สถานะของแข็งเป็นแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์ เคมี และวิศวกรรม ด้วยเหตุนี้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า ของแข็งมีอะไรบ้าง และแตกต่างจากสถานะอื่น ๆ ของสสารอย่างไร วันนี้เราจะตรวจสอบแนวคิดของสถานะของแข็ง ของแข็งประเภทต่าง ๆ และคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของของแข็งไปพร้อมกัน
ของแข็ง หรือสถานะของแข็ง ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
เราก็จะได้ทราบเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้สถานะของแข็งในด้านวิศวกรรม เคมี และสาขาอื่น ๆ ตลอดจนผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม แน่นอนว่าหากเราได้ทำความเข้าใจกับสิ่งที่เป็นของแข็ง หรือสิ่งของที่มีสถานะเป็นของแข็งมากขึ้นแล้วนั้น สิ่งนี้น่าจะทำให้ใครหลายคนนำสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้อย่างแน่นอน
บทความที่เกี่ยวข้อง : รุ้งกินน้ำ เกิดจากอะไร ? การเกิดรุ้งกินน้ำ ปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เด็ก ๆ ควรรู้ !
1. ความหมายของสถานะของแข็ง
สถานะของแข็งเป็นคำที่ใช้อธิบายวัสดุที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง เมื่อเทียบกับของเหลวและก๊าซ ของแข็งจะรักษารูปร่าง ขนาด และปริมาตรของพวกมันไว้โดยไม่คำนึงว่าพวกมันอยู่ในสภาพแวดล้อมใด โดยทั่วไปแล้วของแข็งจะประกอบด้วยอะตอม หรือโมเลกุลที่จับตัวกันด้วยพันธะเคมีที่ค่อนข้างมีความแข็งแรง และสิ่งนี้เองที่ทำให้ของแข็งมีความเสถียรอย่างไม่น่าเชื่อและยากที่จะบีบอัดได้ ตัวอย่างของสถานะของแข็งที่เราได้ยินชื่อกันบ่อย ได้แก่ โลหะ ผลึก แร่ธาตุ และโพลิเมอร์ต่าง ๆ เป็นต้น
2. คุณสมบัติของสถานะของแข็ง
สถานะของแข็ง หมายถึง สสารที่มีรูปร่างและปริมาตรคงที่ เป็นวัสดุที่มีรูปร่างและขนาดแน่นอนและไม่สามารถบีบอัดได้ เป็นหนึ่งในสามสถานะของสสาร พร้อมด้วยของเหลวและก๊าซ โดยคุณสมบัติของสถานะของแข็ง ได้แก่ ความแข็งแกร่งสูง ความแข็งแรงสูง ความสามารถในการบีบอัดต่ำ และการนำไฟฟ้าต่ำ เป็นต้น
ซึ่งของแข็งที่เรารู้จักกันนี้มีลักษณะการนำความร้อนได้ค่อนข้างต่ำ แต่กลับมีความต้านทานไฟฟ้าได้ค่อนข้างสูง ที่สำคัญเลยคือสถานะของแข็งโดยทั่วไปประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า อะตอม โมเลกุล หรือไอออน ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอม โดยของแข็งจะสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ ผลึก และอสัณฐาน เป็นต้น
3. ตัวอย่างของวัสดุในสถานะของแข็ง
วัสดุในสถานะของแข็งคือวัสดุที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีคุณสมบัติไม่เป็นของเหลว ตัวอย่างของวัสดุในสถานะของแข็ง ได้แก่ โลหะ สารกึ่งตัวนำ เซรามิก และโพลิเมอร์ โลหะประกอบด้วยไอออนที่รวมตัวกันอย่างใกล้ชิดซึ่งสร้างโครงสร้างตาข่ายและยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะโลหะที่แข็งแรง สารกึ่งตัวนำประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กที่มีการจัดเรียงตัวของอะตอมอย่างสม่ำเสมอ
ในส่วนของเซรามิกจะประกอบด้วยพันธะไอออนิกหรือพันธะโควาเลนต์ที่แรงระหว่างโมเลกุล และในส่วนของโพลิเมอร์ก็จะประกอบด้วยสายโซ่ยาวของโมเลกุลที่มีความยืดหยุ่นสูง โดยวัสดุทั้งหมดนี้ค่อนข้างมีความแข็งแรงและคงทน จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายนั่นเองค่ะ
บทความที่เกี่ยวข้อง : ชั้นบรรยากาศ มีกี่ชั้น? มารู้จักชั้นบรรยากาศของโลกกันเถอะ!
4. สถานะของแข็งใช้ในชีวิตประจำวันอย่างไร
เทคโนโลยีโซลิดสเตตถูกนำไปใช้ในหลากหลายวิธีในชีวิตประจำวัน พบได้ในอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เราใช้งานกันเป็นประจำ อาทิเช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ แท็บเล็ต และทีวี ไม่เพียงแต่เท่านี้เทคโนโลยีโซลิดสเตตยังสามารถใช้ในแอปพลิเคชันทางการแพทย์ได้ ยกตัวอย่างเช่น การถ่ายภาพ และการวินิจฉัย เป็นต้น
นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์ รวมถึงระบบถุงลมนิรภัยและระบบการจัดการเครื่องยนต์ได้อีกด้วย ที่สำคัญไปกว่านั้นคือเทคโนโลยีโซลิดสเตตยังถูกนำมาใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น เครื่องซักผ้า และตู้เย็น เป็นต้น เรียกได้ว่าเป็นการทำงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเลยทีเดียว นอกจากนี้เทคโนโลยีโซลิดสเตตยังถูกนำไปใช้งานทางทหารอีกหลายประเภท ตั้งแต่ระบบนำวิถีด้วยขีปนาวุธไปจนถึงระบบเรดาร์เลยก็ว่าได้
5. ข้อดีของการใช้สถานะของแข็ง
เทคโนโลยีโซลิดสเตตค่อนข้างมีข้อดีหลายประเภทเลย นอกเหนือจากเทคโนโลยีหน่วยความจำแบบเดิม เทคโนโลยีเหล่านี้ยังมีความเร็วข้อมูลที่สูงขึ้นและความจุที่มากขึ้นตามไปด้วย นอกจากนี้ไดรฟ์โซลิดสเทตยังมีความทนทาน ทนต่อแรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือนได้ดีกว่า และทำงานได้เร็วกว่าไดรฟ์แบบเดิมอีกด้วย อีกอย่างเลยคือต้องการไฟฟ้าน้อยลง ซึ่งเรียกได้ว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดต้นทุนการดำเนินการได้ดีมาก ๆ เลย ซึ่งต้องบอกว่าไดรฟ์โซลิดสเทตยังไม่มีชิ้นส่วนที่สามารถเคลื่อนไหวได้ ดังนั้นจึงไม่มีเสียงรบกวนและทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายมากยิ่งขึ้นตามไปด้วย
6. ข้อเสียของการใช้สถานะของแข็ง
นอกเหนือจากข้อดีแล้ว ยังมีข้อเสียหลายประการของการใช้โซลิดสเตตด้วยเช่นกัน ประการแรกเลยคือ ต้นทุนของฮาร์ดแวร์โซลิดสเตตอาจสูงกว่าฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์แบบเดิม และอาจเป็นภาระสำหรับผู้ใช้ที่มีงบประมาณจำกัด
ประการที่สอง การเก็บข้อมูลโซลิดสเตตมีอายุการใช้งานที่ค่อนข้างจำกัดมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในนั้นอาจเสียหายและไม่สามารถเข้าถึงได้ในที่สุด
ประการที่สาม อัตราการถ่ายโอนข้อมูลบนไดรฟ์โซลิดสเทตนั้นช้ากว่าอัตราของฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์มาก ทำให้เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงน้อยกว่าสำหรับผู้ใช้ที่ต้องการการเข้าถึงข้อมูลจำนวนมากอย่างรวดเร็ว ประการสุดท้าย ไดรฟ์โซลิดสเทตมีความไวต่อการกระแทกและแรงสั่นสะเทือนทางกายภาพมากกว่าไดรฟ์ฮาร์ดดิสก์ ซึ่งอาจทำให้ข้อมูลสูญหายหรือเสียหายได้ง่าย ๆ
บทความที่เกี่ยวข้อง : ห่วงโซ่อาหาร คืออะไร สำคัญกับระบบนิเวศแค่ไหน ความรู้เสริมสำหรับหนูน้อย
7. ประเภทของสถานะของแข็ง
เมื่อพูดถึงสถานะของแข็ง หรือ ของแข็งมีอะไรบ้าง ต้องบอกว่าสถานะของแข็งนั้นมีทั้งหมด 7 ประเภทด้วยกัน ได้แก่ ของแข็งผลึก ของแข็งอสัณฐาน ของแข็งโลหะ ของแข็งโควาเลนต์ ของแข็งไอออนิก ของแข็งโมเลกุล และของแข็งเครือข่าย เป็นต้น ของแข็งที่เป็นผลึกประกอบด้วยโครงตาข่ายที่มีลำดับสูง ของแข็งอสัณฐานไม่มีโครงสร้างอะตอม
ของแข็งที่เป็นโลหะประกอบด้วยอะตอมของโลหะ ของแข็งโควาเลนต์ถูกยึดไว้ด้วยพันธะโควาเลนต์ ของแข็งไอออนิกถูกยึดไว้ด้วยพันธะไอออนิก ของแข็งโมเลกุลถูกสร้างขึ้น ของโมเลกุลแต่ละตัว และเครือข่ายของแข็งมีรูปแบบการเกิดพันธะโควาเลนต์ซ้ำ ๆ ซึ่งต้องบอกว่าสถานะของแข็งแต่ละประเภทค่อนข้างที่จะแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกัน และมีการใช้งานที่แตกต่างกันออกไปตามรูปแบบต่าง ๆ นะคะ
8. การประยุกต์ใช้สถานะของแข็ง
แอปพลิเคชันโซลิดสเตต แอปพลิเคชันโซลิดสเตตคือการใช้อุปกรณ์โซลิดสเตตในแอปพลิเคชันต่าง ๆ การใช้งานเหล่านี้มีตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงอุปกรณ์อุตสาหกรรม การใช้งานที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่ ระบบกักเก็บพลังงาน ใช้ในแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และลม
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์โซลิดสเตตยังใช้ในการคำนวณ เช่น ในรูปของหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ เซ็นเซอร์ออปติคอล และไมโครโปรเซสเซอร์ แอปพลิเคชันโซลิดสเตตเป็นสาขาการวิจัยที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว เนื่องจากอุตสาหกรรมจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ อีกทั้งยังได้รับการพัฒนาและใช้เทคโนโลยีเหล่านี้เพื่อตอบสนองความต้องการของตนเองมากขึ้นนั่นเอง
จากข้อมูลที่เราได้นำมาฝากทุกคนนั้น ต้องบอกว่าเทคโนโลยีโซลิดสเตต คือเทคโนโลยีที่มีโซลิดสเตตเป็นส่วนประกอบ เช่น ทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุในการทำงาน โดยเทคโนโลยีนี้ได้นำมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ชนิดต่าง ๆ ที่เราสามารถใช้ได้สะดวกมากยิ่งขึ้น อาทิเช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ เป็นต้น อีกอย่างต้องบอกด้วยว่าเทคโนโลยีโซลิดสเตตเป็นสาขาที่มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วมาก ๆ โดยมีการพัฒนาใหม่ ๆ ออกมาตลอดเวลาเลยล่ะค่ะ
บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ :
วัฏจักรน้ำ คืออะไร ? มีความสำคัญอย่างไรต่อโลกของเรา
ทดลองวิทยาศาสตร์ อนุบาล ทำได้ง่าย ๆ จากของใกล้ตัวที่บ้าน
ระบบสุริยะ คืออะไร? เรียนรู้เรื่องราวของดาวเคราะห์ เสริมพัฒนาการเด็ก
ที่มา : scimath, 2
มีข้อสงสัยเรื่องการตั้งครรภ์ หรือมีคำถามเรื่องการเลี้ยงลูกหรือเปล่าคะ? ติดตามอ่านบทความ หรือสอบถามสิ่งที่คุณอยากรู้ผ่านแอปของเราได้เลย
ดาวน์โหลด theAsianparent แอปพลิเคชัน ทั้ง IOS และ Android ได้แล้ววันนี้!
