תורת החומרים

תורת החומרים
יש לבחור בחומר המתאים ביותר. לפני בחירת החומר יש להגדיר את התכונות הרצויות לנו ובמקביל להכיר את התכונות השונות של החומרים. תכונה של חומר היא מאפיין פיזי או כימי בעזרתו ניתן לתאר ואף לזהות חומר.

חומר = הדבר שממנו עשויים גופים. ( פלסטיק , עץ , ברזל וכ’ )
גוף = חפץ , כל דבר העשוי מחומר. ( שולחן , כסא , כפית , קלמר , ארנק ..)
תכונה = מאפיין.

תכונות משותפות לכל החומרים:
מסה, נפח, צפיפות ומצב צבירה בטמפרטורת החדר.
נפח = המקום שהחומר תופס במרחב.
מסה = כמות החומר.
צפיפות (מסה סגולית) = כמות החומר (מסה) בנפח של 1 סמ”ק.
מסה וצפיפות הן תכונות פיזיקליות הנובעות ממבנהו הפנימי של החומר ומתארות אותו.
מצב צבירה =בטמפרטורת החדר (C 0 25), כל חומר חייב להיות באחד משלושת מצבי הצבירה – מוצק, נוזל או גז.

בנוסף לתכונות המשותפות יש לכל חומר תכונות ייחודיות:
את התכונות ניתן לחלק לכמה תכונות נזכיר שתי תכונות שהן תכונות פיזיקאליות ותכונות מכאניות :

א. תכונות פיזיקליות = תכונות הנובעות ממבנהו הפנימי של החומר ומתארות אותו. לדוגמא:
1. מגנטיות = חומרים שמראים תכונות מגנטיות בולטות הם ברזל, וכמה מיני מתכות.

2. הולכת חום = תכונות תרמיות- קשורות לתגובותיו של החומר לשינוי טמפרטורה ומעבר חום דרכו.
התחממות החומר גורמת בדרך כלל להתפשטותו ולגידול בנפחו ואף עשויה לגרום לשינוי מצב הצבירה של החומר. ככל שמוליכות החום של החומר טובה יותר החום מתפשט דרכו ביתר קלות.
רוב המתכות מוליכות חום היטב, לעומת מוצקים שאינם מתכות – חומרים פלסטיים, עץ , צמר, קלקר. אלו מוליכי חום גרועים (הם מבודדים תרמיים) כיוון שאינם בעלי אלקטרונים חופשיים.
גזים ונוזלים הם בעלי מוליכות חום נמוכה.
יישומים יומיומיים בעובדה שגז מוליך חום גרוע- האוויר הכלוא בסוודר, בלבנים, בשמיכת הפוך, בין זכוכיות המטוס, בקלקר וחומרים מבודדים- משמש כמבודד ומונע מעבר חום.
תרמוס- בנוי משתי שכבות וביניהן אוויר המשמש כמבודד .

3.הולכת חשמל – תכונות הקשורות ליכולתו של החומר לאפשר מעבר זרם חשמלי דרכו.
חומרים שבהם עובר זרם חשמלי בקלות נקראים מוליכי חשמל, המתכות הן דוגמה לחומרים מוליכי חשמל.
מוליכים שונים מעבירים זרם במידה שונה.
לדוגמה: כסף, נחושת, זהב, אלומיניום, כספית, ברזל.
חומרים אל-מתכתיים הם מוליכי חשמל גרועים, כלומר, מבודדים חשמליים. לדוגמא: עץ, פלסטיק, זכוכית.
4.אופטיות – כאשר אור פוגע בחומר מסוים הוא יכול להיבלע בו, לחזור ממנו או לעבור דרכו.
תכונות אופטיות קשורות לתגובת החומר לאור.
החזרת אור: מבטאת את כמות האור החוזרת מן החומר.
דוגמה: מראה מזכוכית האטומה לאור בצדה האחד, מחזירה את מרבית האור הפוגע בה.
העברת אור: מבטאת את יכולת החומר להעביר אור דרכו – תכונה זו כמעט הפוכה להחזרת אור. חומרים שקופים הם החומרים המעבירים אור.
דוגמה: זכוכית בשמשת החלון, מעבירה כמעט את כל האור הפוגע לכן ניתן לראות דמויות הנמצאות מצדו האחר.
בליעת אור: חומר בולע את קרני האור לכן לא ניתן לראות דרכו דמויות.
חומרים הבולעים את האור נקראים חומרים אטומים.
חומר עמום: מאפשר העברת אור דרכו, אולם לא ניתן לראות את הדמויות מצדו האחר.
*ההבדל בין שקיפות לאטימות:
לא כל חומר שקוף הוא חסר צבע אך כל חומר חסר צבע הוא שקוף. משמעות משפט זה שתכונות הצבע ותכונת השקיפות הן שתי תכונות שונות.

5. אקוסטיות = תכונות קוליות – קשורות לתגובת החומר לגלי קול.
גלי הקול מגיעים אל החומר, יכולים לחזור ממנו, להיבלע בו, או לעבור דרכו.
חומרים מעבירי קול: חומרים המעבירים את רוב גלי הקול דרכם.
חומרים מחזירי קול: חומרים שאינם מעבירים את הקול הפוגע בהם אלא מחזירים כמות רבה ממנו.
דוגמה: באולמות קונצרטים מתכננים את הקירות והתקרה כך שקול התזמורת לא ייבלע בהם והחזרה הקולית תהיה מכוונת לקהל ולא תיצור הד.
חומרים בולעי קול: חומרים שסופגים את הקול.
דוגמאות:
* הקירות והתקרה של אולפני הקלטה בטלוויזיה או ברדיו מצופים בחומרים בולעי קול, כך מונעים הפרעות קוליות באולפן.
* חומרים פלסטיים מוקצפים כמו “קלקר” מכילים חללי אויר – חומרים כאלה הם בעלי החזרה קולית נמוכה מאוד הם חומרים בולעי קול.

תכונות כימיות = תכונות המתארות את התגובה בין החומר לסביבה. לדוגמא:
1. דליקות – התרכבות חומר עם חמצן.
ישנם חומרים דליקים כגון: שמן, צמר, ברזל, כוהל, עץ.
וישנם חומרים לא דליקים כגון: חול, מים.
2. מסיסות – כמות של חומר מסוים המסוגלת להתמוסס בד”כ בנוזל (ברוב המקרים מים).
בתהליך משתתפים שני מרכיבים: ממס ומומס.
ממס: נוזל המסוגל להמס חומרים במצב צבירה: מוצק, נוזל או גז וליצור תמיסה.
מומס: חומר המסיס בממס ויוצר תמיסה.
תמיסה: הנוזל שמתקבל בעקבות ההמסה, הוא תערובת בעל מראה אחיד.

תכונות מכניות= יכולתו של חומר לעמוד בפני פעולתם של כוחות חיצוניים.
לדוגמה:
1. אלסטיות – תכונת החומר לחזור למצבו הקודם לאחר שפסקה עליו פעולתו של אחד מהעמוסים הבאים: לחיצה, מתיחה וכפיפה או שילובם.
דוגמה: כדורים קפיציים כגון כדורי טניס, גומי וקפיץ.

2. פלסטיות – יכולתו של החומר לשנות את צורתו כתוצאה מהפעלת עומסי (כוחות) כפיפה או לחיצה. כאשר עומסים אלה פוסקים לפעול, החומר אינו חוזר לצורתו הקודמת.
דוגמא: פלסטלינה, כאשר לשים אותה מפעילים עליה כוח חיצוני והצורה שעוצבה נשארת גם כאשר מפסיקים ללוש.

3. קשיות – יכולת החומר לעמוד בפני נעיצה, שריטה ושינוי צורה. ככל שקשה לשרוט בחומר ולפגוע בפני השטח שלו, כך החומר נחשב קשה יותר.
היהפך מחומר קשה הוא חומר רך- חומר שניתן לחדור לתוכו.
דוגמאות: יהלום הוא החומר הקשה ביותר בטבע. באמצעותו ובאמצעות חומרים קשים אחרים ניתן לחתוך ולהשחיז חומרים קשים פחות. הגומי הוא חומר רך.

4. חוזק – יכולת החומר לעמוד בעומסי מתיחה או לחיצה. כלומר, חוזק מבטא את עוצמת הכוח המרבי אשר בו החומר יכול לעמוד מבלי שהוא יישבר או ייסדק. היהפך מחומר חזק הוא חומר חלש, הכוונה לחומר שנשבר, נסדק או נקרע בקלות. דוגמה: ברזל הוא חומר חזק לעומת חומר פלסטי.
* לא כל חומר קשה הוא גם חזק. לדוגמה זכוכית היא אחד החומרים הקשים אך, היא שבירה כלומר לא חזקה.
* חומר גם יכול להיות רך אך חזק, כמו הגומי.

תכונות נוספות המאפיינות את החומרים: צבע, טעם (חסר טעם=תפל), ריח, דליקות, וברק.

נפח
נפח = המקום שהחומר תופס.
לכל חומר בכל מצב צבירה יש נפח.
למדידת גודל פיזיקלי צריך: יחידות מידה ומכשיר מדידה.
יחידות המידה לנפח: מ”ל, סמ”ק, ליטר.
הוסכם: 1 ליטר = 1000 סמ”ק, 1 מ”ל = 1 סמ”ק
כדי להפוך מיליליטר לליטר יש לבצע פעולת חילוק ב – 1000.
כדי להפוך ליטר למיליליטר יש לבצע פעולת כפל ב – 1000.
ככל שגוף תופס יותר מקום – נפחו גדול יותר.
ככל שגוף תופס פחות מקום – נפחו קטן יותר.
מדידת נפח של מוצק
גוף בעל צורה הנדסית מוגדרת(דוגמה: קובייה) גוף בעל צורה הנדסית לא מוגדרת(דוגמה: אבן )

כלי מדידה: סרט מידה, סרגל כלי המדידה: משורה
שיטת מדידה: נפח=אורך X רוחב X גובה שיטת המדידה: להכניס את המוצק לתוך משורה עם מים בגובה ידוע. נפח המוצק יהיה שווה למידת עליית גובה פני המים לאחר הכנסת המוצק
יחידות המידה: סמ”ק יחידות המידה: מ”ל, סמ”ק
מדידת נפח של נוזל
מכשיר מדידה: משורה,מזרק, בקבוק קוני וכוס כימית.
שיטת המדידה: הכנסת הנוזל לכלי המדידה, הגובה המסומן מציין את נפח הנוזל.
יחידות המידה: מ”ל ליטר.
כלי המדידה למדידת נפח נוזל חייבים להיות מכוילים על מנת שנוכל למדוד בהם נפחים. הכיול נעשה ע”י סימון שנתות על גבי המשורה.
* המרחק בין השנתות המסומנות על המשורה שווה וכן הנפח בין שנת לשנת שווה.
* בקבוק קוני המרחק בין השנתות לא שווה אך הנפח בין השנתות שווה וזאת בגלל צורת הכלי.
מדידת נפח של גז
גז הוא חומר, הגז תופס מקום.
הגז ממלא כל כלי שמכניסים אותו אליו לכן לגז אין נפח קבוע. נפחו הוא כנפח הכלי בו הוא נמצא.
סיכום
1. נפח החומר הוא המקום שהחומר תופס.
2. מ”ל סמ”ק וליטר הם יחידות למדידת נפח.
3. קובייה שאורך כל אחת מצלעותיה 1 סמ”ק – נפחה 1 סמ”ק.
4. המשורה היא כלי למדידת נפח של נוזלים.
5. כאשר משקיעים גוף מוצק בנוזל, נפח הנוזל העולה שווה לנפח הגוף שהשקענו בנוזל.
6. גז הגז תופס מקום גם לגז יש נפח. נפח הגז הוא כנפח הכלי שבו מצוי הגז.
7. ניתן לאחסן כמויות שונות של גז באותו נפח של כלי.

מסה
מסה = כמות של חומר.
כל חומר בטבע בעל מסה.
יחידות המידה: גרם, ק”ג, טון.
כלי המדידה של מסה: כפות מאזניים + אבני מסה. גופיפי מדידת מסה נקראים אבני מסה.

הוסכם שמסה של 1 ק”ג = 1000 גר’.
כדי להמיר גרם לק”ג יש לבצע פעולת חילוק ב – 1000.
כדי להמיר ק”ג לגרם יש לבצע פעולת כפל ב- 1000.
המסה נשמרת – היא אינה משנה גם אם צורת החומר משתנה

אלסטיות- מהו חומר אלסטי?

כאשר לוחצים באצבע כדור פלסטלינה וכדור גומי שניהם נמעכים. כאשר מפסיקים את הלחיצה כדור הגומי חוזר למצבו הראשון ואילו כדור הפלסטלינה ממשיך להיות מעוך.
חומרים החוזרים למצבם הקודם לאחר הפסקת הפעלת הכוח עליהם נקראים:
חומרים אלסטיים.
אלסטיות היא- תכונתו של החומר לחזור למצבו הקודם לאחר שפסקה מעליו פעולתו של אחד מהעומסים הבאים: לחיצה , משיכה, וכפיפה, או שילובם.

חומר חזק וקשה יכול לעמוד בפני עומס אחד או יותר לעומת זאת חומר אלסטי משנה את צורתו תחת עומסים אלו אך כאשר הם נפסקים הוא חוזר לצורתו הקודמת.

לדוגמה כדור טניס או כדורגל או כדורסל כשמקפיצים אותם הם נסחפים מעט, אך מיד שבים לצורתם הקודמת .

בנוסף לתכונות המשותפות יש לכל חומר תכונות ייחודיות:
את התכונות ניתן לחלק ל:
א. תכונות פיזיקליות = תכונות הנובעות ממבנהו הפנימי של החומר ומתארות אותו. לדוגמא:

חומר