تجانس
في الفيزياء والكيمياء، التجانس Homogeneity، هوتساوي التكوين عبر نظام بأكمله، وبالتالي تساوي نوع المحتويات أوتساوي الظواهر.
يستخدم تعبير التجانس على نظام فيزيائي أومخلوط كيميائي، كما يعبر عن صفة في الرياضيات وكذلك في تجانس المجتمع وغيرها. فكلها تعطى معنى تساوي أحد الصفات أوالخواص في نظام بأكمله.
مثال
عندما نخلط كمية أرز مع كمية من العدس، ونقلبهما تقليبتين فلاقد يكون المخلوط متجانسا، إذن حتى عينة المخلوط من قاع الوعاء تختلف عن عينة المخلوط المأخوذة من السطح مثلا. أما بعد تكرار عملية تقليب مخلوط الأرز والعدس لمرات كثيرة ، تصبح جميع عينة من النظام (المخلوط) مثل أختها.
إشارة: بالنسبة ما المطروح يعب حجم العينة دورا كبيرا. إذا كانت العينة 300 سنتيمتر مكعب مثلا يمكن عند مقارنة العينات انها متجانسة، أما إذا كانت العينة 1 سم مكعب فقط، فلن تكون العينات متجانسة، إذ نجد في إحدى العينات مثلا 20 حبة أرز و18 حبة عدس، وقد نجد في عينة أخرى 19 حبة أرز و19 حبة عدس.
مثال أخر : ذوبان الملح في الماء. نظرا للذوبان الكامل للملح في الماءقد يكون المخلوط متجانسا. أما عند مصب الأنهار في البحر فلا تكون العينات المتنوعة البعيدة عن بعضها متجانسة.
أهمية المادة المتجانسة
يعتبر الحصول على مواد أولية أومواد وسطية متجانسة للصناعة من الضروريات، مثل صناعة أشباه الموصات التي تستخدم كثيرا في الإلكترونيات والواسيب والهاتف المحمول، ويحتاج إللى تقنيات فهمية وتطبيقية وتبدأ باستخراج موادا نقية.
في الكيمياء
في الكيمياء تكون المواد المتجانسة إما موادا نقية أومخلوطات متجانسة ونطق عليها اسم المحاليل.
في المطبخ
البيضة السليمة غير متجانسة ، ففيها الصفار معزولا عن البياض. ولكي نعمل "أومليت " متجانسا لا بد من ضرب البيض وخلط الصفار مع البياض جيدا. كما تقول سيدة البيت " لقد صنعت عجينة متجانسة لعمل الكيك ".
تبعات التجانس الكيميائي
تكون كثافة المادة المتجانسة متساوية في جميع أجزائها. إذا افترضنا غاز مثلا موجود في وعاء كبير، وحصرنا عند جزء منه كمية حجمها V1 فإنها تحتوي على كمية الغاز مثل حجم مماثل V1 مأخوذ من جهة أخرى من الوعاء. وإذا قسمنا كمية الغاز إلى نصفين متساويين ، فإن جميع منهما يحتوي على نفس كمية الغاز التي يحويها الآخر. من ذلك ينتج:
"كمية الغاز للمواد المتجانسة عند تساوي الضغط ودرجة الحرارة تتناسب طرديا مع الحجم، وبالعكس."
ويتناسب حجم مادة متجانسة تناسبا طرديا مع كمية المادة عند تساوي الضغط p وتساوي درجة الحرارة T.
عندما تكون T == ثابتة وp == ثابت ينتج أن:
- .
تنطبق هذه المعادلة على جميع المواد المتجانسة طالما بقيت درجة الحرارة والضغط ثابتين لا يتغيرا، وتنطبق على الغاز المثالي وتنطبق أيضا على قانون الغازات المثالية.
- يسمى المقسوم
- والمقسوم
كما تنطبق العلاقة التالية على المواد المتجانسة
- .
(أنظر كثافة).
تجانس المقاييس
تجانس المقاييس في المعادلات الرياضية هوحتى تحتوي على نفس الوحدات في طرفيها. ولكي تكون المعادلة سليمة فيزيائيا فلا بد لها من حتى تكون متجانسة، لأن التعادل في المعادلة لا يمكن حتى يتم بوحدات تختلف عن بعضها. ويمكن بفحص تجانس معادلة فهم عما إذا كانت سليمة أم لا. فإذا كنا نحسب السرعة مثلا فلا بد من حتى تكون الوحدات تحتوي على "الطول /الزمن" ، وإذا كنا نقوم بحساب الطاقة فلا بد وأن تكون الوحدات [كتلة ]•[مسافة]²/[الزمن]², أي مثلا جرام ]•[متر]²/[ثانية]² إلى غير ذلك.
وعلى سبيل المثال تنطبق المعادلة الآتية بأكمها للطاقة:
فإذا كانت:
m الكتلة،
v وc سرعتين،
p زخم الحركة،
h ثابت بلانك،
λ طول الموجة.
ومن جهة أحرى إذا كانت الوحدات على اليمين من المعادلة ليست [كتلة]•[مسافة]2/[زمن]2, فإنها لا تكون سليمة وتعبر عن الطاقة.
ولكن ليس معنى تجانس معادلة حتى تكون سليمة حيث لابد من حتى تكون الأعداد فيها سليمة وليست خاطئة. وعلى سبيل المثال، فقد تكون المعادلة E = m•v2 صية أوغير صيحة عن طاقة جسيم كتلته m يتحرك بالسرعة v، كما أننا لا نستيع حتى نعهد عما إذا جزء المعادلة أعلاه h•c/λ يجب ضربه في 2π أم لا.
ويشكل تجانس المعادلة وسيلة قوية لفهم الوحدات المناسبة لمسألة معينة (أنظر تحليل المقاييس).
اقرأ أيضا
- قانون الغازات المثالية
- غاز مثالي
- ديناميكا حرارية
- ثابت بولتسمان
المصادر
قراءات إضافية
- Landau - Lifschitz: "Theoretical Physics - I. Mechanics", Chapter One.
