تأسست الفيزياء بمعناها الحديث في منتصف القرن التاسع عشر كتوليف للعديد من العلوم القديمة أي علوم الميكانيكا , علوم البصريات , علوم الصوتيات , علوم الكهرباء , علوم المغناطيسية , علوم الحرارة , والخصائص الفيزيائية للمادة.
استند التوليف في جزء كبير منه إلى إدراك أن قوى الطبيعة المختلفة مرتبطة ببعضها البعض وهي في الواقع قابلة للتحويل لأنها أشكال من الطاقة.
العلوم الفيزيائية مثل جميع العلوم الطبيعية , هي معنية بوصف و ربط بعضها ببعض في تجارب العالم المحيط التي يشاركها مراقبون مختلفون ويمكن الاتفاق على وصفها.
تتعامل الفيزياء مع أكثر الخصائص العامة للمادة مثل سلوك الأجسام تحت تأثير القوى , ومع أصول تلك القوى فإن كتلة وشكل الجسم هي الخصائص الوحيدة التي تلعب دورًا مهمًا.
لا تركز الفيزياء فقط على السلوك الميكانيكي الإجمالي للأجسام ، ولكنها تشارك مع الكيمياء هدف فهم كيفية منح ترتيب الذرات الفردية إلى جزيئات وتجمعات أكبر وخصائص معينة.
بالإضافة ذلك ، يمكن تحليل الذرة نفسها إلى مكوناتها الأساسية وتفاعلاتها.
إن الجسيمات والقوى الأساسية ، التي يتم التعامل معها كمّياً بطرق (ميكانيكا الكم) ، يمكن أن تكشف بالتفصيل سلوك جميع الأشياء المادية.
ولكن هذا لا يعني أن كل شيء يمكن استنتاجه رياضيًا من عدد صغير من المبادئ الأساسية ، لأن تعقيد الأشياء يستطيع أن يهزم قوّة الرياضيات أو أكبر أجهزة الكمبيوتر.
ومع ذلك ، كلما وُجِد أنه من الممكن حساب العلاقة بين خاصية ملحوظة للجسم وبنيته الأعمق ، لم يظهر أي دليل يشير إلى أن الأشياء الأكثر تعقيدًا ، حتى الكائنات الحية ، تتطلب استدعاء مبادئ جديدة خاصة بها، على الأقل طالما أن المادة وليس العقل ، هي موضع التساؤل.
وهكذا فإن للعالم الفيزيائي دوران مختلفان للغاية من ناحية ، عليه أن يكشف عن أبسط المكونات والقوانين التي تحكمها ، ومن ناحية أخرى يجب عليه اكتشاف تقنيات لتوضيح السّمات الغريبة التي تنشأ عن تعقيد البنية دون اللجوء في كل مرة إلى الأساسيات.
التغيرات الفيزيائية
- تتعلق التغيرات الفيزيائية بالطاقة و حالات المادة .
- التغيير الجسدي للمادة لا ينتج مادة جديدة على الرغم من أن المواد قد تبدو مختلفة تمامًا عن بعضها البعض.
- التغيرات في الحالة أو المرحلة مثل الذوبان , التجميد , التبخير , التكثيف هي تغيرات مادية .
- أما الأمثلة على على التغيرات الجسدية فهي مثل سحق العلبة , صهر مكعبات الثلج , كسر الزجاجة.
الخصائص الفيزيائية المكثفة و الواسعة
- لا تعتمد الخصائص الفيزيائية المكثفة على حجم العينة أو كتلتها.
- تتضمن الأمثلة على الخصائص الفيزيائية المكثفة نقطة الغليان وحالة المادة والكثافة.
- تعتمد الخواص الفيزيائية الواسعة على كمية المادة في العينة. تشمل الأمثلة على الخصائص الفيزيائية الواسعة الكتلة والحجم.
الخصائص الفيزيائية المتناحية و المتباينة
- لا تعتمد الخصائص الفيزيائية المتناحية على اتجاه العيّنة أو الاتجاه الذي يتم ملاحظته منها.
- تعتمد الخصائص متباينة الخواص على الاتجاه. في حين أن أي خاصية فيزيائية يمكن تعيينها على أنها متناحية أو متباينة الخواص .
- يتم تطبيق المصطلحات عادةً للمساعدة في تحديد أو تمييز المواد بناءً على خصائصها البصرية والميكانيكية.
- على سبيل المثال ، قد تكون إحدى البلورات متناحية بالنسبة لـ اللون ، بينما قد تظهر أخرى بلون مختلف اعتمادًا على محور العرض.
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء الفيزيائية هي دراسة كيفية تصرف المادة على المستوى الجزيئي والذري وكيف تحدث التفاعلات الكيميائية. بناءً على تحليلاتهم ، قد يطوّر الكيميائيون الفيزيائيون نظريات جديدة ، مثل كيفية تكوين الهياكل المعقدة ، غالبًا ما يعمل الكيميائيون الفيزيائيون مع علماء المواد للبحث وتطوير الاستخدامات المحتملة للمواد الجديدة.
دور الكيميائيون الفيزيائيون
- يركّز الكيميائيون الفيزيائيون على فهم الخصائص الفيزيائية للذرات والجزيئات ، وطريقة عمل التفاعلات الكيميائية ، وما تكشفه هذه الخصائص.
- يشمل عملهم تحليل المواد ، وتطوير طرق لاختبار خصائص المواد وتوصيفها ، وتطوير نظريات حول هذه الخصائص ، واكتشاف الاستخدام المحتمل للمواد.
- لطالما كان استخدام الأجهزة والمعدات المتطورة جانبًا مهمًا في الكيمياء الفيزيائية فإن معظم مختبرات الكيمياء الفيزيائية مليئة بالأدوات التحليلية ، والتي يمكن أن تشمل الليزر ، وأجهزة قياس الطيف الكتلي ، والرنين المغناطيسي النووي ، والمجاهر الإلكترونية.
- تعتمد اكتشافات الكيميائيين الفيزيائيين على فهم الخصائص الكيميائية ووصف سلوكهم باستخدام نظريات الفيزياء والحسابات الرياضية.
- يتنبأ الكيميائيون الفيزيائيون بخصائص وتفاعلات المواد الكيميائية ، ثم يقومون باختبار تلك التنبؤات. يستخدمون التحليل الرياضي والإحصاءات حول مجموعات البيانات الضخمة ، وأحيانًا بملايين نقاط البيانات ، للكشف عن المعلومات المخفية حول المركبات والمواد والعمليات.
- قد يقومون أيضًا بإجراء عمليات مُحاكاة وتطوير معادلات رياضية تتنبأ بكيفية تفاعل المركبات بمرور الوقت.
مجالات استخدام الكيمياء الفيزيائية
- يعمل الكيميائيون الفيزيائيون في مجموعة متنوعة من المجالات المختلفة ، ولكن هدفهم المشترك هو اكتشاف واختبار وفهم الخصائص الفيزيائية الأساسية للمادة سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية.
- الدقة والاهتمام بالتفاصيل تجعل عملهم مشابهًا إلى حد ما للكيمياء التحليلية ، على الرغم من أن الكيميائيين الفيزيائيين يشددون أيضًا على أهمية تطبيق المعرفة في الرياضيات والفيزياء لتطوير فهم شامل للمادة.[1]
أهم علماء الفيزياء
- أحد أكثر إنجازات جاليليو جاليلي (1564-1642) المعروفة في الفيزياء هو عمله في مجال الأجسام المتحركة. في 1630 ، أظهر أن جميع الأجسام المتساقطة بحرية لها نفس التسارع المستمر .
- بناءً على عمل جاليلو حول الأشياء المتحركة ، أسس إسحاق نيوتن (1643-1727) قوانين الحركة الثلاثة وكذلك قانون الجاذبية العالمية في عام 1687.
واحدة من أكثر أفكاره ثورية كانت أن حركة الأشياء في السماء تخضع لنفس مجموعة القوانين الفيزيائية مثل حركة الأشياء على الأرض. - مايكل فاراداي (1791-1867) معروف بعمله في المغناطيسية والكهرباء.
في عام 1831 ، اكتشف الحث الكهرومغناطيسي وفي عام 1839 ، اقترح أن هناك علاقة كامنة بين الكهرباء والمغناطيسية. - في عام 1864 ، نشر جيمس كلارك ماكسويل (1831-1879) نظريته عن الكهرومغناطيسية ، والتي أظهرت أن الكهرباء والمغناطيسية والضوء كلها مظاهر للظاهرة نفسها (المجال الكهرومغناطيسي.)
- في عام 1895 ، أصبح فيلهلم رونتجن (1845-1923) أول فيزيائي ينتج ويكتشف الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الطول الموجي الذي نعرفه اليوم باسم الأشعة السينية.
- في عام 1896 ، ساعدت ماري كوري (1867-1934) في اكتشاف النشاط الإشعاعي (الذي تم العثور عليه من خلال فحص خصائص الأشعة السينية) وأدخل تقنيات لعزل النظائر. اكتشفت هي وزوجها بيير كوري العناصر المشعة والراديوم والبولونيوم.
- في عام 1897 ، اكتشف جيه طومسون (1856-1940) الإلكترون.
كان أول جسيم ذري تم اكتشافه على الإطلاق. - في عام 1905 ، نشر ألبرت أينشتاين (1879-1955) ورقة عن النسبية الخاصة ، تنص على أن سرعة الضوء ثابتة دائمًا ، وبسرعة الضوء ، يقف الوقت ثابتًا والكتلة لا نهائية.
في عام 1916 ، نشر نظريته النسبية العامة ، وهي نظرية أساسية لطبيعة المكان والزمان والجاذبية تنص على أن الجاذبية هي تأثير انحناء المكان والزمان. - نيلز بوهر (1885-1962) معروف بصياغته نظرية التركيب الذري في عام 1913. اكتشف بوهر أن للذرة نواة في المركز مع إلكترونات تدور حولها. كما لعب دورًا رئيسيًا في ولادة ميكانيكا الكم.
- في عام 1928 ، توقع بول ديراك (1902-1984) وجود المادة المضادة ، وهي جسيمات لها شحنة كهربائية متساوية ولكنها معاكسة لنظيراتها ، مثل البوزيترون أو ( المضاد للإلكترون)
