Տեսություն

Ֆիզիկական մարմին և նյութ: Նյութի կառուցվածքը
Ֆիզիկայում ոչ միայն դիտում և նկարագրում են երևույթներն ու մարմինների հատկությունները, այլև ձգտում են բացատրել, թե ինչու են դրանք տեղի ունենում:
Բազմաթիվ  հարցերին պատասխանելու  համար պետք է իմանալ նյութի կառուցվածքը: Նյութի կառուցվածքի մասին գիտելիքները ոչ միայն հնարավորություն են տալիս բացատրել ֆիզիկական շատ երևույթներ, այլև օգնում են կանխատեսել երևույթների ընթացքը, իմանալ, թե ինչ պետք է անել դրանք արագացնելու կամ դանդաղեցնելու համար, այսինքն՝ օգնում են կառավարել երևույթները:
 
Ուսումնասիրելով մարմինների կառուցվածքը՝ կարելի է բացատրել նրանց հատկությունները, ինչպես նաև ստեղծել անհրաժեշտ հատկություններով նոր նյութեր՝ կարծր ու ամուր համաձուլվածքներ, ջերմակայուն նյութեր, պլաստմասսաներ, արհեստական կաուչուկ, կապրոն, լավսան և այլն: Այս բոլոր նյութերը լայնորեն կիրառվում են տեխնիկայում, կենցաղում և բժշկության մեջ:
 
Ուշադրություն
Նյութի կառուցվածքի մասին մեզ տեղեկություններ են տալիս որոշ երևույթներ ու փորձեր:
Օրինակ
Եթե ձեռքերով սեղմենք գնդակը, նրա մեջ լցված օդի ծավալը կփոքրանա: Ուժ գործադրելով՝ կարելի է փոքրացնել նաև ռետինի կամ մոմի ծավալը: Բայց ծավալի փոփոխությունը տեղի է ունենում ոչ միայն մեխանիկական ազդեցության հետևանքով:
Սառը վիճակում օղակի միջով ազատորեն անցնող պողպատե գնդիկը  տաքացնելուց հետո ընդարձակվում է և չի անցնում օղակի միջով (տե՛ս նկար 1. ա, բ): Երբ գնդիկը սառչում է, նրա ծավալը փոքրանում է, և այն կրկին անցնում է օղակի միջով: Տաքացնելու հետևանքով ընդարձակվում են ոչ միայն պինդ մարմինները, այլև՝ հեղուկները: Նկար 2-ում պատկերված փորձը ցույց է տալիս, թե փորձանոթում ինչպես է փոխվում հեղուկի մակարդակը, երբ այրոցի բոցով տաքացնում ենք անոթի ջուրը:
Untitled001.png
 
Ուշադրություն
Այսպիսով, փորձերը ցույց են տալիս, որ մարմնի ծավալը կարող է փոփոխվել՝ մեծանալ կամ փոքրանալ: Ինչո՞վ կարելի է բացատրել մարմնի՝ սեփական ծավալը փոխելու հատկությունը: Դա կարելի է բացատրել նրանով, որ նյութերը կազմված են առանձին մասնիկներից, որոնց միջև կան ազատ տարածություններ:
Երբ այդ մասնիկները հեռանում են իրարից, մարմնի ծավալը մեծանում է, իսկ երբ մոտենում են իրար, մարմնի ծավալը փոքրանում է:
 
Վարկածն այն մասին, որ բոլոր նյութերը կազմված են փոքրագույն մասնիկներից, առաջինը բացահայտել են հին հույն գիտնականները: Նրանք դա հիմնավորում էին այսպես. հոտի տարածումը, հեղուկների գոլորշիացումը և ալիքների ազդեցությամբ ծովափնյա քարի ծավալի աստիճանական նվազումը տեղի են ունենում, քանի որ մարմիններից անջատվում են փոքրագույն մասնիկներ: Այդ դեպքում ինչու՞ բոլոր նյութերը՝ ջուրը, պողպատը, ծառը հոծ են թվում: Բանն այն է, որ նյութը կազմող մասնիկների չափերը և նրանց միջև եղած հեռավորությունները չափազանց փոքր են:
Օրինակ
Այդ մասնիկների չափերի մասին պատկերացում է տալիս հետևյալ փորձը (տե՛ս պատկերը): Փորձանոթի ջրի մեջ լուծենք ներկի շատ փոքր կտոր: Որոշ ժամանակ անց կնկատենք, որ  լուծույթը հավասարաչափ է ներկված: Այդ լուծույթի փոքրիկ կաթիլն անգամ ներկված է, հետևաբար, նրա յուրաքանչյուր կաթիլը ներկի մասնիկ է պարունակում:  
liquid_diffusion1.gif
Մոլեկուլներ և ատոմներ
Վարկածն այն մասին, որ բոլոր նյութերը կազմված են առանձին փոքրագույն մասնիկներից, առաջադրվել է ավելի քան երկու հազար տարի առաջ: Սակայն միայն \(19\)-\(20\)-րդ դարերի սահմանագծին բացահայտվեց, թե դրանք ինչ մասնիկներ են և ինչպիսի հատկություններ ունեն:
Մասնիկները, որոնցից կազմված են նյութերը, կոչվում են  մոլեկուլներ:
Այսպես օրինակ, ջրի ամենափոքր մասնիկը ջրի մոլեկուլն է, շաքարի ամենափոքր մասնիկը՝ շաքարի մոլեկուլը:
 
Իսկ ի՞նչ չափեր ունեն մոլեկուլները:
 
Հայտնի է, որ շաքարը կարելի է փշրել և շաքարի փոշի ստանալ, ցորենի հատիկները կարելի է աղալ և ալյուր ստանալ: Յուղի կաթիլը, տարածվելով ջրի մակերևույթին, առաջացնում է թաղանթ, որի հաստությունը տասնյակ հազար անգամ փոքր է մարդու մազի տրամագծից: Սակայն ալյուրի փոշեհատիկի և յուղի թաղանթի մեջ պարունակվում է ոչ թե մեկ, այլ բազմաթիվ մոլեկուլներ: Նշանակում է՝ այդ նյութերի մոլեկուլների չափերն ավելի փոքր են, քան ալյուրի փոշեհատիկի չափերն ու յուղի թաղանթի հաստությունը:
 
Կարելի է այսպիսի համեմատություն կատարել. մոլեկուլը նույնքան անգամ փոքր է միջին չափի խնձորից, որքան անգամ խնձորը փոքր է երկրագնդից: Եթե բոլոր մարմինների չափերը մեծացնենք միլիոն անգամ (այդ դեպքում մարդու մատի հաստությունը կդառնա \(10\) կմ), նույնիսկ այդ դեպքում մոլեկուլն իր չափերով փոքր կլինի այս դասագրքի մեջ հանդիպող միջակետից:
 
Մոլեկուլներն անզեն աչքով տեսնել հնարավոր չէ: Նրանք այնքան փոքր են, որ \(1000\) անգամ խոշորացնող մանրադիտակով էլ չեն երևում: Կենսաբաններին հայտնի են \(0,001\) մմ չափերով միկրոօրգանիզմներ (օրինակ՝ մանրէները): Իսկ մոլեկուլները դրանցից հարյուրավոր ու հազարավոր անգամ փոքր են:
Օրինակ
Մաքուր լվացված մեծ անոթի մեջ ջուր լցնելուց հետո նրա մակերեսին մի կաթիլ յուղ են կաթեցնում: Յուղը սկսում է տարածվել և թաղանթ կազմել: Յուղի տարածվելու հետ այդ թաղանթի հաստությունն ավելի ու ավելի է նվազում: Որոշ ժամանակ անց յուղի տարածվելը դադարում է: Եթե ենթադրենք, որ դա տեղի է ունենում այն պատճառով, որ յուղի բոլոր մոլեկուլները հայտնվում են ջրի մակերևույթին (\(1\) մոլեկուլ հաստությամբ թաղանթ կազմելով), մոլեկուլի տրամագիծը որոշելու համար բավական է որոշել առաջացած թաղանթի հաստությունը  հավասար է նրա \(V \)ծավալի և \(S \)մակերեսի հարաբերությանը՝  h=VS 
Նկարագրվող փորձի ժամանակ կաթիլի \(V\) ծավալը հավասար է \(0,0009\) սմ³, իսկ նրանից ստացված յուղաթաղանթի \(S\) մակերեսը՝ 5500 սմ²:
Տեղադրելով տառերի թվային արժեքները՝ կստանանք \(հ\)\(=\)\(0,00000016\)  սմ:
Այս թվով է արտահայտվում յուղի մոլեկուլի մոտավոր չափը:
 
Քանի որ մոլեկուլները չափազանց փոքր են, ապա յուրաքանչյուր նյութ պարունակում է մոլեկուլների հսկայական քանակություն: Պատկերացում կազմելու համար բերենք այսպիսի օրինակ:  Ռետինե մանկական գնդակի մեջ երեք գրամ զանգվածով ջրածին լցնենք: Գնդակի մեջ այնպիսի փոքր անցք բացենք, որ յուրաքանչյուր վայրկյան անցքից կարողանա դուրս գալ ջրածնի մեկ միլիոն մոլեկուլ: Որպեսզի գնդակը դատարկվի, կպահանջվի \(30\) միլիարդ տարի:
Չնայած որ մոլեկուլները տվյալ նյութի ամենափոքր մասնիկներ են, սակայն նրանք ևս բաժանելի են: Մոլեկուլը կազմող մասնիկները կոչվում են ատոմներ: Մոլեկուլն ատոմների տրոհելիս առաջանում են նոր նյութեր:  Նյութը, որը կազմված են \(1\) ատոմից, կոչվում է  տարր: Յուրաքանչյուր տարր ընդունված է նշանակել հատուկ նշանով: Օրինակ՝ թթվածնի ատոմը՝ \(O,\) ջրածնի ատոմը՝ \(H\), ածխածնի ատոմը՝ \(C\):
 
Գոյություն ունեն հատուկ նշաններ (այսպես կոչված՝ քիմիական բանաձևեր) նաև մոլեկուլները նշանակելու համար: Օրինակ՝ թթվածնի մոլեկուլը բաղկացած է թթվածնի երկու միատեսակ ատոմներից: Այդ պատճառով նրա նշանակման համար օգտագործվում է հետևյալ քիմիական բանաձևը՝ Օ2: Ջրի մոլեկուլը բաղկացած է երեք ատոմներից՝ թթվածնի՝ մեկ և ջրածնի՝ երկու, այդ պատճառով նրա քիմիական բանաձևն ունի H2O տեսքը:
 
Ջուրը, ջրածինը և թթվածինը տարբեր նյութեր են, դրանք ունեն տարբեր ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ: Եթե ջրի մոլեկուլը տրոհվում է, առաջանում են նոր նյութեր` ջրածին և թթվածին: Նկար \(4\), ա -ում բերված է ջրի երկու մոլեկուլների պայմանական պատկերը: Ջրի երկու մոլեկուլների բաժանման դեպքում ստացվում է թթվածնի երկու և ջրածնի չորս ատոմ, որոնք  համապատասխանաբար ջրածնի և թթվածնի մոլեկուլներ են: Այդ ամենի  պարզեցված պատկերը ներկայացված է նկ. \(4\), բ-ում:
 
Untitled11.png
  
Մոլեկուլների շարժումը: Դիֆուզիա
Եթե սենյակ բերվի որևէ հոտավետ նյութ, օրինակ՝ եթեր, որոշ ժամանակ անց նրա հոտը կտարածվի ամբողջ սենյակով: Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում: Հոտի տարածումը բացատրվում է մոլեկուլների շարժումով: Մոլեկուլների շարժումը անընդհատ և անկանոն բնույթ է կրում: Օդի բաղադրության մեջ մտնող գազերի մոլեկուլների հետ բախվելով՝ եթերի մոլեկուլները բազմաթիվ անգամ փոխում են իրենց շարժման ուղղությունը և անկանոն տեղաշարժվելով՝ տարածվում սենյակում:
  
Ապակե փորձանոթի մեջ զգուշորեն լցնենք կանաչ գույնով ներկված լուծույթ: Փորձանոթում գտնվող լուծույթի վրա շատ զգուշորեն, որպեսզի հեղուկները չխառնվեն, ավելացնենք կարմիր գույնով ներկված լուծույթը:  
Փորձի սկզբում հստակ երևում է երկու հեղուկների սահմանաբաժան գիծը: Որոշ ժամանակ անց տեսնում ենք, որ երկու հեղուկների սահմանագիծը կորցրել է հստակությունը: Ավելի ուշ այդ սահմանն ընդհանրապես անհետանում է, և փորձանոթում հայտնվում է դժգույն հեղուկ:
 
mult-dif.gif
 
Այն, որ բոլոր մարմինների մոլեկուլներն անընդհատ և անկանոն շարժվում են՝ հաստատվում է բազմաթիվ այլ փորձերով:
 
a15a197999c9139e3edb082562be7f07.gif
ZNwtyGx.gif
Նյութերի ինքնակամ փոխադարձ ներթափանցելու երևույթը կոչվում է  դիֆուզիա:  
 
Դիֆուզիայի երևույթն այսպես է բացատրվում. սկզբում սահմանագծի մոտ գտնվող պղնձարջասպի մոլեկուլները հայտնվում են սահմանագծի վերևում, իսկ ջրի մոլեկուլները` սահմանագծի ներքևում: Ժամանակի ընթացքում պղնձարջասպի մոլեկուլները հայտնվում են ջրի ամբողջ ծավալում, իսկ ջրի մոլեկուլները` պղնձարջասպի: Ի վերջո, մոլեկուլների անընդհատ ու անկանոն շարժման հետևանքով փորձանոթի հեղուկը դառնում է համասեռ  (տես շարժանկարը):
  
diffusia.gif
 
Այսպիսով, դիֆուզիայի պատճառը նյութերի մասնիկների անընդհատ և անկանոն շարժումն է:
  
Ուշադրություն
Դիֆուզիայի ընթացքում մի նյութի մասնիկները թափանցում են մի այլ նյութի միջմասնիկային տարածություն, և նյութերը խառնվում են միմյանց:
 
Դիֆուզիայի երևույթը դրսևորվում է և՛ գազերում, և՛ հեղուկներում, և՛ պինդ մարմիններում:
 
Դիֆուզիան առավել արագ տեղի է ունենում գազերում, և այդ պատճառով է, որ հոտը օդում այդպես արագ է տարածվում: Հեղուկներում դիֆուզիան ավելի դանդաղ է ընթանում, քան գազերում: Դրա պատճառն այն է, որ հեղուկներում մոլեկուլներն ավելի խիտ են դասավորված, և նրանց միջև «խցկվելը» շատ ավելի դժվար է:
Պինդ մարմիններում դիֆուզիան է՛լ ավելի դանդաղ է ընթանում: Հայտնի փորձերից մեկի ժամանակ ոսկու և կապարի խնամքով հարթեցված մմ են ներթափանցել: Դիֆուզիայի երևույթը մեծ դեր է խաղում մարդու, կենդանիների և բույսերի կյանքում: Դիֆուզիայի շնորհիվ է, որ թթվածինը թոքերից անցնում է մարդու և կենդանիների արյան մեջ և դրա միջոցով հասնում օրգանիզմի բոլոր մասերին: Դիֆուզիայի միջոցով  են բույսերը հողից արմատներով ջուր և սնունդ վերցնում ու հասցնում ճյուղերին, տերևներին: 1թիթեղները դրել են մեկը մյուսի վրա և սեղմել ծանր բեռով: Հինգ տարի հետո ոսկին ու կապարը իրար մեջ ընդամենը
Եթե դիֆուզիան չլիներ, թթվի ջրի մեջ պարունակող աղը բանջարեղենի մեջ չէր ներծծվի:
  
Դիֆուզիան լայն կիրառություն ունի նաև արդյունաբերության մեջ: Դիֆուզիան հնարավորություն է տալիս եռակցել այնպիսի նյութեր (օրինակ` մետաղ և կերամիկա), որոնք այլ եղանակներով հնարավոր չէ եռակցել: 
Աղբյուրները
Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա,  Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.