בשער-קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער בפייסבוק - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל
דף הבית   |   על בשער   |   פעילויות בשער   |   ספר אורחים   |   צור קשר      רשימת תפוצה
 
 
 > שלח שאלה למומחה
 
 
 
     כל התחומים
     
     
     
     
     
     אסטרופיזיקה
     הנדסת חשמל
     הנדסת מזון
     כימיה
     פרקינסון
     קרקע ומים
     ננוטכנולוגיה
     הנדסה
     מדעי המחשב
     כימיה
     ביולוגיה
     פיזיקה
     רפואה
     מתמטיקה
     מדעי הסביבה
     גיאוגרפיה
     מוט"ב
     הוראת המדעים
     אזרחות
     כלכלה
     היסטוריה
     משפטים
     פסיכולוגיה
     תנ"ך
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 > בשער האזרחות
 
 
 > הרצאות מומחים ברשת
 
 
 > רשימת תפוצה
 
 > חתום בספר האורחים
 
 > כניסה לשואלים רשומים
 
 
 > English
 
חומרים רכים: נקודת המפגש בין פיזיקה, כימיה, ביולוגיה ומדע החומרים 02/08/2007
אוניברסיטת תל אביב   |   לחץ כאן למאמר המקורי   |   שאל שאלה אודות המאמר
תחומי דעת:  כימיה  , פיזיקה  

הכתבה נכתבה על ידי: פרופ' דוד אנדלמן *, פרופ' חיים דימנט**

לאור ההצלחות הגדולות שנחלו תורת הקוונטים והפיזיקה הסטטיסטית במחצית הראשונה של המאה העשרים, התפתח מאוד תחום הפיזיקה של חומר מעובה (Condensed Matter Physics). תחום זה כולל חקר של תכונות מבניות, חשמליות, מגנטיות ואופטיות של מוצקים ונוזלים. למשל, מודל הפסים הקוונטי של אלקטרונים במוצקים מסביר היטב תכונות חשמליות של מוליכים (מתכות), מבודדים ומוליכים-למחצה כגון סיליקון. הבנה זו של מוליכים-למחצה תרמה להמצאת הטרנזיסטור (1947) וממנה לשפע יישומים במכשור אלקטרוני ומהפכת המחשוב שאפיינה את המחצית השנייה של המאה העשרים.

מעבר לחומרים מוצקים גבישיים, מחד גיסא, ונוזלים מולקולריים פשוטים יחסית, מאידך גיסא, מרבית החומרים הטבעיים הם מורכבים יותר, ומאגדים בתוכם תכונות של נוזלים ומוצקים כאחד: עיתון יומי, מקלדת המחשב, רקמות ביולוגיות, עדשות מגע רכות, ריפוד הכסא, דיו לכתיבה – הרשימה היא אינסופית... חומרים אלה מופיעים תחת שמות שונים: נוזלים מורכבים, נוזלים מבניים וחומרים רכים. הם כוללים, למשל, גבישים נוזליים מהם בנויים הצגים הדיגיטליים LCD)), חומרים פולימריים המורכבים ממאקרו-מולקולות ארוכות ומהם מיוצרים מוצרי הפלסטיק, ג'לים, וגומי. למעשה, רוב מוצרי המזון והקוסמטיקה, דטרגנטים ותרופות, תרחיפים ותחליבים, משחות, אירוסולים וקצפים משתייכים לקבוצה זו. נדבך חשוב נוסף של חומרים רכים מצוי במערכות ביולוגיות, כגון קרומיות של תאים, חלבונים, דנ"א, וביו-פולימרים.

הקשיות המכנית של מוצקים נובעת מחוזק הכוחות הבין-מולקולריים ביחס לתנודות הנגרמות מטמפרטורת הסביבה. מנגד, גזים ונוזלים פשוטים זורמים בקלות, משום שלתנודות התרמיות (כלומר לאנטרופית המערכת) יש חשיבות גדולה ביחס לכוחות הבין מולקולריים. בחומרים רכים לשני הגורמים חשיבות דומה, ונוצר מאזן עדין הגורם להופעה של מבנים על פני סקלות אורך שונות, בין הרמה המולקולרית ועד לאורכים מאקרוסקופיים. לדוגמא, קצף גילוח מכיל כ- 95% אוויר ו- 5% מי סבון. למרות שהוא נראה אחיד לעין, הוא בנוי למעשה מתאיי אויר המופרדים על ידי מחיצות נוזליות דקות. ללא הפרעה הקצף מתנהג כמוצק ושומר על צורתו, אבל הוא רך וקל לעוותו אותו הרבה יותר ממוצק גבישי. המורכבות המבנית מתבטאת גם בעושר רב של מצבי צבירה – הרבה מעבר לשלשת מצבי הצבירה המוכרים לכל. לדוגמא, הגביש הנוזלי שבצגים הדיגיטליים מצוי במצב צבירה הנקרא Nematic, הזורם כנוזל אבל בעל סדר מולקולרי פנימי הגורם לתכונות אופטיות של מוצק. אותו החומר בשינוי טמפרטורה יכול להפוך לנוזל רגיל,
מוצק גבישי או מספר מצבי צבירה אחרים.

מלבד המורכבות המבנית מתאפיינים החומרים הרכים בהתנהגות מורכבת בזמן. למשל, משחת שיניים תגיב לעיוותים פתאומיים כמו מוצק אלסטי, אבל תחת כוח איטי היא תזרום החוצה מהשפופרת כמו נוזל צמיג. תכונה זו של חומרים רכים נקראת צמיגות-אלסטיות (visco-elasticity) והיא בעלת שימושים רבים, כגון חומרים פולימריים המוזרקים ליסודות בנינים באזורים מועדים לרעידות אדמה.

המחקר של חומרים רכים התפתח מאוד בשני העשורים אחרונים. זהו מחקר בינתחומי בו הגישה הפיזיקלית משלימה מחקרים ביולוגיים, כימיים והנדסיים. האתגר הבסיסי נובע ממורכבות המערכות, המצריכה טיפול בסקלות שונות של אורכים וזמנים מן הרמה המיקרוסקופית ועד לרמה המאקרוסקופית, ומן הננו-שנייה ועד לזמנים של דקות ושעות. אין ספק שלאור האתגר המחקרי הרב והיישומים המגוונים ימשיך תחום זה להתפתח ולהתרחב. ברמת בית הספר התיכון מציע התחום הזדמנות מצוינת למפגש מעניין ופורה בין כל מדעי הטבע, ויש לקוות כי יוכנס לתוכניות לימוד עתידיות.


*פרופ' דוד אנדלמן, פיזיקה, אונברסיטת תל-אביב-לאתר הבית של המרצה

**פרופ' חיים דימנט, כימיה, אונברסיטת תל-אביב - לאתר הבית של המרצה




הוסף תגובה הדפס מאמר      שלח לחבר      מאמר מועדף
 
שלח שאלה למומחה   |   שמור כדף הבית   |   הוסף למועדפים   |   תנאי שימוש באתר   |   Powered By Art-Up