Υλικά σώματα

Θεωρία, πειράματα, δραστηριότητες

Περιεχόμενα

Εισαγωγή

Δομή της ύλης

Εισαγωγή

Με μια ματιά...

Ο όγκος, η μάζα και η πυκνότητα είναι οι πιο βασικές ιδιότητες των υλικών σωμάτων.
Τα υλικά σώματα αποτελούνται από μόρια. Τα μόρια αποτελούνται από άτομα. Τα άτομα αποτελούνται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από κουάρκ.
Από τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα μόρια ενός υλικού σώματος εξαρτάται αν αυτό είναι σε στερεή, υγρή ή αέρια κατάσταση.
Τα καθαρά σώματα χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: στα στοιχεία και στις χημικές ενώσεις.

Γλωσσάρι...

Όγκος ενός σώματος ονομάζεται ο χώρος που αυτό καταλαμβάνει. Μονάδα μέτρησης του όγκου είναι το κυβικό μέτρο (1 m3).
Η μάζα ενός σώματος εκφράζει το ποσό της ύλης από το οποίο αποτελείται. Μονάδα μέτρησης της μάζας είναι το χιλιόγραμμο ή κιλό (1 Kg).
Η πυκνότητα ενός σώματος εκφράζει την ποσότητα μάζας του σώματος στη μονάδα του όγκου. Μονάδα μέτρησης της πυκνότητας είναι το χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο (1 Kg/m3).
Μόριο είναι το μικρότερο τμήμα ενός υλικού που διατηρεί τις ιδιότητές του.
Άτομο ονομάζεται το σωματίδιο που αποτελείται από τον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια.
Στοιχεία ονομάζονται τα καθαρά σώματα που αποτελούνται από ένα μόνο είδος ατόμων.
Χημικές ενώσεις ονομάζονται τα καθαρά σώματα που αποτελούνται από διαφορετικά άτομα.
Κουάρκ ονομάζονται τα θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη.

Δομή της ύλης

Οτιδήποτε υπάρχει στο σύμπαν είναι ύλη. Η Γη, οι θάλασσες, ο αέρας, ο Ήλιος, τα άστρα, -καθετί που o άνθρωπος παρατηρεί, που μπορεί να το αγγίζει ή να το αισθανθεί- είναι ύλη.

Υλικά σώματα είναι όλα τα σώματα που έχουν μάζα (ποσό ύλης) και καταλαμβάνουν χώρο (όγκο).

Τα περισσότερα μπορούμε να τα αντιληφθούμε με τις αισθήσεις μας. Ορισμένα είναι πολύ μικρά, γι' αυτό χρησιμοποιούμε μικροσκόπια.

Ιδιότητες των υλικών σωμάτων

Οι ιδιότητες των υλικών σωμάτων μας βοηθούν να τα περιγράψουμε.

Ύλη και ενέργεια

Η ύλη μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια και η ενέργεια σε ύλη.

ύλη ↔ ενέργεια

βάση της ισορροπίας στο σύμπαν

Μόριο

Το μόριο είναι το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που διατηρεί τις ιδιότητες του σώματος στο οποίο ανήκει.

Η ζάχαρη είναι γλυκιά. Το ίδιο και το μόριο της, αν μπορούσαμε να το απομονώσουμε.

Άτομο

Τα μόρια αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια, τα άτομα. Άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που μπορεί να συνδυαστεί με άλλα άτομα και να σχηματίσει μόρια.

Τα άτομα αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια, τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια.

Ήδη από τον 5 αιώνα π.Χ. ο Δημόκριτος, χωρίς να έχει στη διάθεσή του κανένα από τα σύγχρονα όργανα, υποστήριζε ότι, αν τεμαχίσουμε την ύλη σε ολοένα και μικρότερα κομμάτια, θα φτάσουμε κάποτε σε ένα αδιαίρετο σωματίδιο. Ονόμασε αυτό το σωματίδιο άτομο, από το στερητικό «α» και τη λέξη «τέμνω» που σημαίνει κόβω, διαιρώ. Η λέξη, λοιπόν, ά-τομο, σημαίνει αυτό που δεν κόβεται, δεν διαιρείται.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται και αυτά από μικρότερα σωματίδια, τα κουάρκ.

Στοιχεία και χημικές ενώσεις

Στοιχεία ονομάζονται τα υλικά σώματα που τα μόρια τους αποτελούνται από ένα μόνο είδος ατόμων.

Κάθε άτομο στοιχείου συμβολίζεται με ένα ή δύο γράμματα.

Χημικές ενώσεις ονομάζονται τα υλικά σώματα τα οποία αποτελούνται από άτομα διαφορετικού είδους.

Η φυσική κατάσταση των υλικών σωμάτων

Τα μόρια των υλικών σωμάτων κινούνται συνεχώς. Ανάλογα με το πόσο κινούνται και σε πόσο κοντινές αποστάσεις βρίσκονται μεταξύ τους, τα σώματα είναι...

στερεά

πολύ κοντινές αποστάσεις μορίων
θέσεις σταθερές
αποστάσεις σταθερές

υγρά

κοντινές αποστάσεις μορίων
αλλαγή θέσεων
αποστάσεις σταθερές

αέρια

μεγάλες αποστάσεις μορίων
αλλαγή θέσεων
αυξάνουν τις αποστάσεις, αν μπορούν

Καταστάσεις της ύλης: Τα βασικά (PhET)

Αναπαραστάσεις στερεού, υγρού, αερίου (Φωτόδεντρο)

Αναπαράσταση στερεού

Αναπαράσταση υγρού

Αναπαράσταση αερίου

Σχήματα μορίων - Πραγματικά μόρια (PhET)

Τα σωματίδια που συνθέτουν τον μικρόκοσμο (Φωτόδεντρο)

📖 Δομή της ύλης - Θεωρία

📝 Δομή της ύλης - Φύλλο εργασίας

Εξάσκηση

Τα καθαρά υλικά σώματα

Κλίμακα μεγεθών (αντιστοίχιση)

ΦΕ1: Όγκος

Όγκος ενός σώματος ονομάζεται ο χώρος τον οποίο καταλαμβάνει.

Κάθε υλικό σώμα γύρω μας, σε όποια φυσική κατάσταση κι αν βρίσκεται (στερεή, υγρή, αέρια), χρειάζεται τον δικό του χώρο. Σκέψου, για παράδειγμα, μια καρέκλα. Θα μπορούσε να υπάρχει στο σπίτι μας, αν δεν είχαμε εξασφαλίσει «χώρο» για να την τοποθετήσουμε; Ασφαλώς, όχι!

Αλλά και τα υγρά σώματα έχουν ανάγκη από τον δικό τους χώρο. Για να το διαπιστώσεις, το μόνο που χρειάζεσαι είναι η… μνήμη σου! Όπως ξέρεις, όταν βρέχει, μέσα σε λίγη ώρα συγκεντρώνεται μεγάλη ποσότητα υγρού -δηλαδή νερού- στην επιφάνεια της γης. Αν το νερό, όπως όλα τα υγρά, δεν απαιτούσε τον δικό του χώρο, δεν θα πλημμύριζαν οι δρόμοι, τα υπόγεια, τα καταστήματα. Δεν θα «φούσκωναν» τα νερά των ποταμών, ούτε θα έσπαγαν τα φράγματα στο πέρασμα τους…

Όμως, μήπως και με τα αέρια δεν ισχύει το ίδιο; Πόσες φορές δεν προσπαθούμε να φουσκώσουμε ένα μπαλόνι και… λίγο πριν νιώσουμε υπερήφανοι για το μέγεθος του δημιουργήματός μας, μένουμε έκπληκτοι, κρατώντας για… ενθύμιο τα λαστιχένια υπολείμματα;

ΦΕ2: Μάζα

Μάζα ενός σώματος είναι το ποσό της ύλης από το οποίο αποτελείται. Η μάζα είναι μια χαρακτηριστική ιδιότητα των υλικών σωμάτων η τιμή της οποίας δεν μεταβάλλεται όταν το σώμα αλλάζει θέση.

Η μάζα ενός υλικού σώματος είναι το άθροισμα της μάζας των μορίων του. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα των μορίων και το πλήθος τους, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα του σώματος.

Η μάζα ενός σώματος μετριέται με τον ζυγό σύγκρισης ως εξής: Στη μία μεριά του ζυγού βάζουμε το σώμα, του οποίου τη μάζα θέλουμε να μετρήσουμε. Στην άλλη μεριά του ζυγού βάζουμε σώματα γνωστής μάζας, που ονομάζονται σταθμά. Βάζουμε τόσα σταθμά ώστε ο ζυγός να ισορροπήσει. Τότε η μάζα του σώματος που μετράμε είναι ίση με τη μάζα των σταθμών που χρησιμοποιήσαμε.

Μάζα και βάρος

Ένα ιδιαίτερα χαρακτηριστικό γνώρισμα της μάζας είναι ότι είναι σταθερή και επομένως δεν εξαρτάται από το γεγονός ότι η μέτρηση μπορεί να γίνει στην επιφάνεια της θάλασσας, στον Ισημερινό, στους πόλους, στην κορυφή των Ιμαλαΐων, στη Σελήνη, στο πλανήτη Δία, …οπουδήποτε!

μάζα = ποσότητα ύλης = πλήθος ατόμων και μορίων

Εφόσον δεν αλλάζει ο πληθυσμός ατόμων και μορίων σημαίνει ότι η μάζα δεν αλλάζει, έστω και αν ταξιδέψει οπουδήποτε!

Στην καθημερινή μας ζωή συχνά μπερδεύουμε τη μάζα με το βάρος. Ενώ η μάζα ενός σώματος είναι σταθερή, το βάρος του, δηλαδή η δύναμη που ασκείται στο σώμα λόγω της έλξης της Γης, μεταβάλλεται από τόπο σε τόπο. Μετράμε τη μάζα ενός σώματος με τον ζυγό σύγκρισης με ίσους βραχίονες, καθώς και με άλλες μορφές ζυγών.

ΦΕ3: Πυκνότητα

Στην ερώτηση «ποιο αντικείμενο έχει μεγαλύτερη μάζα: ένα σιδερένιο ή ένα χάρτινο;» πολλοί απαντούν χωρίς να σκεφτούν πολύ ότι το σιδερένιο αντικείμενο έχει μεγαλύτερη μάζα.

Κι όμως, μια εφημερίδα που είναι κατασκευασμένη από χαρτί έχει μεγαλύτερη μάζα από μια σιδερένια παραμάνα. Για να έχει νόημα η ερώτηση, πρέπει να συγκρίνουμε τη μάζα δύο αντικειμένων που έχουν τον ίδιο όγκο. Ένα σιδερένιο σώμα με όγκο 1 cm3 έχει μάζα 7,8 g, ενώ ένα χάρτινο σώμα με τον ίδιο όγκο έχει μάζα 1 g. Η ύλη στο σιδερένιο σώμα είναι πιο πυκνή από την ύλη στο χάρτινο, όπως λέμε αλλιώς η πυκνότητα του σιδερένιου σώματος είναι μεγαλύτερη από αυτήν του χάρτινου.

Η πυκνότητα ενός σώματος εκφράζει την ποσότητα μάζας στη μονάδα του όγκου.

Ορίζεται από το πηλίκο της μάζας του ανά μονάδα όγκου.

πυκνότητα = μάζα : όγκος