حرارة

الحرارة (Heat) هي إحدى أشكال الطاقة والتي يترافق معها حركة الذرات أو الجزيئات أو أي جسيم يدخل في تركيب المادة. بالإمكان الحصول على الحرارة عن طريق التفاعلات الكيماوية كالاحتراق، أو التفاعلات النووية كالانصهار النووي الذي يحدث في الشمس أو التبدد الكهرومغناطيسي كما يحدث في المواقد الكهربائية أو الميكانيكي (الحركي) مثل الاحتكاك.
يمكن للحرارة أن تتنقل بين الأجسام عن طريق الإشعاع أو التوصيل حراري أو الحمل الحراري. لا يمكن للحرارة أن تنتقل بين جسمين أو بين نقطتين في جسم واحد إلا إن كانت درجات الحرارة بينهما مختلفة. درجة الحرارة هي مقياس لمدى سخونة جسم ما أو برودته.
تسمى كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جسم ما درجة مئوية واحدة بالسعة الحرارية. السعة الحرارية لكل مادة محددة ومعروفة. الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة الكتلة من مادة ما درجة واحدة تسمى بالحرارة النوعية وهي تعتمد على حالة المادة وتركيبها الكيماوي. عند احتراق الوقود تصدر كمية من الحرارة تعرف باسم القيمة الحرارية للوقود وتقدر عادة بالوحدة الحرارية البريطانية. خلال عملية تحول مادة نقية من حالة إلى أخرى يتم فقد حرارة أو اكتسابها دون أي تغير في درجات الحرارة وتعرف كمية الحرارة المفقودة أو المكتسبة إبان عملية التحول باسم الحرارة الكامنة وتعتمد بشكل مباشر على نوعية المادة وحالتها الابتدائية والنهائية.

الضوء

منذ قديم الأزمنة وعلى مر العصور كانت خواص الضوء مثارا للدهشة وإثارة التساؤلات وإجراء العديد من التجارب لفهم طبيعة الضوء، وعلى الرغم من تلك المحاولات وعظيم الاهتمام به إلا أن الطبيعة الداخلية للضوء ظلت محل جدل حتى مطلع القرن الحالي.
وخلال عصر نيوتن ولسنوات خلت بعد ذلك كان هناك خلاف حول ما إذا كان الضوء هو تيار من الجسيمات أو حزمة من الموجات، وقد كان إسحاق نيوتن (Isaac Newton) من مؤيدي النظرية الجسيمية ، فهو يعتقد أن الضوء عبارة عن جسيمات "Particles" مستندا عل حقيقتين:
1. أن الضوء يسير في خطوط مستقيمة في الأوساط المتشابهة، وظاهرة تكون الظلال دليل يؤيد هذه الحقيقية.
وكان نيوتن يدرك أنه إذا كان الضوء عبارة عن حزمة من الموجات فعليه أن يعاني من الانحراف حول الزوايا "الأركان" وهذا ما لم يثبته عمليا ولم يشاهده تجريبيا ،مما جعل النظرية الموجية مرفوضة لدية رفضا تاماً.
2. عند مرور الضوء الأبيض في المنشور فإنه يتحلل إلى عدة ألوان، وتبعا للنظرية الجسيمية فإن كل لون يتبع لنوع معين من الجسيمات ، كل جسيم يسير بسرعة مختلفة عن الآخر وينكسر بزاوية مختلفة أيضاً مما يسبب ظهور الألوان المميزة لكل جسم ،وهذا ما استنتجه نيوتن تجريبياً.
وإلى جانب هذا كان كريستيان هايجنز(Christian Huygens) - وهو أحد معاصري نيوتن- له رأي آخر، حيث كان هايجنز من مؤيدي النظرية الموجية ويرى أن الضوء عبارة عن حزمة من الموجات واستنتج مبدأ هايجنز"Huygens' Principle" والذي فسر الكثير من الظواهر الطبيعية للضوء كالتداخل والحيود والانكسار والانعكاس وغيرها.
وبعد فترة من الزمن وبينما كان ماكسويل(James Clerk Maxwell) يقوم بتجاربه المتعددة على المغناطيس والكهرباء ،استنتج أن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية حيث أثبت نظريا أن سرعة هذه الموجات تساوي تقريبا سرعة الضوء ، وبالتالي يمكن القول أن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية. وهذا ما جعل النظرية الموجية مقبولة عالميا على الرغم من أنها لا تفسر بعض الظواهر كانبعاث الضوء من الذرات.
وظل الأمر هكذا إلى أوائل القرن العشرين حيث أعطى بور(Bohr) أول تفسير منطقي صحيح لميكانيكية انبعاث الضوء من الذرات، كما أشار آينشتاين(Einstein) إلى حقيقة أن الضوء مكون من جسيمات مكممة تدعى بالفوتونات "Photons" وبهذا فإنه أعط تفسير للظاهرة الكهروضوئية. ومن المعروف أن الطاقة الكهرومغناطيسية طاقة مكممة أي أنها تفقد وتكتسب بكميات معينة تعرف بالفوتون وذلك حسب النظرية الكمية للضوء وروادها بلانك وبور وآينشتاين.
والآن فإن المفهوم الحديث للضوء يجمع بين نظرية نيوتن الجسيمية ونظرية هايجنز الموجية ، فالضوء ذو طبيعة ازدواجية (dual nature) ،وإذا كان السؤال ما هي طبيعة الضوء بالتحديد هل موجية أم جسيمية؟ فإنه لن تكن هناك إجابة محددة فبعض الظواهر كالحيود والتداخل والانعكاس...الخ تتبع النظرية الكهرومغناطيسية-الموجية- فهذه النظرية تعالج انتشار الضوء(Propagation of light) . بينما النظرية الكمية الجسيمية تعالج وتفسر الانبعاث والامتصاص في الذرات.
وأخيرا يمكن القول أنه خلال الأطوال الموجية الطويلة يتصرف الضوء كموجات،وفي الأطوال الموجية القصيرة ( ذات الطاقة العالية) يتصرف كجسيمات