المادة والطاقة

ما هي المادة؟ وما هي الطاقة؟ وما العلاقة بينهما؟

من الممكن أن تحتوي كمية ما من المادة على كميات مختلفة من الطاقة، فمثلًا، مكعب الثلج مصنوع من الماء (مادة) وعند إضافة كميات معينة من الحرارة (طاقة) تتغير حالته تبعا للكمية المُضافة؛ إما أن يكون بخارًا وإما سائلا. إنَّ كمية المادة هي نفسها، لكن كمية الطاقة المؤثرة متغيرة (1).

المادة هي أي شيء له كتلة وحجم؛ أي يشغل مكانًا معينًا، وهي عبارة عن جزيئات وذرات، وحالة هذه المادة تحدد خصائصها.

الحالات الفيزيائية للمادة خَمس؛ غازية وسائلة وصلبة (وهي الحالات الأكثر شيوعًا) والبلازما وتكاثف بوزه-آينشتاين.

الحالة الصلبة هي الحالة التي تحتفظ فيها الأجسام بشكلها وتكون غير قابلة للضغط. تكون الجزيئات في هذه الحالة ذات كثافة عالية وترتبط ببعضها بروابط وثيقة.

أما الحالة السائلة فهي التي تأخذ فيها المادة شكل الإناء الذي توضع فيه، ويصعب ضغط السائل في وعاء مغلق! تتمتع جزيئات هذه المادة بالقدرة على الحركة والانزلاق على بعضها بعضًا.

أما جزيئات الحالة الغازية فتنتشر بسهولة أكبر من جزيئات الحالة الصلبة والسائلة، وتتصادم عشوائيًا مع بعضها بعضًا، ومن المعروف أن إمكانية ضغط الغاز ضمن أي وعاء سهلة جدًا.

الحالتان الأقل شيوعا للمادة هما: البلازما؛ وهي أن تكون المادّة غازًا يحمل شحنة كهربائية، وتشكل هذه الحالة 99% من الكون المرئي.

توجد المادة في هذه الحالة ضمن بعض أنواع مصابيح الفلورسنت والنيون، ونجدها في البرق والصواعق والشفق القطبي والنجوم، ومن بينها شمسنا.

وحالة تكاثف بوزه-آينشتاين (BEC)؛ وهي حالة تأخذها المادة عند وصولها إلى درجة قريبةٍ جدًا من الصفر المطلق، إذ تتوقف حركتها الجزيئية فتتداخل مع بعضها لتشكل "موجة واحدة" (2).

أما الطاقة فهي القدرة على إنجاز العمل عبر تحريك الشيء ضد قوة ما؛ كالجاذبية.

تنتقل الطاقة على هيئة أمواج كهرومغناطيسية، وتتخذ عدة أشكال؛ كالطاقة الحركية والكامنة الثقالية والكامنة المرونية والنووية (3).

للطاقة مصادر موجودة في الطبيعة؛ كالطاقة المتجددة التي تنتج طبيعيًا من الشمس والرياح والمد والجزر والمياه الجارية وغيرها، وتُعد بديلًا عن مصادر الطاقة الملوِّثة للبيئة؛ كالوقود الأحفوري والمواد المشعة، وتتميز بأنها صديقة للبيئة (4).

المصادر: