Έχετε ποτέ αναρωτηθεί γιατί ένα παγάκι λιώνει, όταν τοποθετείται κάτω από τον ήλιο ή γιατί ένα μπαλόνι γεμάτο αέρα ξεφουσκώνει, όταν τρυπηθεί με μια βελόνα; Η κατανόηση των καταστάσεων της ύλης είναι απαραίτητη για τη μελέτη αυτών των φαινομένων. Στις φυσικές επιστήμες μελετάμε τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια, εξηγώντας διάφορα φαινόμενα της καθημερινής μας ζωής.

Ξεκινώντας το ταξίδι μας θα εξετάσουμε τις τρεις καταστάσεις της ύλης που σχηματίζουν τα δομικά στοιχεία του φυσικού κόσμου. Τα στερεά χαρακτηρίζονται από σταθερό σχήμα και όγκο και συγκρατούνται σε αυτή την κατάσταση από ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις. Η ακαμψία των στερεών μάς επιτρέπει να περπατάμε στο έδαφος και να κατασκευάζουμε κτήρια, αεροπλάνα και οικιακές συσκευές. Η Φυσική μας βοηθά να μελετήσουμε και να κατανοήσουμε τις ιδιότητες των στερεών από το μικροσκοπικό επίπεδο μέχρι την αντοχή ή τη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητά τους.

Τα υγρά έχουν την ιδιότητα να παίρνουν το σχήμα του δοχείου εντός του οποίου βρίσκονται, ενώ ταυτόχρονα διατηρούν σταθερό όγκο. Σκεφθείτε ένα ποτήρι νερό που το μεταφέρετε διαδοχικά σε διαφορετικά δοχεία (κούπα, κατσαρόλα κ.ο.κ.) πόσα σχήματα μπορεί να λάβει. Η Χημεία μελετά τις ιδιότητες των υγρών, όπως η πυκνότητα, το ιξώδες, η επιφανειακή τάση κ.α. Αυτές τις ιδιότητες τις παρατηρούμε, όταν βλέπουμε υγρά σε κίνηση, όπως τα κύματα στην παραλία ή οι κυματισμοί που διαδίδονται, όταν πετάμε μια πέτρα σε μια λίμνη.

Τα αέρια, η τρίτη κατάσταση της ύλης, έχουν την ιδιότητα να καταλαμβάνουν όλο τον διαθέσιμο σε αυτά χώρο, όπως ο αέρα της ατμόσφαιρας βρίσκεται παντού τριγύρω μας. Η Φυσική και η Χημεία μελετούν την συμπεριφορά των αερίων (πίεση, θερμοκρασία κ.α.) και εξηγούν καθημερινά φαινόμενα, όπως οι ατμοσφαιρικές αλλαγές (καιρικά φαινόμενα).

Από NASA – http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/Images/state.gifTransferred from el.wikipedia to Commons by MARKELLOS using CommonsHelper., Κοινό Κτήμα, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9750551

Ας μελετήσουμε κάτι που παρατηρούμε καθημερινά: την εξάτμιση. Η εξάτμιση εμφανίζεται σε πάρα πολλά καθημερινά φαινόμενα και επηρεάζει τη ζωή μας. Σκεφθείτε τη διαδικασία της εφίδρωσης. Όταν καταβάλλουμε σωματική προσπάθεια, το σώμα μας ιδρώνει, συσσωρεύοντας υγρασία στην επιφάνεια του δέρματός μας. Ο ιδρώτας απορροφά θερμότητα από το σώμα μας και εξατμίζεται προκαλώντας μείωση της θερμοκρασίας του σώματός μας. Αυτός ο φυσικός μηχανισμός ρύθμισης της θερμοκρασίας του ανθρώπινου σώματος στηρίζεται σε θεμελιώδεις αρχές της Φυσικής και της Χημείας.

Η εξάτμιση είναι η διαδικασία μετάβασης από την υγρή στην αέρα κατάσταση. Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, μεταφέρεται σε αυτό ενέργεια, που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων του υγρού. Ορισμένα μόρια αποκτούν αρκετή ενέργεια για να διαφύγουν από την επιφάνεια του υγρού και γίνονται αέρια. Είναι οι γνωστοί υδρατμοί που σχηματίζονται από το νερό. Η προηγούμενη διαδικασία μειώνει τη μέση ενέργεια, άρα και τη θερμοκρασία, του υγρού. Η κατανόηση αυτής της διαδικασίας μάς επιτρέπει να κατανοήσουμε γιατί η εφίδρωση βοηθά στην διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματός μας σε φυσιολογικά επίπεδα.

Η εξάτμιση όμως επεκτείνεται και πέρα από τις σωματικές λειτουργίες. Παίζει έναν σημαντικό ρόλο σε τεχνολογίες όπως τα κλιματιστικά μηχανήματα και τα ψυγεία. Οι συσκευές αυτές εκμεταλλεύονται το φαινόμενο της εξάτμισης διαφόρων ψυκτικών υγρών για να απομακρύνουν θερμότητα από τον αέρα ή από αντικείμενα, εξασφαλίζοντας άνετες συνθήκες διαβίωσης ή τη διατήρηση των τροφίμων.

Η μελέτη της σύνδεσης μεταξύ των καταστάσεων της ύλης αποκαλύπτει τον συναρπαστικό κόσμο που μας περιβάλλει. Η σκληρότητα του διαμαντιού ή ο ιδρώτας που μας δροσίζει απαιτούν την κατανόηση των αρχών που κρύβονται πίσω από αυτά τα φαινόμενα. Η απόκτηση αυτής της γνώσης εμπλουτίζει την κατανόηση του φυσικού κόσμου και μας οδηγεί στο να εκτιμούμε τις εφαρμογές που βελτιώνουν την καθημερινή μας ζωή. Την επόμενη φορά που θα ιδρώσετε ή θα παρατηρήσετε την εξάτμιση του νερού, θυμηθείτε πόσο συναρπαστική μπορεί να γίνει η μελέτη της φύσης.