گرما مادر انرژی‌ها

نور یكی از مباحث و پدیده هایی است كه از قرن هیجدهم دانشمندان را به خود معطوف كرده است . دوگانه بودن خواص نور ، یكی از مهم ترین عامل جذب دیگران به خود بوده است . الكترون ها نیز همانند نور دارای خواص موجی و مادی می باشند ، هنگامی كه الكترون های یك اتم ، انرژی دریافت می كنند به سطوح بالای اتم می روند كه حالت برانگیختن به اتم دست داده می شود . هنگامی كه الكترون ها از سطوح انرژی بالاتر به سطوح انرژی پایین تر می روند ، آن مقدار انرژی كه دریافت كرده اند را به صورت نور پس می دهند .
ارتعاش اتم ها باعث تولید نور می شود ، و نور گسیل شده از الكترون های یك اتم ، در یك جهت و راستا قرار دارند . اما نور های گسیلی از مجموعه اتم ها در تمام جهات و به خط مستقیم سیر می كنند . در لیزر نور های گسیلی در یك جهت و راستا است .
نور را می توان در فرآیند های فیزیكی ، واكنش های شیمیایی ، سوختن و شكاف های هسته ای ، مشاهده كرد . قبل از شروع در مورد تولید نور در این فرآیند ، بهتر است ابتدا بحثی در مورد گرما داشته باشیم . با پی بردن به ماهیت گرما ، می توانیم نور را به آسانی بشناسیم . گرما موجی است كه طول موجش بزرگتر از طول موج نور مرئی است .
هنگامی كه امواج گرما انرژی دریافت می كنند ، طول موج آن ها كاهش می یابد و با دریافت انرژی به طور متداول ، این امواج در محدوده طیف رنگی ( نور مرئی ) قرار می گیرند ، كه در این حالت ما ، این امواج گرما را به صورت نور مشاهده می كنیم .این امواج با دریافت انرژی بیشتر ، از محدوده نور مرئی خارج می شوند ( مانند شكاف های هسته ای) .
پس امواج گرما در دو حالت ، نامرئی هستند : امواجی كه طول موجشان بیشتر از طول موج پرتو فرو سرخ و همچنین امواجی كه طول موجشان كمتر از طول موج پرتو فرا بنفش است . با این ایده ، عقیده همفری دیوی مبتنی بر اینكه نور از تمركز گرما در یك نقطه ایجاد می شود ، اثبات می شود .
پس به این نتیجه می رسیم كه مبنای نور گرما ست . حال به بحث اول خود بر می گردیم ، و ابتدا از تولید نور در فرآیند فیزیكی می پردازیم : اگر به یك لامپ نگاه كرده باشید متوجه می شوید كه عامل روشنایی آن یك رشته فلزی است كه می درخشد ، و یا اگر به یك آهن گداخته ای توجه كرده باشید ، می بینید كه آهن بر اثر حرارت روشنایی بدست آورده است .
‌● عوامل انتشار نور در این فرآیند ها :
تمام مواد از ذرات بسیار ریزی ( مولكول ها و اتم ها ) تشكیل شده اند كه این مواد پیوسته در حال حركتند . در ترمو دینامیك جنبش مولكول ها را گرما می نامند ، پس مواد در خود گرما دارند ، بنابراین از مواد امواج گرمایی تولید می شود . هنگامی كه این مواد انرژی دریافت می كنند ، امواج گرمایی آن ها نیز با دریافت این مقدار انرژی طول موجشان كاهش پیدا می كند ، ودر نتیجه در محدوده نور مرئی قرار می گیرند .
فلز مقاوم رسانایی است كه مقاومت الكتریكی آن زیاد است .
هنگامی كه آن را در مدار می گذاریم و جریان را از آن عبور می دهیم ، الكترون های حامل انرژی در مدار ، بر اثر بر خورد با اتم های فلز ، مقداری از انرژی خود را به فلز منتقل می كنند ، و از این طریق امواج گرمای فلز ، انرژی دریافت می كنند . و در نهایت ما این امواج گرمایی را به صورت نور مشاهده خواهیم كرد .
طرز و مبنای ساختار روشنایی لامپ اینگونه است . وهمچنین می توان با حرارت دادن برخی از فلزات ، به امواج گرمایی آن ها انرژی داد . (البته موادی كه از این طریق برای تولید نور مورد استفاده قرار می گیرند ، باید نقطه ذوبشان بالا باشد ، تا انرژی دریافتی باعث ذوب و تغییر حالتشان نشود ) .
واكنش های شیمیایی زمانی رخ می دهند كه در طی یك فرآیند ، پیوند میان دو اتم یا دو یون شكسته شود و از طریق تشكیل پیوند جدید ، یك ماده جدید ایجاد می شود .
برای شكستن پیوند مقداری انرژی مصرف و بر اثر تشكیل پیوند مقداری انرژی آزاد می شود . انرژی مبادله شده در این واكنش ها به صورت گرما ست . اگر گرما انرژی بیشتری را دریافت كند ، آنگاه به نور تبدیل می شود .
پس اساس و پایه تبادل انرژی در واكنش های شیمیایی ، انرژی گرمایی است . می دانیم كه پیوندها بر اثر تبادل یا به اشتراك گذاشتن الكترون های لایه ظرفبت ایجاد می شود . الكترون ها بر اثر اختلاف پتانسیل الكتریكی از نقطه ای به نقطه ای دیگر جابجا می شوند .
اگر الكترون از سطح انرژی بالاتر به سطح پایین تر برود ، مقداری از انرژی پتانسیل آن كاهش و به صورت انرژی جنبشی تبدیل می شود ، كه می توان از انرژی آن در فعالیت های مختلف استفاده كرد . اما اگر بخواهیم الكترون را از سطح انرژی پایین به سطح بالا ببریم ، باید مقداری انرژی به آن بدهیم . تشكیل و شكستن پیوندها نیز بر اساس ایجاد اختلاف پتانسیل الكتریكی است .
هنگامی كه پیوندی تشكیل می شود ، الكترون های لایه ظرفیت یك اتم از سطح انرژی بالاتر ( اتمی كه الكتروگا تیوی آن كم است ) به سطح انرژی پایین تر (اتمی كه الكتروگاتیوی آن زیاد است ) می رود و درنتیجه در این مسیر مقداری انرژی آزاد می كند . اما هنگامی كه پیوند شكسته می شود ، الكترون از سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر منتقل می شود ، كه برای این كار انرژی لازم است . به همین دلیل است كه شكستن پیوند گرماگیر و تشكیل آن گرماده .
در یك واكنش شیمیایی فقط پیوند هایی كه حساس و ضعیف و یا در برابر پیوند های مواد دیگر ناپایدار هستند (ناپایداری پیوندها بر اثر اختلاف پتانسیل الكتریكی بین دو محدوده اتم ایجاد می شود )، می شكنند . و از طریق تشكیل پیوند جدید ، مواد جدیدی حاصل می شوند .
پس در یك واكنش شیمیایی بر اثر شكسته شدن و تشكیل پیوندها ، گرما مبادله می شود . انرژی یك واكنش شیمیایی برابر است با مجموع انرژی آزاد شده بر اثر تشكیل پیوند ، و انرژی لازم برای شكستن پیوند .
اگر انرژی لازم برای شكستن پیوندها كمتر از انرژی آزاد شده بر اثر تشكیل پیوند باشد ، آنگاه واكنش گرماده است ،كه در این واكنش ها می توان گرما و نور مشاهده كرد . سوختن تمام هیدروكربنات ها ، گرماده است .

فرستنده : احمد شكیب

منبع : شبکه فیزیکی هوپا