Az anyag az a” cucc”, amely az univerzumot alkotja — minden, ami helyet foglal el, és tömege az anyag.
minden anyag atomokból áll, amelyek viszont protonokból, neutronokból és elektronokból állnak.
Az atomok molekulákat alkotnak, amelyek minden típusú anyag építőkövei, a Washingtoni Állami Egyetem szerint. Mind az atomokat, mind a molekulákat a kémiai energiának nevezett potenciális energia egyik formája tartja össze., Ellentétben a kinetikus energiával, amely egy mozgó tárgy energiája, a potenciális energia az objektumban tárolt energia.
az anyag öt fázisa
az anyagnak négy természetes állapota van: szilárd anyagok, folyadékok, gázok és plazma. Az ötödik állapot az ember által készített Bose-Einstein kondenzátum.
szilárd anyagok
szilárd anyagban a részecskék szorosan össze vannak csomagolva, így nem mozognak sokat. Az egyes atomok elektronjai folyamatosan mozgásban vannak, így az atomok kis rezgéssel rendelkeznek, de helyzetükben vannak rögzítve., Emiatt a szilárd részecskék nagyon alacsony kinetikus energiával rendelkeznek.
a szilárd anyagok határozott alakúak, valamint tömegük és térfogatuk nem felelnek meg annak a tartálynak az alakjának, amelybe elhelyezték őket. A szilárd anyagok nagy sűrűségűek is, ami azt jelenti, hogy a részecskék szorosan össze vannak csomagolva.
folyadékok
folyadékban a részecskék lazán csomagolva vannak, mint szilárd anyagban, és képesek egymás körül áramolni, így a folyadék határozatlan alakú. Ezért a folyadék megfelel a tartály alakjának.,
hasonlóan a szilárd anyagokhoz, a folyadékokat (amelyek többsége alacsonyabb sűrűségű, mint a szilárd anyagok) hihetetlenül nehéz tömöríteni.
gázok
egy gázban a részecskék között nagy a tér, és nagy a kinetikus energia. A gáznak nincs határozott alakja vagy térfogata. Ha nem finomítják, a gáz részecskéi határozatlan ideig terjednek; ha korlátozott, a gáz kibővül, hogy kitöltse tartályát. Ha a tartály térfogatának csökkentésével gáz kerül nyomás alá, a részecskék közötti tér csökken, és a gáz összenyomódik.,
Plazma
a plazma itt a Földön nem gyakori anyagállapot, de a Jefferson laboratórium szerint ez lehet az anyag leggyakoribb állapota az univerzumban. A csillagok lényegében túlhevített plazma golyók.
a plazma rendkívül magas kinetikus energiával rendelkező, nagy töltésű részecskékből áll. A nemesgázokat (hélium, neon, argon, krypton, xenon és radon) gyakran használják izzó jelek előállítására villamos energiával, hogy ionizálják őket a plazma állapotába.,
Bose-Einstein kondenzátum
A Bose-Einstein kondenzátumot (BEC) a tudósok 1995-ben hozták létre. A lézerek és mágnesek kombinációjával Eric Cornell és Carl Weiman, a coloradói Boulderben található Joint Institute For Lab Astrophysics (JILA) tudósai néhány fokos abszolút nullára hűtötték a rubídium mintáját. Ezen a rendkívül alacsony hőmérsékleten a molekuláris mozgás nagyon közel áll a megálláshoz. Mivel az egyik atomról a másikra szinte nincs kinetikus energia, az atomok összezsugorodnak., Már nincs több ezer különálló atom, csak egy “szuper atom.”
a BEC a kvantummechanika makroszkopikus szintű tanulmányozására szolgál. Úgy tűnik, hogy a fény lelassul, amikor áthalad egy BEC-n, lehetővé téve a tudósok számára a részecske/hullám paradoxon tanulmányozását. A BEC-nek számos szuperfolyadék tulajdonsága is van, vagy olyan folyadék, amely súrlódás nélkül áramlik. A BECs-t a fekete lyukakban esetleg létező körülmények szimulálására is használják.
megy keresztül a fázis
hozzáadása vagy eltávolítása energiát anyag okoz fizikai változás, mint az anyag mozog egyik állapotból a másikba., Például a hőenergia (hő) folyékony vízhez való hozzáadásával gőz vagy gőz (gáz) válik. Az energia eltávolítása a folyékony vízből jéggé válik (szilárd). A fizikai változásokat a mozgás és a nyomás is okozhatja.
olvadás és fagyasztás
amikor a szilárd anyagra hő kerül, részecskéi gyorsabban rezegnek és távolabb mozognak egymástól. Amikor az anyag eléri a hőmérséklet és a nyomás egy bizonyos kombinációját, olvadáspontját, a szilárd anyag elkezd olvadni és folyadékká alakul.,
amikor két anyagállapot-például szilárd és folyékony-egyensúlyi hőmérsékleten és nyomáson van, a rendszerbe hozzáadott további hő nem okozza az anyag teljes hőmérsékletének növekedését, amíg a teljes minta el nem éri ugyanazt a fizikai állapotot. Ha például egy pohár vízbe tesszük a jeget, és szobahőmérsékleten hagyjuk ki, akkor a jég és a víz végül ugyanarra a hőmérsékletre jut. Mivel a jég megolvad a vízből származó hőtől, nulla Celsius fokon marad, amíg az egész jégkocka megolvad, mielőtt tovább melegszik.,
amikor a folyadékból hőt távolítanak el, részecskéi lelassulnak, és az anyagon belül egy helyen elkezdenek leülepedni. Amikor az anyag egy bizonyos nyomáson elég hideg hőmérsékletet ér el, a fagyáspont, a folyadék szilárd lesz.
a legtöbb folyadék fagyás közben összehúzódik. A víz azonban akkor tágul ki, amikor jéggé fagy, így a molekulák távolabb kerülnek egymástól, és csökkentik a sűrűséget,ezért a jég a víz tetején úszik.
további anyagok, például a vízben lévő só hozzáadása megváltoztathatja mind az olvadási, mind a fagyasztási pontokat., Például, ha sót adunk a hóhoz, csökkenti azt a hőmérsékletet, amelyet a víz lefagy az utakon, így biztonságosabb a járművezetők számára.
van is egy pont, úgynevezett hármas pont, ahol a szilárd anyagok, folyadékok és gázok egyszerre léteznek. A víz például mindhárom államban 273,16 Kelvin hőmérsékleten és 611,2 Pascal nyomáson létezik.
szublimáció
amikor egy szilárd anyagot közvetlenül gázgá alakítanak át folyékony fázis nélkül, a folyamatot szublimációnak nevezik., Ez akkor fordulhat elő, ha a minta hőmérséklete gyorsan emelkedik a forrásponton túl (vaku párologtatás), vagy ha egy anyagot “fagyasztva szárítanak” vákuumos körülmények között hűtve, hogy az anyagban lévő víz szublimálódjon, és eltávolításra kerüljön a mintából. Néhány illékony anyag szobahőmérsékleten és nyomáson szublimálódik, mint például a fagyasztott szén-dioxid vagy a szárazjég.
párolgás
a párolgás egy folyadék gázgá történő átalakulása, amely párolgás vagy forráspont révén fordulhat elő.,
mivel a folyadék részecskéi állandó mozgásban vannak, gyakran ütköznek egymással. Minden ütközés energiaátadást is okoz, és ha elegendő energia kerül a felszín közelében lévő részecskékre, akkor szabad gázrészecskékként teljesen eltávolíthatók a mintától. A folyadékok lehűlnek, amikor elpárolognak, mert a felszíni molekulákra átadott energia, amely menekülésüket okozza, magával viszi őket.
a folyadék forr, ha elegendő hőt adnak a folyadékhoz, hogy gőzbuborékok alakuljanak ki a felület alatt., Ez a forráspont az a hőmérséklet és nyomás, amelynél a folyadék gázzá válik.
kondenzáció és lerakódás
kondenzáció akkor fordul elő, amikor egy gáz energiát veszít, és folyadék képződik. Például a vízgőz folyékony vízbe kondenzálódik.
a lerakódás akkor fordul elő, amikor egy gáz közvetlenül szilárdvá alakul, anélkül, hogy átmenne a folyékony fázison. A vízgőz jéggé vagy fagygá válik, amikor a levegő megérinti a szilárd anyagot, például egy fűszálat, hűvösebb, mint a többi levegő.,
további források:
- Watch: Bose-Einstein kondenzátum létrehozása az Országos Szabványügyi és technológiai intézetből.
- Ismerje meg, honnan származik az anyag az univerzumban, a Cornell Egyetem Ask egy Csillagászától.
- Bővebben az anyagról, elemekről és atomokról, a Khan Akadémiáról.
ezt a cikket Aug. 21, 2019, Élő Tudomány közreműködő Rachel Ross.