دنیای فیزیک

محققان به تازه‌گی ماده‌ای را کشف کرده‌اند که می‌تواند دوربین فروسرخ را فریب داده و در عین حال که گرم است طیف حرارتی مواد سرد را داشته باشد.


همان‌طور که در کتاب‌های درسی فیزیک توضیح داده شده، هر چه جسمی گرم‌تر شود، نور بیشتری از خود گسیل می‌کند. سربازان بر مبنای همین اصل می‌توانند با استفاده از نور فروسرخ دشمنان را حتی در تاریکی مطلق نیز شناسایی کنند. محققان به تازه‌گی ماده‌ای را کشف کرده‌اند که رفتار ترمودینامیکی عجیبی از خود نشان می‌دهد. این ماده در عین حالی که گرم می‌شود طوری به نظر می‌رسد که گویا در حال سردشدن است. این ماده به دلیل تعامل غیرمعمولی که با نور فروسرخ دارد می‌تواند پوشش مقاومی در برابر دوربین‌های حساس به حرارت باشد و همچنین در بهینه‌کردن ابزارهای سرمایشی و گرمایشی به کار برده شود. نتایج این یافته‌ها در تاریخ 21 اُکتبر در Physical Review X منتشر شد.

دی‌اکسیدِوانادیوم با گرم شدن (چپ به راست)، نور فروسرخی که از خود گسیل می‌کند مانند این است که نمونه سرد شده باشد. نور قرمز به طور معمول نشان‌دهنده مواد گرم و نور آبی نشان‌دهنده مواد سرد است.

اما دانشمندان در تلاش‌اند موادی را طراحی کنند که با گرم‌ شدن، نور بیشتری از خود گسیل نکنند. آنها برای دست‌یابی به این هدف سعی دارند موادی را بیابند که در دمای مشخصی تعامل خود با نور و الکتریسته را تغییر می‌دهند. ترکیب دی‌اکسیدِوانادیوم چنین گذاری را در حدود دمای 70 درجه سلسیوس از خود نشان می‌دهد، به طوری که به طور ناگهانی از حالت عایق به رسانا تغییر حالت می‌دهد.

میکائیل کتس(Mikhail Kats) ، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه هاروارد، رفتار دی‌اکسیدوانادیوم با نور را در دماهای بالای دمای گذار بررسی کرده است. کتس و همکارانش به این منظور لایه باریکی از دی‌اکسید وانادیوم به ضخامت 150 نانومتر را بر روی لایه‌ای از یاقوت کبود لایه نشانی کردند.

آنها سپس نمونه دی‌اکسیدوانادیوم-یاقوت کبود را حرارت داده و با استفاده از دوربین فروسرخ مشخص کردند که چه مقدار نور فروسرخ با گرم شدن نمونه از آن گسیل می‌شود. آنها دریافتند که با گرم شدن نمونه از 60 درجه سلسیوس تا 74 درجه سلسیوس، رنگ نمونه به تدریج از آبی به قرمز تغییر می‌کند. اما ناگهان اتفاق عجیبی می‌افتد: با افزایش دمای نمونه تا 100 درجه سانتی‌گراد، نمونه نور آبی از خود ساطع کرده و در همان وضعیت باقی می‌ماند.

کتس می‌گوید «به نظر ما این واقعا پدیده جالب توجهی است». او می‌افزاید «شما جسمی دارید که در 90 درجه سلسیوس دقیقا مانند دمای 50 درجه سلسیوس به نظر می‌رسد».

کتس و همکارانش بر این باورند که چون این ماده به طور موثری دما را پنهان می‌کنند، از این رو به سربازان و هواپیماهای نظامی این امکان راخواهد داد تا از شناسایی شدن توسط حسگرهای حرارتی مصون بمانند. چنین ماده‌ای همچنین می‌تواند به دستگاه‌های تولیدکننده گرما این امکان را دهد تا با گسیل تابش کمتر در شرایط سرد و تابش بیشتر در شرایط گرم در دمای ثابتی باقی بمانند. کتس می‌گوید چنین فن‌آوری می‌تواند انرژی را در ماهواره‌های فضایی که دمایشان را تنها از طریق جذب و گسیل نور کنترل می‌کنند، ذخیره کند.

محققان همچنین در تلاش‌اند تا بفهمند چگونه دی‌اکسید وانادیوم با گرم شدن ساختار درونی‌اش را از نو می‌چیند تا برهم‌کنش غیرطبیعی با نور و الکتریسته داشته باشد. کتس و همکارانش امیدوارند با فهم ثابت ساختار ریز دی‌اکسید وانادیوم بتوانند چگونگی کنترل تابش توسط این ماده را دریابند.

دنیل وِسِرمن (Daniel Wasserman) مهندس برق در دانشگاه الینویس نیز که این موضوع برایش بسیار جالب است می‌گوید «این مقاله می‌تواند دریچه‌ای را به فیزیک بسیار جالبی بگشاید.»

منبع هوپا

ترموکوپل چیست انواع و کاربرد آن کدام است :

ترموکوپل یکی از پر مصرف ترین سنسورهای اندازه گیری دما محسوب می گردد . این سنسورهای ساده با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ آن و با توجه به اثر سیبک تولید می شوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از زیر صفر تا حدود 1700 درجه می باشند . با توجه به پدیده سیبک اتصال هر دو فلز از نوع مختلف باعث ایجاد ترموکوپل شده و تولید میلی ولتی متناسب با دمای اعمال شده می کند از این رو انواع مختلفی از ترموکوپل می توان تولید کرد در حالی که در استانداردهای متداول می توان از انواع 10 یا 12 ترموکوپل یاد کرد که در مدلهای های مختلف و با اشکال گوناگون تولید می شود . با توجه به کاربرد ، محیط اندازه گیری دما ،رنج دما ، اندازه گیری دقیق از انواع ترموکوپل می توان به انواع زیر اشاره کرد :

(CHROMEL-ALUMEL) ترموکوپل تیپ K

ترموکوپل نوع K از سیم فلزی Ni-Cr (به نام تجاری کرومل Chromel) و Ni-Al (به نام تجاری آلومل Alumel) ساخته می شود.این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین ترموکوپل ها می باشد. رنج عملکرد دمایی آن بین ° 200-و °1350 +و حساسیت آن تقریبا 41  µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب تر می باشد

(IRON-CONSTANTAN) ترموکوپل تیپ J

این ترموکوپل از فلز آهن Fe و آلیژهای مس - نیکل Cu-Niساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین −180 °C و +750 °C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل ، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی 55 µV/°Cاست و برای طرح های جدید توصیه می شود. در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد استفاده نمی شود

(CHROMEL-CONSTANTAN ) ترموکوپل تیپ E

ترموکوپل نوع E با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. محدوده ی عملکرد دمایی آن ، بین −40 °C و +900 °C است. این ترموکوپل با 68 µV/°C بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که حسگر در آن حفاظت نشده است ، استفاده کرد.

(COPPE-CONSTANTAN) ترموکوپل تیپ T

ترموکوپل نوع T از مس Cu و آلیاژ نیکل - مس Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. محدوده ی عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل ، بین −250 °C و +400 °C است. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاومت خوبی دارد. حساسیت این ترموکوپل ، 46 µV/°C است.ترموکوپل نوع T در صنعت به دلیل اینکه نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطیتر است و رنج درجه حرارت مناسبی دارد و همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است در صنعت بیشتر مورد استفاده می گیرد

(NICROSIL-NISIL) ترموکوپل تایپ N

ترموکوپل نوع N از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل Nisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین−270 °C و +1300 °C است. حساسیت این ترموکوپل ، به اندازۀ 30 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

(PLATINUM/13% RHODIU-PLATINUM ) ترموکوپل تیپ R

(PLATINUM-PLATINUM /10%RHODIUM ) ترموکوپل تیپ S

( PLATINUM/30% RHODIUM-PLATINUM/6% RHODIUM) ترموکوپل تایپ B

ترموکوپل نوع B ، ترموکوپل نوع S و ترموکوپل نوع R که با استفاده از Pt-Rh (پلاتین - رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود.قیمت آنها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود 10 µV/°C و محدوده دمایی آن تقریبا +0 °C و +1750 °Cاست. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا مثلا در صنعت شیشه و فولاد به کار می رود.

یک بطری کوچک( یا ظرف شیشه ای کوچک) را بر دارید، توی آن آب بریزید و در قابلمه پر از آب خالص که روی آتش است، بگذارید، به طوری که ته ظرف شیشه ای با ته قابلمه تماس پیدا نکند، البته باید ظرف شیشه ای را با سیمی با سیمی آویزان کنید. وقتی آب قابلمه به جوش ی آید باید آب ظرف شیشه ای هم به جوش بیاید. می توانید هر چه دلتان می خواهد منتظر بشوید ، اما آب ظرف شیشه ای به جوش نخواهد آمد. آب ظرف شیشه ای داغ می شود ، خیلی هم داغ می شود، اما جوش نمی آید. معلوم می شود آب جوش آن قدر داغ نیست که برای جوش آوردن آب کافی باشد. 

ظاهراً این پدیده غیر منتظره است ، اما می بایست آن را پیش بینی کرد و منتظر آن بود. برای آن که آب به جوش آید، کافی نیست که آن را فقط تا 100 درجه سانتی گراد گرم بکنیم. باید باز هم مقدار زیادی به آن حرارت داد تا به حالت دیگر، یعنی به حالت بخار در آید. 

آّب خالص در 100 درجه سانتی گراد به جوش می آید. در شرایط معمولی هر قدر هم آن را گرم بکنیم ، حرارتش از 100 درجه بالاتر نمی رود. بنابراین این منبع حرارتی که ما با آن آب ظرف شیشه ای را گرم می کنیم، 100 درجه حرارت دارد و           می تواند حرارت آب ظرف شیشه ای را فقط به 100 درجه برساند. وقتی میان حرارت آب قابلمه و ظرف شیشه ای تعادل برقرار شد، دیگر حرارت از آب قابلمه به ظرف شیشه ای نمی رود. بنابراین وقتی آب ظرف شیشه ای را به این طریق گرم می کنیم ، نمی توانیم حرارت اضافی لازم برای تبدیل شدن آب به بخار را به آن بدهیم.( برای آن که یک گرم آب با دمای 100 درجه تبدیل به بخار شود ، بیش از 500 کالری دیگر حرارت لازم است.) به این دلیل است که آب ظرف شیشه ای گرم می شود ، اما جوش نمی آید. 

ممکن است چنین سوالی پیش آید: آب ظرف شیشه ای با آب قابلمه چه تفاوتی دارد؟ در ظرف شیشه ای نیز همان آب است، منتهی با دیواره شیشه ای از از آب قابلمه جدا شده است. پس چرا این آب هم مثل آب قابلمه به جوش نمی آید؟ 

دیواره مانع می شود که آب ظرف شیشه ای در جریانی که آب قابلمه به هم می زند ، شرکت داشته باشد. هر ذره آب قابلمه می تواند با ته بسیار داغ قابلمه تماس پیدا کند، اما آب ظرف شیشه ای فقط با آب جوش تماس پیدا می کند. بدین ترتیب دیدیم که با آب جوش خالص نمی توان آب را به جوش آورد. اما کافی است که در قابلمه یک مشت نمک بریزیم تا وضع به کلی عوض شود. آب جوش نه در صد درجه حرارت ، بلکه قدری بیشتر جوش می آید، بنابراین می تواند آب خالص ظرف شیشه ای را به جوش آورد.

برگرفنه از کتاب سرگرمی های فیزیک

آذر سنج چه نوع ترمومتریست ؟

آذرسنج (Optical Pyrometer)
این نوع دماسنج که به آن دماسنج غیر تماسی هم گفته می شود ، بر پایه رنگ نور انتشار یافته از جسم بوده که در نهایت دمای جسم مورد نظر را براساس را اندازه گیری میکنیم این حقیقت که تمامی اجسام سیاه یک اندازه دمایی نور نشان خواهند داد ، نتیجه میگیریم که دامنه کاربردی این نوع دماسنج در دماهای بالای سرخ بوده و برای آهن تقریبا بالای 500 درجه سانتی گراد می باشد.

طرز کار:
نور ایجاد شده توسط جسم از درون یک سیستم اپتیکال (با بزرگ نمایی معین) که در درون آن یک لامپ گداخته کوچک فرار داده شده ، گذرانده می شود . (بدین ترتیب اگر کسی از درون چشمی بدرون این سیستم نگاه می کند ، نوری بسیار باریکی را ملاحظه خواهد کرد.) در برخورد این نور با فیلمان لامپ ، جریانی را از فیلمان عبور خواهد داد که تعیین کننده میزان دمای جسم است. این جریان توسط پتانسیومتری که بین منبع تغذیه (یک باطری) و لامپ قرار داده شده کنترل میگردد. برای نمایش دما از یک آم متر (ammeter ) استفاده میگردد. دامنه آم متر از 900F برای دمای 500 درجه سانتی گراد تا3000F برای دمای 1600 درجه سانتی گراد متغییر است.

آذرسنج ثبتگر و کنترلگر
در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قراردادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبتگر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه میتوان جریان گاز به مشعلها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج کنترل گرنام دارد. امکان طراحی وسیله ای برای ثبت و کنترل دما متشکل از یک یا چند ترموکوپل نیز هست.

آذرسنج تابشی
اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل قرار دارد. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند. در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند.

آذر سنج نوری
ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موجهای تابش پاسخ می دهد آذر سنج تابشی نام دارد. با اینکه اصول کارکرد آذر سنج نوری با اذر سنج تابشی یکسان است اما آذر سنج نوری با طول موج منفرد یا نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار میکند. آذر سنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد، اندازه می گیرد. برای سهولت مقایسه رنگها، یک فیلتر قرمز که تنها طول موج پرتو قرمز را عبور میدهد به کار می رود.

متداول ترین نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیء تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند. این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است.

گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از ˚760 تا  ˚1315 است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با به کارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله سازگاری درخشش در دماهای پایینتر رشته ممکن می شود.بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایینتر رشته، میتوان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با به کارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را میتوان تا( ˚5500 تا ˚10000) یا بیشتر افزایش داد.

برخی از مزایای اذرسنج نوری و تابشی عبارتند از:

1. اندازه گیری دماهای بالا؛

2. اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس؛

3. اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک؛

4. هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست.

محدودیتهای انها عبارتند از :

چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد؛

به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید؛

بسته به میزان انحراف از شرایط تابشگر کامل خطا ایجاد می شود.

ماوس را روي مربع قرمز نگه داشته و آن را حركت دهيد.

سعي كنيد مربع قرمز رنگ با ديواره و مربع/مستطيل هاي آبي رنگ برخورد نكند.

اگر بتوانيد بيشتر از 45 ثانيه از برخورد جلوگيري كنيد، شما يك نابغه هستيد!

گفته شده خلبانان نيروي هوايي آمريكا تا 2 دقيقه مي توانند به بازي ادامه بدهند!

|

امتیاز مطلب : 17

|

تعداد امتیازدهندگان : 4

|

مجموع امتیاز : 4

موضوعات مرتبط: سرگرمی , ,

بی شک حس لامسه اولین ابزار بشر برای اندازه گیری دما بوده است.

اما این حس چقدر دقیق است؟ 

اگر در روزهای برفی زمستان به مدت زیاد برف بازی کرده باشید، به خاطر می آورید وقتی به خانه برمی گشتید و دستان سرد خود را روی بخاری یا زیر آب گرم می گرفتید، تشخیصی از گرمای هوا یا آب نداشتید. بلکه برعکس به نظرتان آب یا هوا، سرد می آمد. در واقع این اشتباه از اینجا ناشی می شود که حواس ما در سرمای زیاد تقریبا کارایی خود را از دست می دهند و دیگر تشخیص درستی از سرما و گرما ندارند. پس ظاهرا حس لامسه با وجود اینکه اولین و در دسترس ترین ابزار تعیین دماست، چندان دقیق و مناسب نیست. اندازه گیری دما با «دماسنج» امکان پذیر است. 

در قرن دوم میلادی یک فیزیکدان یونانی به نام گالن ثابت کرد که می توان حس هایی مثل سرما و گرما را به کمک وسیله ای شامل یک ستون چهار درجه ای اندازه گیری کرد. این نظریه تا پایان قرن شانزدهم پایه ای بر تعلیمات پزشکی بود.

نخستین وسیله واقعی علمی را برای اندازه گیری دما در سال 1593 گالیله اختراع کرد. این دستگاه به طور کیفی،(نه از نظر کمی و مقدار معین دما) اثر گرما را در انبساط هوا نشان می داد. دماسنج ساده آن زمان شامل یک حباب و یک لوله شیشه ای بود که درون آن آب رنگی قرار داشت وقتی حباب گرما می دید، هوای داخل آن منبسط می شد و از دهانه لوله باریک و بلند خارج می گردید. سپس حباب به طور وارونه به داخل آب قرار داده می شد. هوای جمع شده داخل حباب به هنگام خروج، آب اطراف آن را بالا می برد. تغییرات بعدی میزان ارتفاع آب، نشانگر گرمای هوای متراکم داخل حباب بود. وسیله گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود ه طوری که وسیله وی بیشتر جنبه دمانما (ترموسکوپ) داشت تا جنبه دماسنج( ترمومتر). برای مثال برای اندازه گیری دمای بدن، شخص بیمار دست خود را در اطراف حباب می گذاشت و با دمای بدن شخص سالم مقایسه می شد.

بعدها عده ای میزان دمای خون و عده ای دیگر دمای ذوب کره و... را مبنای مدرج سازی دماسنج قرار دادند. تا در سال 1714 گابریل دانیل فارنهایت موفق شد، دماسنجی بسازد که امروز استفاده می شود. فارنهایت در شهر دانزیگ واقع در کشور مشترک المنافع  لهستان و لیتوانی متولد شد و بعد از مرگ والدینش در سن کودکی به هلند رفته و بقیه عمر خود را به تحصیل در رشته شیمی پرداخته و موفق به ساخت دماسنج الکلی و در نهایت جیوه ای شد. ذوق و حرفه اصلی وی ساختن وسایل هواشناسی بود. چون در آن زمان برای مطالعه اقلیم ها دماسنج ضرورت داشت. او توجه خاصی به ساختن اسباب اندازه گیری دما کرد. در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الکلی ساخته شده بود که دقت کافی نداشتند. فارنهایت جیوه را مورد استفاده قرار داد و در سال 1714 میلادی دماسنجی جیوه ای ساخت. وی نخست راه را برای پاک سازی جیوه اختراع کرد. به طوری که جیوه دیگر به دیواره های لوله باریک نمی چسبید. دماسنج جیوه ای دارای این مزیت بود که اندازه گیری دماهای بالاتر از نقطه جوش و پایین تر از نقطه انجماد آب را ممکن می ساخت. از این گذشته میزان انبساط و تراکم جیوه به نسبت ثابت تر از غالب مواد دیگر است. به همین دلیل درجه بندی دقیق آن مقدور بود.

بر اساس مقاله ای که در 1726 توسط او نوشته شده، مقیاس او بر اساس سه نقطه پایه گذاری شده است. نقطه اول دمای مخلوط یک به یک آب و یخ و نشادر است که به عنوان صفر در نظر گرفته شده است. نقطه بعدی دمای مخلوط یک به یک آب خالص و یخ است و نقطه سوم دمای بدن انسان است. فارنهایت بعد از مشاهده فاصله این نقاط از هم به این نتیجه رسید که فاصله نقطه ذوب یخ خالص و یخ با نشادر نصف فاصله نقطه ذوب یخ خالص از دمای بدن است. پس برای سادگی تقسیم بندی بین این نقاط فاصله ها را به دو مقدار 32 قسمتی و 64 قسمتی تقسیم نمود که با نصف کردن چندباره فاصله ها امکان پذیر است. پس در مقیاس او دمای ذوب یخ خالص برابر با 32 و دمای بدن برابر با 96 درجه (64+32) اندازه گیری شد. فارنهایت مشاهده کردکه آب با این مقیاس در 212 درجه به جوش می آید. بعدها دانشمندان در این مقیاس تغییراتی دادند تا نقطه ذوب یخ دقیقا 32 درجه و دمای جوش آب 212 درجه در نظر گرفته شود و فاصله آنها 180 واحد باشد. به خاطر همین تغییرات دمای بدن انسان در این مدل 98 درجه به دست آمد.

آندره سلسیوس، دماسنج خود را در سال 1742 اختراع کرد. مقیاس او بر اساس دو نقطه پایه گذاری شده است. نقطه اول
دمای مخلوطی از آب و یخ در حال تعادل و تحت فشار جو و نقطه بعدی دمای مخلوط آب و بخار در حال تعادل در فشار جو است و بین این دو را به 100 قسمت مساوی تقسیم کرد و هر قسمت را یک درجه سانتی گراد(این نام از واژه التین centum به معنی «100» و gradus به معنی «گام» یا «مرحله»گرفته شده است.) او ابتدا نقطه جوش آب را صفر و نقطه انجماد آب را 100 تعیین کرد، اما سال بعد این روش را معکوس کرد و این همان درجه بندی است که به درجه بندی سلسیوس یا سانتی گراد یا صدبخشی معروف است.

 همه ما با 3 حالت ماده یعنی جامد ، مایع و گاز آشنایی داریم. ممکن است برخی از شما تا به حال نام حالت چهارم ماده یعنی پلاسما را نیز شنیده باشید و یا اطلاعاتی راجع به آن داشته باشید اما مطمئنا بسیاری از شما از حالت پنجم و ششم ماده یعنی چگال بوز – انیشتن و چگال فرمیونی، و همچنین خواص آنها بی اطلاعید. در این جا قصد داریم شما را با هر 6 حالت ماده و ویژگی های آنها آشنا کنیم.

1-جامد
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و سفت و شکننده هستند. برای درک چگونگی این موضوع می توان جامدات را اینگونه تعریف کنیم.
در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، بقدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می گردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است ولی در جامدات مولکول ها نمیتوانند مانند وضعیتی که در حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند و در مکانهای خاصی قرار می گیرند و فقط میتوانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند.
این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.

2- مایع

در حالت مایع ، مولکولها در مقایسه با حالت گاز خیلی به هم نزدیکترند بطوریکه نیروهای مابینشان قویتر از انرژی جنبشی آنان میباشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ،یعنی ویسکوزیته آن نامیده می شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، دما و فشار می باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.

3-گاز
به طور کلی می توان گازها را اینگونه تعریف کرد ؛
گاز ها کم چگالند و ساده متراکم می شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می گیرند بلکه آنقدر منبسط می شوند تا ظرف را کاملا پر کنند.
اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می توانیم بگوییم که ؛
حالت فیزیکی مواد در شرایط طبیعی فشار و دما ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای بین آنها دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش می شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهای موجود بین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می کنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. 

4- پلاسما

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است با اينتفاوت كه ذرات سازنده آن يون ها )و نه اتم ها( و الکترون هاي آزاد مي باشند. پلاسما از نظر الکتريکي خنثي است. اين حالت ماده در محيط
روزمره ما چندان متداول نيست، ولي رايج ترين حالت ماده در كل عالم است. خورشيد و ساير ستارگان بيشتر از پلاسما تشکيل شده اند. پلاسما اغلب بسيار داغ است ولي در دماهاي پايين نيز مي توان با بمباران اتم ها با پرتوهاي پرانرژي پلاسما را ايجاد كرد. پلاسما جريان الکتريکي را به خوبي هدايت مي كند و مي توان به كمك ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي آن را به حركت درآورد. در زندگي روزمره، پلاسما را مي توان در لامپ هاي مهتابي)و كم مصرف(، چراغ هاي نئون تبليغاتي، صفحه نمايش تخت تلويزيون و گازهاي خروجي از موتور جت مشاهده كرد. در طبيعت، شفق شمالي و جنوبي، پلاسماهاي تابان در جو بالايي زمين اند.

5-چگال بوز – انیشتن
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-انیشتن(Booze-Einstein condensate)  که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزونها (Bosons)تا دماهایی بسیار پایین پدید می آید. بوزونهای سرد در هم فرومی روند و ابر ذره هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذره های معمولی ، شکل می گیرد. ماده چگال بوز-انیشتن شکننده است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

6-چگال فرمیونی
حالت تازه ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. “دبورا جین” (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲ ، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده است، می گوید”: وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو میشوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم با جرم اتمی ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدید آوردند. این اتمها در چنین دمایی بدون گرانروی جریان مییابند و این ، نشانه ظهور ماده ای جدید بود.
در این حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد ، بصورت مایع جریان یافتند . حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز- اینشتین است .
هر دو حالت از اتمهایی تشکیل شده اند که این اتم ها در دمای پایین به هم می پیوندند و جسم واحدی را تشکیل می دهند . در چگالش بوز- اینشتین اتم ها از نوع بوزون هستند در حالیکه در چگالش فرمیونی اتم ها فرمیون هستند.