Matter on” stuff”, joka muodostaa maailmankaikkeuden — kaikki, mikä vie tilaa ja jolla on massaa, on materiaa.
Kaikki materia koostuu atomeista, jotka puolestaan koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista.
atomit yhtyvät muodostaen molekyylejä, jotka ovat Washington State Universityn mukaan rakennuspalikoita kaikenlaisille aineille. Sekä atomeja että molekyylejä pitää koossa potentiaalienergian muoto, jota kutsutaan kemialliseksi energiaksi., Toisin kuin liike-energia, joka on liikkeessä olevan kappaleen energia, potentiaalienergia on esineeseen varastoitunutta energiaa.
viisi vaihetta väliä
On olemassa neljä luonnollista valtioiden asia: Kiinteät aineet, nesteet, kaasut ja plasma. Viides tila on ihmisen tekemät Bose-Einstein kondensaatit.
kiintoaineet
kiinteässä aineessa hiukkaset pakkautuvat tiiviisti yhteen, joten ne eivät liiku paljon. Jokaisen atomin elektronit ovat jatkuvasti liikkeessä, joten atomeilla on pieni värähtely, mutta ne on kiinnitetty paikalleen., Tämän vuoksi kiinteän aineen hiukkasissa on hyvin vähän liike-energiaa.
Kiinteät aineet on selvä muoto, sekä massan ja tilavuuden, ja eivät vastaa muotoinen astia, johon ne on sijoitettu. Kiintoaineilla on myös suuri tiheys, eli hiukkaset ovat tiiviisti yhteen pakattuja.
Nesteiden
neste, hiukkasia, ovat löysästi pakattu, kuin vankka ja pystyvät kääntymään toisiaan, jolloin neste epämääräinen muoto. Siksi neste mukautuu sen säiliön muotoon.,
paljon kiintoaineiden kaltaisia nesteitä (joista useimpien tiheys on pienempi kuin kiintoaineiden) on uskomattoman vaikea pakata.
Kaasut
kaasu, hiukkaset on paljon tilaa niiden välillä, ja se on korkea kineettinen energia. Kaasulla ei ole varmaa muotoa tai tilavuutta. Jos vapaa, hiukkaset kaasu leviää loputtomiin; jos rajoittua kaasu laajenee täyttämään sen pakkaus. Kun kaasu asetetaan paineen alle vähentämällä säiliön tilavuus, hiukkasten välinen tila pienenee ja kaasu puristetaan.,
Plasma –
Plasma ei ole yhteinen valtio, asia täällä Maan päällä, mutta se voi olla yleisin olomuoto maailmankaikkeudessa, mukaan Jefferson Laboratorio. Tähdet ovat pääasiassa ylikuumennettuja plasmapalloja.
Plasma koostuu erittäin varautuneista hiukkasista, joiden liike-energia on erittäin korkea. Että jalokaasut (helium, neon, argon, krypton, ksenon ja radon) käytetään usein tehdä hehkuva merkkejä käyttämällä sähköä ionisoi ne plasmassa.,
Bose-Einstein lauhde
Bose-Einsteinin-kondensaattiin (BEC) luotiin tutkijat vuonna 1995. Käyttämällä yhdistelmä laserit ja magneetteja, Eric Cornell ja Carl Weiman, tutkijat Yhteinen Instituutti Astrofysiikan Laboratorio (JILA) Boulder, Colorado, jäähdytetty näyte rubidium muutaman astetta absoluuttisen nollapisteen. Tässä erittäin alhaisessa lämpötilassa molekyyliliike tulee hyvin lähelle pysähtymistä. Koska atomista toiseen ei juuri siirretä liike-energiaa, atomit alkavat kasaantua yhteen., Erillisiä atomeja ei ole enää tuhansia, vain yksi ”superatomi.”
a BECIÄ käytetään kvanttimekaniikan tutkimiseen makroskooppisella tasolla. Valo näyttää hidastuvan kulkiessaan BECIN läpi, jolloin tutkijat voivat tutkia hiukkasen ja Aallon paradoksia. BEC on myös monia ominaisuuksia superfluid, tai nestettä, joka virtaa ilman kitkaa. Becejä käytetään myös simuloimaan olosuhteita, joita mustissa aukoissa saattaa olla.
vaiheen läpikäyminen
energian lisääminen tai poistaminen aineesta aiheuttaa fyysisen muutoksen aineen siirtyessä tilasta toiseen., Esimerkiksi lämpöenergian (lämmön) lisääminen nestemäiseen veteen aiheuttaa sen muuttumisen höyryksi tai höyryksi (kaasuksi). Ja energian poistaminen nestemäisestä vedestä saa sen muuttumaan jääksi (kiinteäksi). Fyysiset muutokset voivat johtua myös liikkeestä ja paineesta.
Sulamis-ja jäätymispiste
Kun lämpö on sovellettu vankka, sen hiukkaset alkavat värähdellä nopeammin ja siirtää kauemmas toisistaan. Kun aine saavuttaa tietyn lämpötilan ja paineen yhdistelmän, sen sulamispisteen, kiinteä aine alkaa sulaa ja muuttuu nesteeksi.,
Kun kaksi valtioiden asia, kuten kiinteät ja nestemäiset, ovat tasapainon lämpötila ja paine, lisää lämpöä lisätään järjestelmään ei aiheuta yleistä lämpötila-aineen lisäämiseksi, kunnes koko näyte saavuttaa samassa fyysisessä tilassa. Kun esimerkiksi laittaa jäätä vesilasiin ja jättää sen huoneenlämpöön, jää ja vesi tulevat lopulta samaan lämpötilaan. Kun jää sulaa lämpöä tulee vettä, se on edelleen nolla astetta, kunnes koko jääpala sulaa, ennen kuin jatkat lämmin.,
Kun lämpö on poistettu neste, sen hiukkaset hidastaa ja alkaa asettua yhteen paikkaan aine. Kun aine saavuttaa riittävän viileän lämpötilan tietyssä paineessa, jäätymispisteessä, neste muuttuu kiinteäksi.
useimmat nesteet supistuvat jäätyessään. Vesi kuitenkin laajenee jäätyessään jääksi, jolloin molekyylit työntyvät kauemmas toisistaan ja vähentävät tiheyttä, minkä vuoksi jää kelluu veden päällä.
lisäaineiden, kuten suolan lisääminen veteen voi muuttaa sekä sulamis-että jäätymispisteitä., Esimerkiksi suolan lisääminen lumeen laskee veden jäätymislämpötilaa maanteillä, jolloin se on turvallisempaa autoilijoille.
on myös piste, joka tunnetaan kolmoispisteenä, jossa kiinteät aineet, nesteet ja kaasut ovat kaikki olemassa samanaikaisesti. Esimerkiksi vettä on kaikissa kolmessa osavaltiossa 273,16 kelvinin lämpötilassa ja 611,2 Pascalin paineessa.
Sublimaatio
Kun kiinteä aine muuttuu suoraan kaasua ilman läpi nestemäisessä vaiheessa prosessia kutsutaan sublimaatio., Tämä voi tapahtua joko silloin, kun näytteen lämpötila on nopeasti kasvanut yli kiehumispisteen (flash höyrystyminen) tai kun aine on ”freeze-dried” jäähdyttämällä se alle tyhjiö ehtoja niin, että vesi aine hajoaa sublimaatio ja poistetaan näytteestä. Muutama haihtuva aine sublimoituu huoneenlämmössä ja paineessa, kuten jäätynyt hiilidioksidi eli kuivajää.
Nen
Höyrystyminen on muuntaminen nestemäisen kaasun ja voi esiintyä joko haihduttamalla tai keittämällä.,
koska nesteen hiukkaset ovat jatkuvassa liikkeessä, ne törmäävät usein toisiinsa. Jokainen törmäys aiheuttaa myös energiaa siirretään, ja kun tarpeeksi energiaa siirretään hiukkasia lähellä pintaa ne voivat olla tippuu kokonaan pois näytteestä, kuten ilmainen kaasun hiukkasia. Nesteet viileä, koska ne haihtua, koska energia siirretään pinnan molekyylejä, joka aiheuttaa heidän paeta, saa kuljettaa pois niitä.
neste kiehuu, kun nesteeseen lisätään tarpeeksi lämpöä, jotta pinnan alle muodostuu höyrykuplia., Tämä kiehumispiste on lämpötila ja paine, jossa nesteestä tulee kaasua.
Tiivistymisen ja laskeuman
Tiivistymistä tapahtuu, kun kaasun menettää energiaa ja tulee yhdessä muodostavat neste. Esimerkiksi vesihöyry tiivistyy nestemäiseksi vedeksi.
Laskeuma syntyy, kun kaasu muuttuu suoraan kiinteäksi, ilman läpi nestemäisessä vaiheessa. Vesihöyry muuttuu jääksi tai pakkaseksi, kun kiinteään ainekseen, kuten ruohon terään, koskettava ilma on muuta ilmaa viileämpää.,
Lisää resursseja:
- Katso: luodaan Bosen-Einsteinin-kondensaatti, National Institute of Standards and Technology.
- Opi, mistä asia maailmankaikkeudessa tuli, Cornellin yliopiston Ask an Astronomer-yliopistosta.
- Lue lisää Materiasta, alkuaineista ja atomeista Khan Academysta.
Tämä artikkeli on päivitetty Aug. 21, 2019, Live Science-rahoittaja Rachel Ross.