گرما مادر انرژى ها

[*میترا*]

نور يكي از مباحث و پديده هايي است كه از قرن هيجدهم دانشمندان را به خود معطوف كرده است . دوگانه بودن خواص نور ، يكي از مهم ترين عامل جذب ديگران به خود بوده است . الكترون ها نيز همانند نور داراي خواص موجي و مادي مى باشند ، هنگامى كه الكترون هاي يك اتم ، انرژي دريافت مي كنند به سطوح بالاي اتم مي روند كه حالت برانگيختن به اتم دست داده مي شود . هنگامي كه الكترون ها از سطوح انرژي بالاتر به سطوح انرژي پايين تر مي روند ، آن مقدار انرژى كه دريافت كرده اند را به صورت نور پس مي دهند .

ارتعاش اتم ها باعث توليد نور مي شود ، و نور گسيل شده از الكترون هاي يك اتم ، در يك جهت و راستا قرار دارند . اما نور هاي گسيلي از مجموعه اتم ها در تمام جهات و به خط مستقيم سير مي كنند . در ليزر نور هاي گسيلي در يك جهت و راستا است . نور را مي توان در فرآيند هاي فيزيكي ، واكنش هاي شيميايي ، سوختن و شكاف هاي هسته اي ، مشاهده كرد . قبل از شروع در مورد توليد نور در اين فرآيند ، بهتر است ابتدا بحثي در مورد گرما داشته باشيم . با پي بردن به ماهيت گرما ، مي توانيم نور را به آساني بشناسيم . گرما موجي است كه طول موجش بزرگتر از طول موج نور مرئي است .

هنگامي كه امواج گرما انرژي دريافت مي كنند ، طول موج آن ها كاهش مي يابد و با دريافت انرژي به طور متداول ، اين امواج در محدوده طيف رنگي ( نور مرئي ) قرار مي گيرند ، كه در اين حالت ما ، اين امواج گرما را به صورت نور مشاهده مي كنيم .اين امواج با دريافت انرژي بيشتر ، از محدوده نور مرئي خارج مي شوند ( مانند شكاف هاي هسته اي) . پس امواج گرما در دو حالت ، نامرئي هستند : امواجي كه طول موجشان بيشتر از طول موج پرتو فرو سرخ و همچنين امواجي كه طول موجشان كمتر از طول موج پرتو فرا بنفش است . با اين ايده ، عقيده همفري ديوي مبتني بر اينكه نور از تمركز گرما در يك نقطه ايجاد مي شود ، اثبات مي شود .

پس به اين نتيجه مي رسيم كه مبناي نور گرما ست . حال به بحث اول خود بر مي گرديم ، و ابتدا از توليد نور در فرآيند فيزيكي مي پردازيم : اگر به يك لامپ نگاه كرده باشيد متوجه مي شويد كه عامل روشنايي آن يك رشته فلزي است كه مي درخشد ، و يا اگر به يك آهن گداخته اي توجه كرده باشيد ، مي بينيد كه آهن بر اثر حرارت روشنايي بدست آورده است . اكنون مي خواهيم به عوامل انتشار نور در اين فرآيند ها بپردازيم : تمام مواد از ذرات بسيار ريزي ( مولكول ها و اتم ها ) تشكيل شده اند كه اين مواد پيوسته در حال حركتند . در ترمو ديناميك جنبش مولكول ها را گرما مي نامند ، پس مواد در خود گرما دارند ، بنابراين از مواد امواج گرمايي توليد مي شود . هنگامي كه اين مواد انرژي دريافت مي كنند ، امواج گرمايي آن ها نيز با دريافت اين مقدار انرژي طول موجشان كاهش پيدا مي كند ، ودر نتيجه در محدوده نور مرئي قرار مي گيرند .

فلز مقاوم رسانايي است كه مقاومت الكتريكي آن زياد است . هنگامي كه آن را در مدار مي گذاريم و جريان را از آن عبور مي دهيم ، الكترون هاي حامل انرژي در مدار ، بر اثر بر خورد با اتم هاي فلز ، مقداري از انرژي خود را به فلز منتقل مي كنند ، و از اين طريق امواج گرماي فلز ، انرژي دريافت مي كنند . و در نهايت ما اين امواج گرمايي را به صورت نور مشاهده خواهيم كرد . طرز و مبناي ساختار روشنايي لامپ اينگونه است . وهمچنين مي توان با حرارت دادن برخي از فلزات ، به امواج گرمايي آن ها انرژي داد . (البته موادي كه از اين طريق براي توليد نور مورد استفاده قرار مي گيرند ، بايد نقطه ذوبشان بالا باشد ، تا انرژي دريافتي باعث ذوب و تغيير حالتشان نشود ) . واكنش هاي شيميايي زماني رخ مي دهند كه در طي يك فرآيند ، پيوند ميان دو اتم يا دو يون شكسته شود و از طريق تشكيل پيوند جديد ، يك ماده جديد ايجاد مي شود .

براي شكستن پيوند مقداري انرژي مصرف و بر اثر تشكيل پيوند مقداري انرژي آزاد مي شود . انرژي مبادله شده در اين واكنش ها به صورت گرما ست . اگر گرما انرژي بيشتري را دريافت كند ، آنگاه به نور تبديل مي شود . پس اساس و پايه تبادل انرژي در واكنش هاي شيميايي ، انرژي گرمايي است . مي دانيم كه پيوندها بر اثر تبادل يا به اشتراك گذاشتن الكترون هاي لايه ظرفبت ايجاد مي شود . الكترون ها بر اثر اختلاف پتانسيل الكتريكي از نقطه اي به نقطه اي ديگر جابجا مي شوند . اگر الكترون از سطح انرژي بالاتر به سطح پايين تر برود ، مقداري از انرژي پتانسيل آن كاهش و به صورت انرژي جنبشي تبديل مي شود ، كه مي توان از انرژي آن در فعاليت هاي مختلف استفاده كرد . اما اگر بخواهيم الكترون را از سطح انرژي پايين به سطح بالا ببريم ، بايد مقداري انرژي به آن بدهيم . تشكيل و شكستن پيوندها نيز بر اساس ايجاد اختلاف پتانسيل الكتريكي است .

هنگامي كه پيوندي تشكيل مي شود ، الكترون هاي لايه ظرفيت يك اتم از سطح انرژي بالاتر ( اتمي كه الكتروگا تيوي آن كم است ) به سطح انرژي پايين تر (اتمي كه الكتروگاتيوي آن زياد است ) مي رود و درنتيجه در اين مسير مقداري انرژي آزاد مي كند . اما هنگامي كه پيوند شكسته مي شود ، الكترون از سطح انرژي پايين تر به سطح انرژي بالاتر منتقل مي شود ، كه براي اين كار انرژي لازم است . به همين دليل است كه شكستن پيوند گرماگير و تشكيل آن گرماده . در يك واكنش شيميايي فقط پيوند هايي كه حساس و ضعيف و يا در برابر پيوند هاي مواد ديگر ناپايدار هستند (ناپايداري پيوندها بر اثر اختلاف پتانسيل الكتريكي بين دو محدوده اتم ايجاد مي شود )، مي شكنند . و از طريق تشكيل پيوند جديد ، مواد جديدي حاصل مي شوند .

پس در يك واكنش شيميايي بر اثر شكسته شدن و تشكيل پيوندها ، گرما مبادله مي شود . انرژي يك واكنش شيميايي برابر است با مجموع انرژي آزاد شده بر اثر تشكيل پيوند ، و انرژي لازم براي شكستن پيوند . اگر انرژي لازم براي شكستن پيوندها كمتر از انرژي آزاد شده بر اثر تشكيل پيوند باشد ، آنگاه واكنش گرماده است ،كه در اين واكنش ها مي توان گرما و نور مشاهده كرد . سوختن تمام هيدروكربنات ها ، گرماده است .

منبع :www.roshd.ir