساوي واحد من ألف من المتر.
millimeter
وحدة قياس طول تساوي واحد من ألف من المتر.
المماس
tangent
في الرياضيّات: المماس لمنحنٍ هو المستقيم الذي يمس هذا المنحني في نقطة واحدة منه. وماسّ السطح هو المستقيم المماس لمنحنٍ مرسوم على هذا السطح.
tangent
في الرياضيّات: المماس لمنحنٍ هو المستقيم الذي يمس هذا المنحني في نقطة واحدة منه. وماسّ السطح هو المستقيم المماس لمنحنٍ مرسوم على هذا السطح.
الممال
gradient
معدّل تغيّر عنصر جوّيّ بالنسبة إلى المسافة.
gradient
معدّل تغيّر عنصر جوّيّ بالنسبة إلى المسافة.
المنحني
curve
في الرياضيّات: خطّ يعبّر عن قانون ظاهرة ما. ـ خطّ يتغيّر اتجّاهه تدريجاً دون أن يشكّل زاوية.
curve
في الرياضيّات: خطّ يعبّر عن قانون ظاهرة ما. ـ خطّ يتغيّر اتجّاهه تدريجاً دون أن يشكّل زاوية.
المنساخ
pantograph
جهاز يستعمل في نقل الرسوم وتكبيرها وتصغيرها.
pantograph
جهاز يستعمل في نقل الرسوم وتكبيرها وتصغيرها.
المنصّف
bisector
نصف مستقيم ينطلق من رأس زاوية ويقسمها إلى قسمين متساويين.
bisector
نصف مستقيم ينطلق من رأس زاوية ويقسمها إلى قسمين متساويين.
منظار الأعماق
hydroscope
أداة بصريّة تمكّن من رؤية شيء على مسافة بعيدة تحت سطح الماء.
hydroscope
أداة بصريّة تمكّن من رؤية شيء على مسافة بعيدة تحت سطح الماء.
منظار ذو عينيتين
binocular
في علم البصريّات: آلة بصريّة لها عينيتات وتستعمل لتكبير الأشياء البعيدة.
binocular
في علم البصريّات: آلة بصريّة لها عينيتات وتستعمل لتكبير الأشياء البعيدة.
منظار الرطوبة
hycroscope
أداة تظهر التغير الطارىء على الرطوبة الجوية.
hycroscope
أداة تظهر التغير الطارىء على الرطوبة الجوية.
منظّف
detergent
مادّة كيميائية تستعمل للتنظيف.
detergent
مادّة كيميائية تستعمل للتنظيف.
الموجات القصيرة
short waves
في الفيزياء: موجات دون الموجات المتوسّطة.
short waves
في الفيزياء: موجات دون الموجات المتوسّطة.
الموجات الطويلة
long waves
في الراديو: أمواج كهرطيسية أطوالها من ألف إلى عشرة آلاف متر.
long waves
في الراديو: أمواج كهرطيسية أطوالها من ألف إلى عشرة آلاف متر.
الموجات القصيرة
short waves
في الفيزياء: موجات دون الموجات المتوسّطة.
short waves
في الفيزياء: موجات دون الموجات المتوسّطة.
الموجة
wave
في الفيزياء: اسم يطلق على الخطوط أو السطوح التي تتعرّض في وقت ما إلى اهتزاز أو ذبذبة تنتشر في المكان.
wave
في الفيزياء: اسم يطلق على الخطوط أو السطوح التي تتعرّض في وقت ما إلى اهتزاز أو ذبذبة تنتشر في المكان.
الموجة السطحيّة
ground wave
موجة من موجات الراديو تثبت في محاذاة سطح الأرض.
ground wave
موجة من موجات الراديو تثبت في محاذاة سطح الأرض.
الموجة الصدميّة
shock wave
في الفيزياء: سطح من اللاتماسك في السرعات يتعلّق بميزات فيزيائيّة أخرى سببها انضغاط الهواء عند السرعات القصوى ويحدث في مناطق الفضاء حيث تفوق سرعة الانسياب سرعة الصوت.
shock wave
في الفيزياء: سطح من اللاتماسك في السرعات يتعلّق بميزات فيزيائيّة أخرى سببها انضغاط الهواء عند السرعات القصوى ويحدث في مناطق الفضاء حيث تفوق سرعة الانسياب سرعة الصوت.
المؤزون
ozonizer
في الكيمياء: جهاز لتحويل الاكسجين إلى أوزون.
ozonizer
في الكيمياء: جهاز لتحويل الاكسجين إلى أوزون.
الموشور
prism
في الفيزياء: مجسم من بلور أو من مادّة شفّافة أخرى تكون قاعدته مثلّثة الأضلاع.
prism
في الفيزياء: مجسم من بلور أو من مادّة شفّافة أخرى تكون قاعدته مثلّثة الأضلاع.
الموزّعة
distributor
في الميكانيكا: أداة لتوزيع التيّار الثانويّ.
distributor
في الميكانيكا: أداة لتوزيع التيّار الثانويّ.
الموصّل
conductor
في الفيزياء: مادّة موصّلة للكهرباء أو الحرارة أو الصوت.
conductor
في الفيزياء: مادّة موصّلة للكهرباء أو الحرارة أو الصوت.
الموصّليّة
conductivity
في الفيزياء: صفة جسم بإمكانه نقل الكهرباء أو الحرارة أو الصوت.
conductivity
في الفيزياء: صفة جسم بإمكانه نقل الكهرباء أو الحرارة أو الصوت.
الموصّليّة النهائيّة
limiting conductivity
في الكيمياء: موصّليّة المادّة في حالة التأيُّن الكامل.
limiting conductivity
في الكيمياء: موصّليّة المادّة في حالة التأيُّن الكامل.
المولّد
generator
في الفيزياء: جهاز أو آلة تحوّل طاقة ما إلى طاقة كهربائيّة.
generator
في الفيزياء: جهاز أو آلة تحوّل طاقة ما إلى طاقة كهربائيّة.
مولّد إلكترونات
electrogen
في الفيزياء: جزيء تنبعث منه الإلكترونات بالإضاءة.
electrogen
في الفيزياء: جزيء تنبعث منه الإلكترونات بالإضاءة.
الميثان
methane
في الكيمياء: غاز لا لون له صيغته (ك يد 4) يحترق في الهواء ويتصاعد من الموادّ العضويّة المتّعفنة.
methane
في الكيمياء: غاز لا لون له صيغته (ك يد 4) يحترق في الهواء ويتصاعد من الموادّ العضويّة المتّعفنة.
الميجر
megger
في الهندسة الكهربائية: جهاز لقياس مقاومة العزل الكهربائيّ.
megger
في الهندسة الكهربائية: جهاز لقياس مقاومة العزل الكهربائيّ.
الميزر البصري
optical maser
في الفيزياء: مضخّم الموجات الدقيقة بالانبعاث الإشعاعيّ المستثار بواسطة الطاقة الضوئيّة.
optical maser
في الفيزياء: مضخّم الموجات الدقيقة بالانبعاث الإشعاعيّ المستثار بواسطة الطاقة الضوئيّة.
الميكانيكا
mechanics
شعبة من الفيزياء تبحث في الطاقة والقوى وأثرها في الأجسام.
mechanics
شعبة من الفيزياء تبحث في الطاقة والقوى وأثرها في الأجسام.
الميكروسكوب
microscope
آلة بصريّة تتألّف من عدسات عدّة تستعمل لرؤية أشياء صغيرة لا ترى بالعين المجرّدة.
microscope
آلة بصريّة تتألّف من عدسات عدّة تستعمل لرؤية أشياء صغيرة لا ترى بالعين المجرّدة.
ميكروفون متدرّج الضغط
pressure-gradient microphone
في علم الصوتيّات: ميكروفون يعمل بفرق الضغط الصوتيّ على جانبي الغشاء.
pressure-gradient microphone
في علم الصوتيّات: ميكروفون يعمل بفرق الضغط الصوتيّ على جانبي الغشاء.
الميل
mile
قياس طولي يساوي 1760 يارداً أو 1609,344 أمتار. والميل البحري البريطاني يساوي 1853,18 متراً.
mile
قياس طولي يساوي 1760 يارداً أو 1609,344 أمتار. والميل البحري البريطاني يساوي 1853,18 متراً.
الميل الزاويّ
declination
في علم الفلك: البعد الزاويّ لنجم أو كوكب شمالاً أو جنوباً عن خطّ الاستواء السماويّ.
declination
في علم الفلك: البعد الزاويّ لنجم أو كوكب شمالاً أو جنوباً عن خطّ الاستواء السماويّ.
المينا
dial
مينا الساعة وجهها الذي عليه عقاربها والأرقام الدالّة على الوقت.
dial
مينا الساعة وجهها الذي عليه عقاربها والأرقام الدالّة على الوقت.
نابذة
centrifuge
في الفيزياء: آلة تستعمل لإخضاع جسم لآثار التسارع وإبعاده عن المركز.
centrifuge
في الفيزياء: آلة تستعمل لإخضاع جسم لآثار التسارع وإبعاده عن المركز.
النابض
spring
في الفيزياء: عضو مطّاط يكون عادة من معدن وبإمكانه العودة إلى وضعه الأول بعد زوال القوّة التي تكون قد غيّرت هذا الوضع.
spring
في الفيزياء: عضو مطّاط يكون عادة من معدن وبإمكانه العودة إلى وضعه الأول بعد زوال القوّة التي تكون قد غيّرت هذا الوضع.
الناقلة
carrier
في الكيمياء: مادّة حفّازة ينقل بواسطتها عنصر من مركّب إلى آخر.
carrier
في الكيمياء: مادّة حفّازة ينقل بواسطتها عنصر من مركّب إلى آخر.
نسبة
ratio
خارج قسمة مقدارين من نوع واحد يقاسان بالوحدة ذاتها.
ratio
خارج قسمة مقدارين من نوع واحد يقاسان بالوحدة ذاتها.
نسبة التوالد
breeding ratio
في الفيزياء: عدد الذرّات القابلة للانشطار المتولّدة من تحطيم ذرّة.
breeding ratio
في الفيزياء: عدد الذرّات القابلة للانشطار المتولّدة من تحطيم ذرّة.
نسبة السرعة
velocity ratio
في الميكانيكا: نسبة السرعة في موصّل إلى السّرعة في الفراغ.
velocity ratio
في الميكانيكا: نسبة السرعة في موصّل إلى السّرعة في الفراغ.
النسبيّة
relativity
في الفيزياء: نظرية لأينشتين مفادها أن مرور الزمن ليس واحداً بالنسبة إلى مراقبين يتحرّك الواحد منهما بالنسبة إلى الآخر. وهي تقضي على فكرة المكان والزمان المطلقين.
relativity
في الفيزياء: نظرية لأينشتين مفادها أن مرور الزمن ليس واحداً بالنسبة إلى مراقبين يتحرّك الواحد منهما بالنسبة إلى الآخر. وهي تقضي على فكرة المكان والزمان المطلقين.
النشاط البصريّ
optical activity
في الكيمياء والفيزياء: تأثير المادّة في دوران مستوى استقطاب الضوء.
optical activity
في الكيمياء والفيزياء: تأثير المادّة في دوران مستوى استقطاب الضوء.
النظام الاثنا عشريّ
duodecimal system
في الحساب: نظام في العدّ قاعدته اثنتا عشرة.
duodecimal system
في الحساب: نظام في العدّ قاعدته اثنتا عشرة.
نظام البدهيّات
axiomatic system
في الفلسفة: مجموعة من المبادىء البسيطة المسلم بها تعتمد في التدليل الرياضي والعمليّ.
axiomatic system
في الفلسفة: مجموعة من المبادىء البسيطة المسلم بها تعتمد في التدليل الرياضي والعمليّ.
نظام السنتيمتر ـ الغرام ـ الثانية
centimeter -gram- second system
نظام وحدات مبنيّ على السنتيمتر كوحدة للطول والغرام كوحدة للكتلة والثانية كوحدة للزمن.
centimeter -gram- second system
نظام وحدات مبنيّ على السنتيمتر كوحدة للطول والغرام كوحدة للكتلة والثانية كوحدة للزمن.
النظام المتري
metric system
نظام عشريّ للأوزان والمقاييس مبنيّ على المتر والكيلوغرام.
metric system
نظام عشريّ للأوزان والمقاييس مبنيّ على المتر والكيلوغرام.
النظريّة
theory
مجموعة معارف تفسر بعض القضايا تفسيراً كاملاً كالنظريّة الذرّية مثلاً.
theory
مجموعة معارف تفسر بعض القضايا تفسيراً كاملاً كالنظريّة الذرّية مثلاً.
النظريّة
theorem
في الرياضيات: قضيّة يتمّ البرهان عنها باستدلال منطقيّ انطلاقاً من معطيات ثابتة أو من فرضيّات يمكن تعليلها.
theorem
في الرياضيات: قضيّة يتمّ البرهان عنها باستدلال منطقيّ انطلاقاً من معطيات ثابتة أو من فرضيّات يمكن تعليلها.
نظريّة بور
bohr theory
نظريّة في الكيمياء الفيزيائية تقول بأن الذرّة مؤلّفة من نواة موجبة الشحنة يدور حولها إلكترون أو أكثر.
bohr theory
نظريّة في الكيمياء الفيزيائية تقول بأن الذرّة مؤلّفة من نواة موجبة الشحنة يدور حولها إلكترون أو أكثر.
النظريّة الذرّية
atomic theory
النظريّة القائلة بأن المادّة كلّها مؤلفة من ذرّات.
atomic theory
النظريّة القائلة بأن المادّة كلّها مؤلفة من ذرّات.
النظريّة الحركيّة
kinetic theory
نظريّة تقول بأن دقائق المادّة هي في حركة ناشطة.
kinetic theory
نظريّة تقول بأن دقائق المادّة هي في حركة ناشطة.
نظريّة الكمّ
quantum theory
في الفيزياء: نظريّة تقول بأن عملية انبعاث أو امتصاص الطاقة من قبل الذرّات أو الجزيئات لا تتم على نحو متواصل ولكن على مراحل كلّ منها كناية عن ابتعاث أو امتصاص مقدار من الطاقة تدعى «الكم».
quantum theory
في الفيزياء: نظريّة تقول بأن عملية انبعاث أو امتصاص الطاقة من قبل الذرّات أو الجزيئات لا تتم على نحو متواصل ولكن على مراحل كلّ منها كناية عن ابتعاث أو امتصاص مقدار من الطاقة تدعى «الكم».
النظير
counterpart
شخص أو شيء يشبه غيره شبهاً شديداً.
counterpart
شخص أو شيء يشبه غيره شبهاً شديداً.
النعّارة
growler
في الكهرباء: أداة كهرطيسية تستخدم للمغنطة ولإزالة الخصائص المغناطيسيّة.
growler
في الكهرباء: أداة كهرطيسية تستخدم للمغنطة ولإزالة الخصائص المغناطيسيّة.
نقطة الارتكاز
fulcrum
في الفيزياء: نقطة ثابتة تكون مركزاً لحركة أو لحالة توازن.
fulcrum
في الفيزياء: نقطة ثابتة تكون مركزاً لحركة أو لحالة توازن.
نقطة الانصهار
melting point
في الفيزياء: أدنى درجة حرارة ينقل عندها جسم من الحالة الجامدة إلى الحالة السائلة.
melting point
في الفيزياء: أدنى درجة حرارة ينقل عندها جسم من الحالة الجامدة إلى الحالة السائلة.
نقطة التجمّد
point of solidification
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يتجمد فيها جسم سائل أو مائع.
point of solidification
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يتجمد فيها جسم سائل أو مائع.
نقطة التجمد
freezing point
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يتجمد فيها جسم سائل أو مائل.
freezing point
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يتجمد فيها جسم سائل أو مائل.
نقطة التقاطع
point of intersection
في الرياضيات: النقطة التي يتقاطع فيها شكلان هندسيّان.
point of intersection
في الرياضيات: النقطة التي يتقاطع فيها شكلان هندسيّان.
نقطة الغليان
boiling point
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يبدأ فيها جسم سائل بالغليان.
boiling point
في الفيزياء والكيمياء: درجة الحرارة التي يبدأ فيها جسم سائل بالغليان.
نقطة الندى
dew point
في الفيزياء: الحرارة التي عندها يبدأ البخار في التكاثف.
dew point
في الفيزياء: الحرارة التي عندها يبدأ البخار في التكاثف.
النواة
nucleus
في الفيزياء: الجزء المركزي من الذرّة المؤلّف من بروتونات ونيوترونات وفيه تتجمع كتلتها. ـ في علم الفلك: الجزء المركزيّ من مذنب، أو من كلف شمسي وهو أكثر الأجزاء ضياءً.
nucleus
في الفيزياء: الجزء المركزي من الذرّة المؤلّف من بروتونات ونيوترونات وفيه تتجمع كتلتها. ـ في علم الفلك: الجزء المركزيّ من مذنب، أو من كلف شمسي وهو أكثر الأجزاء ضياءً.
النوويّات
nucleonics
فرع من الفيزياء يبحث في جميع ظواهر نواة الذرّة.
nucleonics
فرع من الفيزياء يبحث في جميع ظواهر نواة الذرّة.
النويدة
nuclide
في الفيزياء: ذرّة تتميز بتركيب نواتها الخاصّ وبالتالي بعدد بروتوناتها ونيوتروناتها ومحتواها الطاقيّ.
nuclide
في الفيزياء: ذرّة تتميز بتركيب نواتها الخاصّ وبالتالي بعدد بروتوناتها ونيوتروناتها ومحتواها الطاقيّ.
النويّة
nucleon
في الفيزياء: جزيء نوويّ أحاديّ العدد الكتلي كالبروتون والنيوترون.
nucleon
في الفيزياء: جزيء نوويّ أحاديّ العدد الكتلي كالبروتون والنيوترون.
النيوترون
neutron
في الفيزياء والكيمياء: جسيم محايد كهربائياً يؤلف مع البروتونات نواة الذرّة.
neutron
في الفيزياء والكيمياء: جسيم محايد كهربائياً يؤلف مع البروتونات نواة الذرّة.
النيوترينو
neutrino
في الكيمياء: دقيقة ذرّية متعادلة دون الالكترون كتلة.
neutrino
في الكيمياء: دقيقة ذرّية متعادلة دون الالكترون كتلة.
النيوتن
newton
في الفيزياء: وحدة قوّة في النظام المتر كيلوغرام ثانية تساوي 100000 داين.
newton
في الفيزياء: وحدة قوّة في النظام المتر كيلوغرام ثانية تساوي 100000 داين.
الهالوجين
halogene
في الكيمياء: اسم يطلق على العناصر الكيميائية من فئة الكلور.
halogene
في الكيمياء: اسم يطلق على العناصر الكيميائية من فئة الكلور.
الهرم
phramid
في الرياضيّات: جسم كثير السطوح أحد أوجهه مضلّع وأوجهه الأخرى مثلّثات قواعدها أضلاع هذا المضلّع ورؤوسها مجتمعة في نقطة واحدة خارجة عنه.
phramid
في الرياضيّات: جسم كثير السطوح أحد أوجهه مضلّع وأوجهه الأخرى مثلّثات قواعدها أضلاع هذا المضلّع ورؤوسها مجتمعة في نقطة واحدة خارجة عنه.
هكتار
hectare
قياس مساحيّ يساوي 100 آر أو هكتومترا مرّبعاً أو عشرة آلاف متر مرّبع.
hectare
قياس مساحيّ يساوي 100 آر أو هكتومترا مرّبعاً أو عشرة آلاف متر مرّبع.
هكتوليتر
hectolitre
قياس سعة يساوي 100 ليتر.
hectolitre
قياس سعة يساوي 100 ليتر.
الهندسة
geometry
علم رياضيّ موضوعه الدراسة الدقيقة للفراغ والأشكال التي يمكن تصوّرها فيه.
geometry
علم رياضيّ موضوعه الدراسة الدقيقة للفراغ والأشكال التي يمكن تصوّرها فيه.
الهندسة
engineering
فن البناء والهندسة المائيّة فنّ بناء والسفن.
engineering
فن البناء والهندسة المائيّة فنّ بناء والسفن.
الهندسة البدائيّة
elementary geometry
فرع من الهندسة لا يستعمل الاحداثيات ويعنى بدراسة المستقيم والدائرة وبعض الجسمات.
elementary geometry
فرع من الهندسة لا يستعمل الاحداثيات ويعنى بدراسة المستقيم والدائرة وبعض الجسمات.
الهندسة التحليليّة
analytic geometry
دراسة الأشكال بواسطة الجبر وباستعمال الإحداثيات.
analytic geometry
دراسة الأشكال بواسطة الجبر وباستعمال الإحداثيات.
الهندسة التطبيقيّة
practical engineering
فن الإفادة من المبادىء والأصول العلميّة في بناء الأشياء وتنظيمها وتقويمهما وهي أنواع لكلّ نوع منها غرض معيّن كالهندسة الآلية والهندسة الكهربائية والهندسة المائية والهندسة المعماريّة وغيرها.
practical engineering
فن الإفادة من المبادىء والأصول العلميّة في بناء الأشياء وتنظيمها وتقويمهما وهي أنواع لكلّ نوع منها غرض معيّن كالهندسة الآلية والهندسة الكهربائية والهندسة المائية والهندسة المعماريّة وغيرها.
الهندسة الفراغيّة
geometry of space
هندسة تطابق تصوّرنا الحدسيّ للفراغ وتقتضي ثلاثة أبعاد الطول والعرض والعمق.
geometry of space
هندسة تطابق تصوّرنا الحدسيّ للفراغ وتقتضي ثلاثة أبعاد الطول والعرض والعمق.
الهندسة المستوية
plane geometry
فرع من الهندسة يعنى بدراسة الأشكال على مستوٍ مسطّح.
plane geometry
فرع من الهندسة يعنى بدراسة الأشكال على مستوٍ مسطّح.
الهوائيّ
antenna
في الراديو: موصّل معدنيّ يمكّن من بث موجات كهرطيسيّة أو من استقبالها.
antenna
في الراديو: موصّل معدنيّ يمكّن من بث موجات كهرطيسيّة أو من استقبالها.
الهوائيّ الاتجّاهي
directional antenna
في الفيزياء: هوائيّ معدّ لتحديد الجهة التي تقبل منها الإشارات الملتقطة أو لإرسال الإشارات في اتجّاه واحد فقط.
directional antenna
في الفيزياء: هوائيّ معدّ لتحديد الجهة التي تقبل منها الإشارات الملتقطة أو لإرسال الإشارات في اتجّاه واحد فقط.
الهيبرونات
hyperons
في الفيزياء: جسيمات نووّية اثقل من النيوترونات وأخف من البروتونات.
hyperons
في الفيزياء: جسيمات نووّية اثقل من النيوترونات وأخف من البروتونات.
هيدروديناميّات
hydrodynamics
علم يدرس القوانين التي تخضع لها حركة السوائل كما يدرس المقاومة التي تبديها الأجسام التي تتحرّك بالنسبة لها.
hydrodynamics
علم يدرس القوانين التي تخضع لها حركة السوائل كما يدرس المقاومة التي تبديها الأجسام التي تتحرّك بالنسبة لها.
الهيدروستات
hydrostat
في الفيزياء: جهاز يمنع تضرّر المرجل بتحديد انخفاض الماء.
hydrostat
في الفيزياء: جهاز يمنع تضرّر المرجل بتحديد انخفاض الماء.
هيدروستاتي
hydrostatic (al)
خاصّ يتوازن السوائل وضغطها.
hydrostatic (al)
خاصّ يتوازن السوائل وضغطها.
الهيدرولوجي
ا hydrology
علم المياه وهو علم يبحث في خصائص المياه وظهورها وتوزّعها فوق سح الأرض وفي التربة وتحت الصخور وفي الجوّ.
ا hydrology
علم المياه وهو علم يبحث في خصائص المياه وظهورها وتوزّعها فوق سح الأرض وفي التربة وتحت الصخور وفي الجوّ.
الهيدروليّات
hydraulics
علم السوائل المتحرّكة.
hydraulics
علم السوائل المتحرّكة.
واصل التلامس
contact maker
في الكهرباء: أداة لوصل التيّار الكهربائي أو لوصله وقطعه بصورة أوتوماتيكية.
contact maker
في الكهرباء: أداة لوصل التيّار الكهربائي أو لوصله وقطعه بصورة أوتوماتيكية.
الوتر
cord
في الرياضيات: جزء من مستقيم يصل بين طرفي قوس دائرة أو أي منحن كان.
cord
في الرياضيات: جزء من مستقيم يصل بين طرفي قوس دائرة أو أي منحن كان.
وتر المثلث القائم الزاوية
hypotenuse
الضلع المقابل للزاوية القائمة في مثلّث قائم الزاوية (مرّبع الوتر يساوي مجموع مربعي الضلعين الآخرين) .
hypotenuse
الضلع المقابل للزاوية القائمة في مثلّث قائم الزاوية (مرّبع الوتر يساوي مجموع مربعي الضلعين الآخرين) .
الوزن الذرّي
atomic weight
في الفيزياء: الوزن النسبي لذرّات مختلف العناصر باعتبار وزن الهيدروجين 1 اصطلاحاً.
atomic weight
في الفيزياء: الوزن النسبي لذرّات مختلف العناصر باعتبار وزن الهيدروجين 1 اصطلاحاً.
وصليّة الدفق
flux linkage
في الهندسة الكهربائية: حاصل ضرب عدد خطوط الدفق المغناطيسي في عدد لفّات الدارة.
flux linkage
في الهندسة الكهربائية: حاصل ضرب عدد خطوط الدفق المغناطيسي في عدد لفّات الدارة.
تعريفات ومصطلحات علمية3
((تعريفات ومصطلحات علمية))
(3)
قلب الملفّ
core
في الهندسة الكهربائيّة: قضيب من الحديد المطاوع في داخل ملفّ مغناطيسي.
core
في الهندسة الكهربائيّة: قضيب من الحديد المطاوع في داخل ملفّ مغناطيسي.
القلي
alcali
في الكيمياء: مادّة تشبه خصائصها خصائص الصودا والبوطاس.
alcali
في الكيمياء: مادّة تشبه خصائصها خصائص الصودا والبوطاس.
القنبلة الذرّية
atomic bomb
قنبلة تستعمل تفاعلات الإنشطار الذرّي في البلوتونيوم واليورانيوم.
atomic bomb
قنبلة تستعمل تفاعلات الإنشطار الذرّي في البلوتونيوم واليورانيوم.
القوس
arc
في الهندسة جزء من منحنٍ متصل محصور بين نقطتين.
arc
في الهندسة جزء من منحنٍ متصل محصور بين نقطتين.
القوس الكهربائيّة
electric arc
تفريغ كهربائيّ من خلال غاز يحدث حرارة مرتفعة ونوراً ساطعاً.
electric arc
تفريغ كهربائيّ من خلال غاز يحدث حرارة مرتفعة ونوراً ساطعاً.
القوّة
strength
في الفيزياء: المؤثّر الذي يغيّر حالة سكون جسم أو حالة حركته أو يميل إلى تغييرها بسرعة منتظمة في خطّ مستقيم.
strength
في الفيزياء: المؤثّر الذي يغيّر حالة سكون جسم أو حالة حركته أو يميل إلى تغييرها بسرعة منتظمة في خطّ مستقيم.
القوّة الجاذبة
centripetal force
في الفيزياء: القوة التي تؤثّر في شيء فتجذبه نحو المركز.
centripetal force
في الفيزياء: القوة التي تؤثّر في شيء فتجذبه نحو المركز.
القوّة الطاردة
centrifugal force
في الفيزياء: القوّة التي تؤثّر في الشيء فتدفعه للابتعاد عن المركز.
centrifugal force
في الفيزياء: القوّة التي تؤثّر في الشيء فتدفعه للابتعاد عن المركز.
قوّة القصور الذاتي
inertia force
في الميكانيكا: المقاومة التي تبديها الأجسام للحركة والتي تنجم عن كتلتها.
inertia force
في الميكانيكا: المقاومة التي تبديها الأجسام للحركة والتي تنجم عن كتلتها.
القياس
measurement
تقدير كمية ما بمقارنتها مع كميّة أخرى من نوعها تؤخذ كوحدة.
measurement
تقدير كمية ما بمقارنتها مع كميّة أخرى من نوعها تؤخذ كوحدة.
قياس الارتفاع
altimetry
في الفيزياء: عملية يقاس بها ارتفاع موقع ما على سطح الأرض عن سطح البحر.
altimetry
في الفيزياء: عملية يقاس بها ارتفاع موقع ما على سطح الأرض عن سطح البحر.
قياس السوائل
hydrometry
في الفيزياء: علم لقياس كثافة السوائل (أو ثقلها النوعيّ) بواسطة الهيدرومتر.
hydrometry
في الفيزياء: علم لقياس كثافة السوائل (أو ثقلها النوعيّ) بواسطة الهيدرومتر.
الكاتيون
cation
في الكهرباء: إيون ذو شحنة موجبة.
cation
في الكهرباء: إيون ذو شحنة موجبة.
الكافور
camphor
في الكيمياء: مادّة عطريّة بيضاء اللّون تستخرج من شجر الكافور وتستعمل ضدّ التشّنج والباه والآلام الموضعيّة.
camphor
في الكيمياء: مادّة عطريّة بيضاء اللّون تستخرج من شجر الكافور وتستعمل ضدّ التشّنج والباه والآلام الموضعيّة.
الكاميرا
camera
آلة لتصوير الأشياء الساكنة أو المتحركة للسينما أو التلفيزيون.
camera
آلة لتصوير الأشياء الساكنة أو المتحركة للسينما أو التلفيزيون.
كبّاس
piston
في الميكانيكا: قرص اسطوانيّ يتحرّك بمماسّة لينة في جسم مضخّة أو في أسطوانة آلة بخارية وفي محرّك انفجاريّ.
piston
في الميكانيكا: قرص اسطوانيّ يتحرّك بمماسّة لينة في جسم مضخّة أو في أسطوانة آلة بخارية وفي محرّك انفجاريّ.
كبريتور
sulfide
في الكيمياء: اتحّاد الكبريت بعنصر آخر ككبريتور الحديد مثلاً أو كبريتور الفحم
sulfide
في الكيمياء: اتحّاد الكبريت بعنصر آخر ككبريتور الحديد مثلاً أو كبريتور الفحم
الكبريتيك
sulphide
في الكيمياء: مركّب من الكبريت ومن عنصر كيميائي آخر.
sulphide
في الكيمياء: مركّب من الكبريت ومن عنصر كيميائي آخر.
الكبسولة
capsule
ـ غلاف معدنيّ رقيق لفم زجاجة ذات سدادة فلّينيّة. ـ قمع فيه مادّة سريعة الاشتعال تحترق عند النقر وتستخدم في إطلاق القذائف وتفجير المتفجّرات.
capsule
ـ غلاف معدنيّ رقيق لفم زجاجة ذات سدادة فلّينيّة. ـ قمع فيه مادّة سريعة الاشتعال تحترق عند النقر وتستخدم في إطلاق القذائف وتفجير المتفجّرات.
الكبل
cable
حزمة أسلاك معزول بعضها عن بعضها الآخر ضمن غلاف واق.
cable
حزمة أسلاك معزول بعضها عن بعضها الآخر ضمن غلاف واق.
الكتلة
mass
في الكهرباء: مجموعة من القطع الموصّلة تتصل بالأرض في إنشاءات كهربائيّة. ـ في الميكانيكا: خراج قسمة قوّة ثابتة بتسارع الحركة التي تحدثها عندما تؤثّر في جسم.
mass
في الكهرباء: مجموعة من القطع الموصّلة تتصل بالأرض في إنشاءات كهربائيّة. ـ في الميكانيكا: خراج قسمة قوّة ثابتة بتسارع الحركة التي تحدثها عندما تؤثّر في جسم.
كتلة السكون
rest mass
في الفيزياء: كتلة الجسم بمعزل عن الكتلة الإضافية التي يكتسبها أثناء الحركة وفقاً لنظريّة النسبيّة.
rest mass
في الفيزياء: كتلة الجسم بمعزل عن الكتلة الإضافية التي يكتسبها أثناء الحركة وفقاً لنظريّة النسبيّة.
الكتلة النوعيّة
specific mass
في الفيزياء: كتلة وحدة حجم مادّة متجانسة.
specific mass
في الفيزياء: كتلة وحدة حجم مادّة متجانسة.
الكثافة
density
في الفيزياء: نسبة ثقل حجم ما من جسم إلى الحجم ذاته من الماء أو إلى الهواء إذا كان الجسم غازاً.
density
في الفيزياء: نسبة ثقل حجم ما من جسم إلى الحجم ذاته من الماء أو إلى الهواء إذا كان الجسم غازاً.
الكثافة البصريّة
optical density
في الفيزياء: المقاومة النسبية لسير الضوء.
optical density
في الفيزياء: المقاومة النسبية لسير الضوء.
الكثافة النهائيّة
limiting density
في الكيمياء: كثافة الغاز في حالة الغاز المثاليّ.
limiting density
في الكيمياء: كثافة الغاز في حالة الغاز المثاليّ.
الكربزول
carbazole
في الكيمياء: مرّكب متبلّر تشتق منه أصباع كثيرة.
carbazole
في الكيمياء: مرّكب متبلّر تشتق منه أصباع كثيرة.
الكربوهيدرات
carbohydrate
في الكيمياء: مادّة مؤلّفة من كربون وهيدروجين واكسيجين كالسكّر والنشا.
carbohydrate
في الكيمياء: مادّة مؤلّفة من كربون وهيدروجين واكسيجين كالسكّر والنشا.
الكرة
sphere
في الرياضيّات جسم صلب يحدّه سطح منحن مغلق وتكون جميع نقطه على بعد واحد، يسمّى «شعاع الكرة»، من نقطة داخلية ثابتة تسمّى مركز الكرة.
sphere
في الرياضيّات جسم صلب يحدّه سطح منحن مغلق وتكون جميع نقطه على بعد واحد، يسمّى «شعاع الكرة»، من نقطة داخلية ثابتة تسمّى مركز الكرة.
الكرنك
crank
في الميكانيكا: ذراع تستعمل لادارة آلة أو لتدويرها.
crank
في الميكانيكا: ذراع تستعمل لادارة آلة أو لتدويرها.
الكروميت
chromite
في الكيمياء: معدن مكوّن من عناصر الحديد والكروم والاكسجين يوجد في الطبيعة على هيئة كتل تعتبر خاماً للكروم.
chromite
في الكيمياء: معدن مكوّن من عناصر الحديد والكروم والاكسجين يوجد في الطبيعة على هيئة كتل تعتبر خاماً للكروم.
الكرونوسكوب
chronoscope
آلة تستعمل لقياس الوقت لا يفرّقها عن الساعة العادّية سوى دقّة الإداء والتوقيت الخياريّ.
chronoscope
آلة تستعمل لقياس الوقت لا يفرّقها عن الساعة العادّية سوى دقّة الإداء والتوقيت الخياريّ.
الكريوزوت
creosote
في الكيمياء: سائل زيتي يستحضر بتقطير القطران ويستخدم لصيانة الخشب ومعالجة السعال.
creosote
في الكيمياء: سائل زيتي يستحضر بتقطير القطران ويستخدم لصيانة الخشب ومعالجة السعال.
الكريوسول
creosol
في الكيمياء: سائل زيتيّ عديم اللّون يستخرج من قطران الخشب ومادّة راتنجيّة.
creosol
في الكيمياء: سائل زيتيّ عديم اللّون يستخرج من قطران الخشب ومادّة راتنجيّة.
الكريومتر
cryometer
في الفيزياء: محرّ لقياس الحرارات المنخفضة يتضمّن كحولاً بدلاً من الزيت.
cryometer
في الفيزياء: محرّ لقياس الحرارات المنخفضة يتضمّن كحولاً بدلاً من الزيت.
الكسر العشريّ الدائري
circulating decimal
في الحساب: كسر عشريّ تتكرّر فيه مجموعة أرقام بعينها إلى ما لا نهاية. مثل 0,431323232.
circulating decimal
في الحساب: كسر عشريّ تتكرّر فيه مجموعة أرقام بعينها إلى ما لا نهاية. مثل 0,431323232.
الكسور العشرية
decimal fractions
كسور مخارجها العشرة ومضاعفاتها مثل 10/3، أو 0,3.
decimal fractions
كسور مخارجها العشرة ومضاعفاتها مثل 10/3، أو 0,3.
الكفاف
contour
خطّ يميز حدود جسم ما.
contour
خطّ يميز حدود جسم ما.
الكلفانيّة
galvanism
كهرباء محدثة بالتفاعل الكيميائي.
galvanism
كهرباء محدثة بالتفاعل الكيميائي.
الكمفين
camphene
في الكيمياء: مادّة شبيهة بالكافور.
camphene
في الكيمياء: مادّة شبيهة بالكافور.
الكم
quantum
في الفيزياء: أقل كميّة من الطاقة التي يمكن بثها أو نشرها أو امتصاصها.
quantum
في الفيزياء: أقل كميّة من الطاقة التي يمكن بثها أو نشرها أو امتصاصها.
الكهرباء السارية
dynamic electricity
الشحنات الكهربائيّة المتحرّكة في الموصلات تحت شكل تيّار كهربائيّ.
dynamic electricity
الشحنات الكهربائيّة المتحرّكة في الموصلات تحت شكل تيّار كهربائيّ.
الكهرباء الساكنة
static electricity
الكهرباء الناتجة عن احتكاك والتي تظلّ في حالة توازن على الأجسام.
static electricity
الكهرباء الناتجة عن احتكاك والتي تظلّ في حالة توازن على الأجسام.
الكهربائية الساكنة
electrostatics
فرع من الفيزياء يدرس خصائص الكهربائيّة الساكنة بمقابل الديناميكا الكهربائيّة.
electrostatics
فرع من الفيزياء يدرس خصائص الكهربائيّة الساكنة بمقابل الديناميكا الكهربائيّة.
الكهرباء اللاسلكية
radio-electricity
فرع من الفيزياء يعنى بدراسة الموجات الهرتزيّة.
radio-electricity
فرع من الفيزياء يعنى بدراسة الموجات الهرتزيّة.
الهرطيس
electromagnet
قضيب من الحديد المطاوع يحيط به ملفّ يتمغنط عند مرور التيّار الكهربائيّ.
electromagnet
قضيب من الحديد المطاوع يحيط به ملفّ يتمغنط عند مرور التيّار الكهربائيّ.
الكهيرب
electron
في الفيزياء: الإلكترون وهو دقيقة ذات شحنة كهربائيّة سالبة وهو أحد العناصر المكوّنة للذرّة.
electron
في الفيزياء: الإلكترون وهو دقيقة ذات شحنة كهربائيّة سالبة وهو أحد العناصر المكوّنة للذرّة.
الكوارتز
quartz
في علم المعادن: أكسيد السيليسيوم المتبلّر يوجد في كثير من الصخور.
quartz
في علم المعادن: أكسيد السيليسيوم المتبلّر يوجد في كثير من الصخور.
الكوزموترون
cosmotron
في الفيزياء: جهاز يستعمل لتسريع البروتونات.
cosmotron
في الفيزياء: جهاز يستعمل لتسريع البروتونات.
الكوزموغرافيا
cosmography
علم يبحث في مظهر الكون وتركيبه العامّ وهو يشمل علوم الفلك والجغرافيا والجيولوجية.
cosmography
علم يبحث في مظهر الكون وتركيبه العامّ وهو يشمل علوم الفلك والجغرافيا والجيولوجية.
الكوس
set square
في الهندسة: أداة لرسم الزوايا القائمة.
set square
في الهندسة: أداة لرسم الزوايا القائمة.
كوس الزوايا
level square
أداة تستعمل لتخطيط الزوايا أو لاختبار دقّة السطوح المشطوبة.
level square
أداة تستعمل لتخطيط الزوايا أو لاختبار دقّة السطوح المشطوبة.
الكولومتر الغازي
gas coulometer
في الهندسة الكهربائيّة: مقياس لكميّة الكهرباء بحجم الغاز المنحلّ.
gas coulometer
في الهندسة الكهربائيّة: مقياس لكميّة الكهرباء بحجم الغاز المنحلّ.
الكون
universe
العالم بأسره بما فيها الأرض والكواكب والسيّارات.
universe
العالم بأسره بما فيها الأرض والكواكب والسيّارات.
الكيلوغرام متر
kilogram-meter
وحدة لقياس العمل تساوي القوّة المطلوبة لرفع كيلوغرام واحد متراً واحداً.
kilogram-meter
وحدة لقياس العمل تساوي القوّة المطلوبة لرفع كيلوغرام واحد متراً واحداً.
الكيلو فلط
kilovolt
في الكهرباء: وحدة جهد كهربائيّ أو فرق الجهد، قيمتها 1000 فلط.
kilovolt
في الكهرباء: وحدة جهد كهربائيّ أو فرق الجهد، قيمتها 1000 فلط.
الكيلومتر
kilometer
وحدة قياس تساوي ألف متر أو 3280,8 قدماً أو 0,621 ميلاً.
kilometer
وحدة قياس تساوي ألف متر أو 3280,8 قدماً أو 0,621 ميلاً.
الكيلوواط
lilowatt
في الكهرباء: من المقاييس الكهربائية قدره ألف واط وهو يمثل وحدة كهربائية طاقتها ألف جول في الثانية.
lilowatt
في الكهرباء: من المقاييس الكهربائية قدره ألف واط وهو يمثل وحدة كهربائية طاقتها ألف جول في الثانية.
الكيلو واط ـ الساعة
kilowatt-hour
وحدة عمل أو طاقة تعادل تلك التي يؤدّيها كيلو واط واحد في ساعة واحدة.
kilowatt-hour
وحدة عمل أو طاقة تعادل تلك التي يؤدّيها كيلو واط واحد في ساعة واحدة.
الكيمياء
chemistry
علم يبحث في تكوين المادّة والتغيّرات التي تلحق بها من جرّاء عوامل مختلفة تفقد الجسم مظهره الخاصّ وصفاته التي يتميز بها.
chemistry
علم يبحث في تكوين المادّة والتغيّرات التي تلحق بها من جرّاء عوامل مختلفة تفقد الجسم مظهره الخاصّ وصفاته التي يتميز بها.
الكيمياء الأرضيّة
geochemistry
علم يبحث في التكوين الكيميائي لقشرة الأرض وفي التغيّرات الكيميائيّة الطارئة عليها.
geochemistry
علم يبحث في التكوين الكيميائي لقشرة الأرض وفي التغيّرات الكيميائيّة الطارئة عليها.
الكيمياء الحياتيّة
biochemistry
فرع من الكيمياء يبحث في التفاعلات التي تحدث في الأنسجة الحيّة.
biochemistry
فرع من الكيمياء يبحث في التفاعلات التي تحدث في الأنسجة الحيّة.
الكيمياء الضوئيّة
photochemistry
فرع من الكيمياء يبحث في أثر الطاقة المشعّة في إحداث التغيّرات الكيميائيّة.
photochemistry
فرع من الكيمياء يبحث في أثر الطاقة المشعّة في إحداث التغيّرات الكيميائيّة.
الكيمياء العامة
general chemistry
دراسة القوانين المتعلّقة بمجموعة العناصر الكيميائيّة.
general chemistry
دراسة القوانين المتعلّقة بمجموعة العناصر الكيميائيّة.
الكيمياء العضويّة
organic chemistry
فرع من الكيمياء يدرس جميع مركّبات الكربون.
organic chemistry
فرع من الكيمياء يدرس جميع مركّبات الكربون.
الكيمياء الكهربائيّة
electrochemistry
علم يبحث في التغيّرات الكيميائيّة التي تحدثها الكهرباء وبإنتاج الكهرباء بواسطة التغيّرات الكيميائية.
electrochemistry
علم يبحث في التغيّرات الكيميائيّة التي تحدثها الكهرباء وبإنتاج الكهرباء بواسطة التغيّرات الكيميائية.
الكيمياء المعدنيّة
mineral chemistry
فرع من الكيمياء يدرس أشباه الفلّزات والمعادن واتحادها.
mineral chemistry
فرع من الكيمياء يدرس أشباه الفلّزات والمعادن واتحادها.
الكينماتيكا
kinematics
علم الحركة المجرّدة وهو فرع من الديناميكا يعني بالحركة بصرف النظر عن اعتبارات الكتلة والقوّة.
kinematics
علم الحركة المجرّدة وهو فرع من الديناميكا يعني بالحركة بصرف النظر عن اعتبارات الكتلة والقوّة.
اللاحب
electrode
في الفيزياء: في مقياس الفلطيّة وفي أنبوب من الغاز المتخلخل طرف كلّ من الموصّلات المثبتة في قطبي مولّد كهربائي.
electrode
في الفيزياء: في مقياس الفلطيّة وفي أنبوب من الغاز المتخلخل طرف كلّ من الموصّلات المثبتة في قطبي مولّد كهربائي.
لا دوريّ
aperiodic
في الفيزياء: كل ما ليست له ذبذبات دوريّة.
aperiodic
في الفيزياء: كل ما ليست له ذبذبات دوريّة.
اللبتون
lepton
في الكيمياء: جسيم نوويّ ضئيل الكتلة كالإلكترون والبوزيترون.
lepton
في الكيمياء: جسيم نوويّ ضئيل الكتلة كالإلكترون والبوزيترون.
اللصف
fluorescence
إطلاق نور ناشىء عن امتصاص الاشعاع من مصدر آخر.
fluorescence
إطلاق نور ناشىء عن امتصاص الاشعاع من مصدر آخر.
لغم مغناطيسي
magnetic mine
شحنة متفجّرة توضع تحت الماء وتنفجر بمجرّد قربها من الكتلة الحديديّ لسفينة.
magnetic mine
شحنة متفجّرة توضع تحت الماء وتنفجر بمجرّد قربها من الكتلة الحديديّ لسفينة.
لوح المركم
grid
صفيحة معدنيّة مثقبة تصطنع كموصل في بطاريّة مختزنة.
grid
صفيحة معدنيّة مثقبة تصطنع كموصل في بطاريّة مختزنة.
اللوغارتم
logarithm
لوغارتم عدد حقيقي موجب في نظام قاعدة أ موجب هو أسّ القوّة التي يجب أن يرفع إليها أ لايجاد هذا العدد (رمزه لوغ أ) .
logarithm
لوغارتم عدد حقيقي موجب في نظام قاعدة أ موجب هو أسّ القوّة التي يجب أن يرفع إليها أ لايجاد هذا العدد (رمزه لوغ أ) .
لولب أرخميدس
archimedean screw
أداة لولبيّة تستخدم لرفع المياه لأغراض الريّ أو غيرها.
archimedean screw
أداة لولبيّة تستخدم لرفع المياه لأغراض الريّ أو غيرها.
اللومن
lumen
في الفيزياء: وحدة لقياس تدفّق الضوء.
lumen
في الفيزياء: وحدة لقياس تدفّق الضوء.
الليتر
liter
وحدة مكاييل تعادل حجم كيلوغرام من الماء الصافي.
liter
وحدة مكاييل تعادل حجم كيلوغرام من الماء الصافي.
ليتر ضغط جوّي
litre-atmosphere
في الهندسة: الشغل اللازم لرفع مكبس مساحته دسيمتر مربع مسافة دسيمتر على ضغط جوّيّ.
litre-atmosphere
في الهندسة: الشغل اللازم لرفع مكبس مساحته دسيمتر مربع مسافة دسيمتر على ضغط جوّيّ.
ليفة
fiber
سلك مستطيل يؤلّف بعض الأنسجة الحيوانيّة أو النباتيّة أو بعض الموادّ المعدنيّة.
fiber
سلك مستطيل يؤلّف بعض الأنسجة الحيوانيّة أو النباتيّة أو بعض الموادّ المعدنيّة.
الماء الثقيل
heavy water
في الكيمياء هو الماء الذي حلّ فيه محلّ الهيدروجين نظير ثقيل هو الدوتيريوم وهو أقلّ امتصاصاً للنيوترونات من الماء العاديّ.
heavy water
في الكيمياء هو الماء الذي حلّ فيه محلّ الهيدروجين نظير ثقيل هو الدوتيريوم وهو أقلّ امتصاصاً للنيوترونات من الماء العاديّ.
المادّة الديامغناطيسية
diamagnet
في الفيزياء: مادّة ضعيفة الإنفاذيّة المغناطيسيّة.
diamagnet
في الفيزياء: مادّة ضعيفة الإنفاذيّة المغناطيسيّة.
مادّة لا شكليّة
amorphous substance
في الفيزياء: مادّة لا متبلّرة ولا شكل لها.
amorphous substance
في الفيزياء: مادّة لا متبلّرة ولا شكل لها.
المانومتر
manometer
في الفيزياء: آلة لقياس ضغط الأجسام السائلة.
manometer
في الفيزياء: آلة لقياس ضغط الأجسام السائلة.
المائع
fluid
كل جسم غازيّ أو سائل ليس له شكل خاصّ ويمكن تغيير شكله بدون عناء.
fluid
كل جسم غازيّ أو سائل ليس له شكل خاصّ ويمكن تغيير شكله بدون عناء.
المبدأ
principle
العنسصر المكوّن للأشياء الماديّة. وفي الفيزياء: قانون ذو صفة عامّة تسير بموجبه مجموعة من الظاهرات ويتحقّق بدقّة نتائجه.
principle
العنسصر المكوّن للأشياء الماديّة. وفي الفيزياء: قانون ذو صفة عامّة تسير بموجبه مجموعة من الظاهرات ويتحقّق بدقّة نتائجه.
مبدأ أرخميدس
archimedes’ principle
في الفيزياء: مبدأ يقول إن كل جسم مغموس في مائع أو في سائل يتلقى قوّة دفع عموديّ من أسفل إلى فوق تساوي وزن المائع أو السائل المزاح.
archimedes’ principle
في الفيزياء: مبدأ يقول إن كل جسم مغموس في مائع أو في سائل يتلقى قوّة دفع عموديّ من أسفل إلى فوق تساوي وزن المائع أو السائل المزاح.
مبدأ القصور الذاتي
principle of inertia
في الميكانيكا: مبدأ يقول إن كلّ نقطة ماديّة لا تخضع لأية قوّة تكون إما ساكنة أو خاضعة لحركة مستقيمة مطّردة.
principle of inertia
في الميكانيكا: مبدأ يقول إن كلّ نقطة ماديّة لا تخضع لأية قوّة تكون إما ساكنة أو خاضعة لحركة مستقيمة مطّردة.
متّحد المحور
coaxial
صفة تطلق على ما له محور مشترك مع جسم آخر.
coaxial
صفة تطلق على ما له محور مشترك مع جسم آخر.
المتّحد المركز
concentric
يقال على المنحنيات والسطوح التي لها مركز واحد.
concentric
يقال على المنحنيات والسطوح التي لها مركز واحد.
المتر
meter
وحدة الطول في النظام المتريّ وتساوي 39,37 إنشاً.
meter
وحدة الطول في النظام المتريّ وتساوي 39,37 إنشاً.
متسلسلة ليمان
lyman series
في الفيزياء: طيف الهيدروجين في نطاق الأشعة فوق البنفسجيّة.
lyman series
في الفيزياء: طيف الهيدروجين في نطاق الأشعة فوق البنفسجيّة.
متشاكل
isomorphic, isomorphous
يقال على الشيء المتشابه الاشكال مع اختلاف الاصل وفي علم المعادن يقال على الأجسام التي تتمكن من تشكيل بلّورات مشتركة.
isomorphic, isomorphous
يقال على الشيء المتشابه الاشكال مع اختلاف الاصل وفي علم المعادن يقال على الأجسام التي تتمكن من تشكيل بلّورات مشتركة.
المتعامد
orthogonal
في الهندسة: يقال عن مستقيمين أو دائرتين أو سطحين أو مستقيم وسطح تتقاطع بزاوية قائمة.
orthogonal
في الهندسة: يقال عن مستقيمين أو دائرتين أو سطحين أو مستقيم وسطح تتقاطع بزاوية قائمة.
المتغيّرة
variable
في الرياضيّات: نظام يمكن أن يتخذ قيماً عدديّة مختلفة داخل حدود معيّنة أو خارجها.
variable
في الرياضيّات: نظام يمكن أن يتخذ قيماً عدديّة مختلفة داخل حدود معيّنة أو خارجها.
المتمّم
complement
في الهندسة: الزاوية التي يجب إضافتها إلى زاوية حادّة لتكوين زاوية قائمة.
complement
في الهندسة: الزاوية التي يجب إضافتها إلى زاوية حادّة لتكوين زاوية قائمة.
المتمّمة
complement
ما يجب إضافته إلى شيء ليصبح تاماً. ـ في الرياضيات: ما يجب إضافته إلى زاوية حادّة لتصبح زاوية قائمة.
complement
ما يجب إضافته إلى شيء ليصبح تاماً. ـ في الرياضيات: ما يجب إضافته إلى زاوية حادّة لتصبح زاوية قائمة.
المتوازي السطوح
parallelepiped
في الهندسة: موشور سداسّي ذو أوجه متوازية الأضلاع.
parallelepiped
في الهندسة: موشور سداسّي ذو أوجه متوازية الأضلاع.
متوازي المغناطيسيّة
paramagnetic
في الفيزياء: قابل للمغنطة مثل الحديد ولكن إلى درجة أضعف بكثير كالالومنيوم والبلاتين.
paramagnetic
في الفيزياء: قابل للمغنطة مثل الحديد ولكن إلى درجة أضعف بكثير كالالومنيوم والبلاتين.
المتوالية الحسابيّة
arithmetical progression
في الرياضيات: مجموعة سلسلة أعداد كل عدد منها يساوي العدد السابق مضافاً إليه أو مطروحاً منه عدد ثابت يسمّى الأساس. مثال المتوالية المتزايدة: ÷1، 4، 7، 10.. [الأساس 3] ومثال المتوالية المتناقصة: ÷ 17، 13، 9.. [والأساس هنا 4].
arithmetical progression
في الرياضيات: مجموعة سلسلة أعداد كل عدد منها يساوي العدد السابق مضافاً إليه أو مطروحاً منه عدد ثابت يسمّى الأساس. مثال المتوالية المتزايدة: ÷1، 4، 7، 10.. [الأساس 3] ومثال المتوالية المتناقصة: ÷ 17، 13، 9.. [والأساس هنا 4].
المتوالية الهندسيّة
geometric progression
في الرياضيات: سلسلة أعداد يساوي كلّ عدد منها العدد السابق مضروياً بعد ثابت أو مقسوماً على عدد ثابت مثال ذلك ÷: 5، 10، 20، 40 [أساس 2].
geometric progression
في الرياضيات: سلسلة أعداد يساوي كلّ عدد منها العدد السابق مضروياً بعد ثابت أو مقسوماً على عدد ثابت مثال ذلك ÷: 5، 10، 20، 40 [أساس 2].
متوهّج
incandescent
نعت يوصف به الجسم الذي يصبح نيّراً تحت تأثير حرارة مرتفعة.
incandescent
نعت يوصف به الجسم الذي يصبح نيّراً تحت تأثير حرارة مرتفعة.
المثلّث
triangle
في الهندسة: مضلّع ذو ثلاثة رؤوس وبالتالي ثلاث زوايا تساوي مساحته نصف حاصل ضرب طول قاعدته بارتفاعه.
triangle
في الهندسة: مضلّع ذو ثلاثة رؤوس وبالتالي ثلاث زوايا تساوي مساحته نصف حاصل ضرب طول قاعدته بارتفاعه.
المثمّن
octogon
في الهندسة: مضلّع له ثمانية رؤوس وبالتالي ثماني زوايا.
octogon
في الهندسة: مضلّع له ثمانية رؤوس وبالتالي ثماني زوايا.
المجال
field
في الرياضيّات: في نظام من المتغيّرات مجموعة القيم التي قد تأخذها هذه المتغيّرات.
field
في الرياضيّات: في نظام من المتغيّرات مجموعة القيم التي قد تأخذها هذه المتغيّرات.
مجال القوّة
field of force
حجم الفراغ الذي تحدث فيه قوّة مسلّطة على جسم أثراً تمكن استبانته.
field of force
حجم الفراغ الذي تحدث فيه قوّة مسلّطة على جسم أثراً تمكن استبانته.
المجال الكهربائي
electric field
في الفيزياء: المدى الذي يكون فيه جسم مكهرب تحت تأثير قوى.
electric field
في الفيزياء: المدى الذي يكون فيه جسم مكهرب تحت تأثير قوى.
المجال المغناطيسي
magnetic field
في الفيزياء: المدى الذي يكون فيه مغناطيس تحت تأثير قوى.
magnetic field
في الفيزياء: المدى الذي يكون فيه مغناطيس تحت تأثير قوى.
المجذور
radicand
في الرياضيّات: المقادر الموجود تحت علامة الجذر ؟.
radicand
في الرياضيّات: المقادر الموجود تحت علامة الجذر ؟.
مجسّم إهليلجيّ مجسّم القطع الناقص
ellipsoid
سطح محدّب من الدرجة الثانية له ثلاثة مستويات تماثل كل اثنين منها متعامدان وثلاثة محاور تماثل كل اثنين منها متجاوران. وتتقاطع هذه المستويات وهذه المحاور في نقطة واحدة هي مركز المجسّم.
ellipsoid
سطح محدّب من الدرجة الثانية له ثلاثة مستويات تماثل كل اثنين منها متعامدان وثلاثة محاور تماثل كل اثنين منها متجاوران. وتتقاطع هذه المستويات وهذه المحاور في نقطة واحدة هي مركز المجسّم.
مجمّع التيّار
current collector
في الهندسة الكهربائية: ذراع توصيل الحافلة الكهربائية بالتيّار.
current collector
في الهندسة الكهربائية: ذراع توصيل الحافلة الكهربائية بالتيّار.
المجموعة
group
في الرياضيّات: جملة تخضع لقانون التركيب الداخلي الذي يتمّيز بجميع الحدود ووجود عنصر محايد، وتكون بحيث أن لكلّ عنصر من الجملة عنصراً متماثلاً معه.
group
في الرياضيّات: جملة تخضع لقانون التركيب الداخلي الذي يتمّيز بجميع الحدود ووجود عنصر محايد، وتكون بحيث أن لكلّ عنصر من الجملة عنصراً متماثلاً معه.
مجموعة ثمانيّة
octet
في الكيمياء: مجموعة من ثمانية الكتروناث في جزيء.
octet
في الكيمياء: مجموعة من ثمانية الكتروناث في جزيء.
المجهر الالكتروني
electronic microscope
آلة تشبه المجهر لكنّ الأشعة الضوئية فيها يحلّ محلها سيل من الالكترونات وعندئذ يمكن أن يبلغ تكبيرها 100 ضعف تكبير المجهر العاديّ.
electronic microscope
آلة تشبه المجهر لكنّ الأشعة الضوئية فيها يحلّ محلها سيل من الالكترونات وعندئذ يمكن أن يبلغ تكبيرها 100 ضعف تكبير المجهر العاديّ.
المجهر
microscope
آلة بصريّة تتألف من عدسات عدّة تستعمل لرؤية أشياء صغيرة لا ترى بالعين المجرّدة.
microscope
آلة بصريّة تتألف من عدسات عدّة تستعمل لرؤية أشياء صغيرة لا ترى بالعين المجرّدة.
المحاثّة
indutance
في الكهرباء: حاصل ضرب نبض تيار كهربائي متناوب بمعامل حث الدائرة الذاتي.
indutance
في الكهرباء: حاصل ضرب نبض تيار كهربائي متناوب بمعامل حث الدائرة الذاتي.
محايد
neutral
في الكيمياء: صفة لجسم لا هو حامض وليس قاعديّاً.
neutral
في الكيمياء: صفة لجسم لا هو حامض وليس قاعديّاً.
المحتفظيّة
retentivity
في الفيزياء: القدرة على الاحتفاظ بالمغناطيسيّة بعد زوال القوّة الممغنطة.
retentivity
في الفيزياء: القدرة على الاحتفاظ بالمغناطيسيّة بعد زوال القوّة الممغنطة.
المحث
inductor
في الكهرباء: أداة غرضها الأساسي إحداث التأثير الكهرطيسي في دائرة كهربائية.
inductor
في الكهرباء: أداة غرضها الأساسي إحداث التأثير الكهرطيسي في دائرة كهربائية.
المحدار
declinometer
في الفيزياء: مقياس الحدور المغناطيسي.
declinometer
في الفيزياء: مقياس الحدور المغناطيسي.
محرّك احتراق داخلي
internal comdustion engine
في الميكانيكا: محرّك تتحوّل فيه الطاقة التي ينتجها وقود مباشرة إلى طاقة آلية.
internal comdustion engine
في الميكانيكا: محرّك تتحوّل فيه الطاقة التي ينتجها وقود مباشرة إلى طاقة آلية.
المحرك الارتكاسي
reaction engine
في الميكانيكا: محرّك يحدث فيه العمل الآلي بقذف دفعات غازيّة خارج المحرّك.
reaction engine
في الميكانيكا: محرّك يحدث فيه العمل الآلي بقذف دفعات غازيّة خارج المحرّك.
محرّك بخاري
steam engine
محرّك يعمل بقوّة بخار الماء.
steam engine
محرّك يعمل بقوّة بخار الماء.
محزّزة الحيود
diffraction grating
في الفيزياء: أداة تستخدم للحصول على الأطياف استناداً إلى ظاهرة الحيود وتتخذ من لوح زجاجيّ أو معدني مصقول تحزّ على سطحه خطوط مستقيمة متوازية.
diffraction grating
في الفيزياء: أداة تستخدم للحصول على الأطياف استناداً إلى ظاهرة الحيود وتتخذ من لوح زجاجيّ أو معدني مصقول تحزّ على سطحه خطوط مستقيمة متوازية.
محطّة الترحيل
relay station
محطّة تذاع منها برامج الراديو أو التلفيزيون بعد التقاطها من محطّة أخرى.
relay station
محطّة تذاع منها برامج الراديو أو التلفيزيون بعد التقاطها من محطّة أخرى.
المحلول
solution
في الكيمياء: المستحضرات الناجمة عن تفكيك بعض المركّبات الكيميائية إلى أجزائها.
solution
في الكيمياء: المستحضرات الناجمة عن تفكيك بعض المركّبات الكيميائية إلى أجزائها.
محلول كهربائي
electrolyte
في الكيمياء: مركّب كيميائي يمكن أن يتأثّر بالتحليل الكهربائي عندما يكون في حالة ذوبان أو انصهار.
electrolyte
في الكيمياء: مركّب كيميائي يمكن أن يتأثّر بالتحليل الكهربائي عندما يكون في حالة ذوبان أو انصهار.
المحور
axis
خط يمرّ في وسط جسم ما. ـ في علم الفلك: خط وهميّ يدور حوله سيّار. ـ في الرياضيّات: خط مستقيم اختير عليه اتجّاه معيّن. ـ في الميكانيكا: خطّ أو قطعة ثابتة يدور حولهما جسم جامد.
axis
خط يمرّ في وسط جسم ما. ـ في علم الفلك: خط وهميّ يدور حوله سيّار. ـ في الرياضيّات: خط مستقيم اختير عليه اتجّاه معيّن. ـ في الميكانيكا: خطّ أو قطعة ثابتة يدور حولهما جسم جامد.
محور الارتكاز
pivot
في الفيزياء: قطعة أسطوانيّة تدور في قسم ثابت يكون دعامة لها.
pivot
في الفيزياء: قطعة أسطوانيّة تدور في قسم ثابت يكون دعامة لها.
محور التماثل
axis of symmetry
في الرياضيّات: خطّ مستقيم تتماثل بالنسبة له نقط صورة ما اثنتين اثنتين.
axis of symmetry
في الرياضيّات: خطّ مستقيم تتماثل بالنسبة له نقط صورة ما اثنتين اثنتين.
محور الكرة
axis of the sphere
في الهندسة: الخطّ المستقيم الموصل بين قطبي الكرة.
axis of the sphere
في الهندسة: الخطّ المستقيم الموصل بين قطبي الكرة.
المحوّل
transformer
في الكهرباء: آلة تحوّل تياراً كهربائياً متناوباً إلى تيّار آخر متناوب له التردد ذاته لكّنه يختلف في الجهد.
transformer
في الكهرباء: آلة تحوّل تياراً كهربائياً متناوباً إلى تيّار آخر متناوب له التردد ذاته لكّنه يختلف في الجهد.
محوّل ثنائي
binary converter
في الكهرباء: جهاز يحوّل التيّار من متناوب إلى مستمر.
binary converter
في الكهرباء: جهاز يحوّل التيّار من متناوب إلى مستمر.
المحوّلة
inverter
في الكهرباء: أداة لتحويل التيار الطرديّ إلى تيار متردد بوسائل ميكانيكية أو إلكترونية.
inverter
في الكهرباء: أداة لتحويل التيار الطرديّ إلى تيار متردد بوسائل ميكانيكية أو إلكترونية.
محيط الدائرة
circumference
في الهندسة: خطّ منحن مغلق يحيط بمساحة دائرية وتكون نسبتها إلى القطر ثابتة يعبّر عنها بالحرف اليوناني ؟ وقيمته 3,1416 تقريباً.
circumference
في الهندسة: خطّ منحن مغلق يحيط بمساحة دائرية وتكون نسبتها إلى القطر ثابتة يعبّر عنها بالحرف اليوناني ؟ وقيمته 3,1416 تقريباً.
مختلف المركز
excentric
في الميكانيكا: قرص مثبت على ذراع دائرة يستعمل لتأمين بعض أنواع الحركة. في الهندسة: دائرتان إحداهما ضمن الأخرى ولهما مركزان مختلفان.
excentric
في الميكانيكا: قرص مثبت على ذراع دائرة يستعمل لتأمين بعض أنواع الحركة. في الهندسة: دائرتان إحداهما ضمن الأخرى ولهما مركزان مختلفان.
المخرج
denominator
أحد جزئي الكسر الدال على عدد الأجزاء التي قسّمت إليها الوحدة مثل 4 في 4/3.
denominator
أحد جزئي الكسر الدال على عدد الأجزاء التي قسّمت إليها الوحدة مثل 4 في 4/3.
المخروط
cone
شكل حادث من دوران مثلث قائم الزاوية على أحد ضلعي هذه الزاوية.
cone
شكل حادث من دوران مثلث قائم الزاوية على أحد ضلعي هذه الزاوية.
المخل
lever
آلة مستطيلة من حديد ونحوه ترفع بها الحجارة أو تقلع.
lever
آلة مستطيلة من حديد ونحوه ترفع بها الحجارة أو تقلع.
مخمّس
pentagon
مضلع له خمسة رؤوس وبالتالي خمس زوايا.
pentagon
مضلع له خمسة رؤوس وبالتالي خمس زوايا.
المدار
orbit
في الفيزياء: مسار جسم يتحرّك دورياً كمدار الالكترونات حول النواة في ذرّة. ـ في علم الفلك: منحنٍ مغلق يرسمه سيّار حول الشمس أو تابع حول سيّار.
orbit
في الفيزياء: مسار جسم يتحرّك دورياً كمدار الالكترونات حول النواة في ذرّة. ـ في علم الفلك: منحنٍ مغلق يرسمه سيّار حول الشمس أو تابع حول سيّار.
المرآة المحدّبة
convex mirror
مرآة مقوّسة إلى الخارج نحو المراقب تعطي صورة تقديرية أصغر من الشيء الذي تعكسه.
convex mirror
مرآة مقوّسة إلى الخارج نحو المراقب تعطي صورة تقديرية أصغر من الشيء الذي تعكسه.
مرآة مقعّرة
concave mirror
مرآة مقوّسة إلى الداخل تجعل الأشعة الضوئيّة تتقارب ممّا يقرب الشيء ويجعله أكبر حجماً مما هو عليه.
concave mirror
مرآة مقوّسة إلى الداخل تجعل الأشعة الضوئيّة تتقارب ممّا يقرب الشيء ويجعله أكبر حجماً مما هو عليه.
المربّع
square
مضلّع رباعيّ أضلاعه متساوية وزواياه قائمة.
square
مضلّع رباعيّ أضلاعه متساوية وزواياه قائمة.
المذياع
microphone
في الفيزياء: آلة تحوّل الاهتزازات الصوتيّة إلى تذبذبات كهربائية.
microphone
في الفيزياء: آلة تحوّل الاهتزازات الصوتيّة إلى تذبذبات كهربائية.
المربّع السحريّ
magic square
سلسلة من الأرقام مثبتة في مربّع بحيث يكون مجموعها واحداً سواء أجمعت عمودّياً أو أفقياً أو قطرياً.
magic square
سلسلة من الأرقام مثبتة في مربّع بحيث يكون مجموعها واحداً سواء أجمعت عمودّياً أو أفقياً أو قطرياً.
المرجفة
seismograph
أداة لتحديد مواقع الزلازل وقوّتها.
seismograph
أداة لتحديد مواقع الزلازل وقوّتها.
المرسام الزمني
photochronograph
جهاز لتصوير شيء متحرك في فترات نظامية قصيرة.
photochronograph
جهاز لتصوير شيء متحرك في فترات نظامية قصيرة.
مرسمة الاستقطاب
polarograph
في الكيمياء: آلة للكشف عن الموادّ المذابة في محلول مخفّف.
polarograph
في الكيمياء: آلة للكشف عن الموادّ المذابة في محلول مخفّف.
مرسمة الذبذات
oscillograph
آلة تمكّن من تسجيل تغيّرات تيّار كهربائي متغيّر تبعاً للزمن.
oscillograph
آلة تمكّن من تسجيل تغيّرات تيّار كهربائي متغيّر تبعاً للزمن.
المرشّحة
filter
جهاز يمّر فيه سائل أو غاز لفصل الجسيمات الجامدة المعلقة فيه. ـ في الفيزياء: أداة أو مادة لكبت بعض الموجات الكهربائية أو الصوتيّة.
filter
جهاز يمّر فيه سائل أو غاز لفصل الجسيمات الجامدة المعلقة فيه. ـ في الفيزياء: أداة أو مادة لكبت بعض الموجات الكهربائية أو الصوتيّة.
المرصد
observatory
منشأة للملاحظات الفلكيّة وللأرصاد الجوّية.
observatory
منشأة للملاحظات الفلكيّة وللأرصاد الجوّية.
المرطاب
hygrometer
جهاز لقياس الرطوبة النسبيّة في الجوّ.
hygrometer
جهاز لقياس الرطوبة النسبيّة في الجوّ.
المرطاب المحرار
hygrothermograph
أداة لتسجيل الرطوبة والحرارة معاً على رسم بياني واحد.
hygrothermograph
أداة لتسجيل الرطوبة والحرارة معاً على رسم بياني واحد.
المرفاع
jack
آلة لرفع الأثقال.
jack
آلة لرفع الأثقال.
مدونة صناعة المستقبل 