Materia är ”stuff” som utgör universum — allt som tar upp utrymme och har massa är materia.
all materia består av atomer, som i sin tur består av protoner, neutroner och elektroner.
atomer samlas för att bilda molekyler, som är byggstenarna för alla typer av materia, enligt Washington State University. Både atomer och molekyler hålls samman av en form av potentiell energi som kallas kemisk energi., Till skillnad från kinetisk energi, som är energin hos ett föremål i rörelse, är potentiell energi den energi som lagras i ett objekt.
de fem faserna av materia
det finns fyra naturliga tillstånd av materia: fasta ämnen, vätskor, gaser och plasma. Det femte tillståndet är de konstgjorda Bose-Einstein kondensaterna.
fasta ämnen
i ett fast ämne packas partiklarna tätt ihop så att de inte rör sig mycket. Elektronerna i varje atom är ständigt i rörelse, så atomerna har en liten vibration, men de är fixerade i sin position., På grund av detta har partiklar i en fast mycket låg kinetisk energi.
fasta ämnen har en bestämd form, såväl som massa och volym och överensstämmer inte med formen på behållaren där de placeras. Fasta ämnen har också en hög densitet, vilket innebär att partiklarna är tätt packade ihop.
vätskor
i en vätska packas partiklarna mer löst än i en fast substans och kan strömma runt varandra, vilket ger vätskan en obestämd form. Därför kommer vätskan att överensstämma med behållarens form.,
ungefär som fasta ämnen, vätskor (varav de flesta har en lägre densitet än fasta ämnen) är otroligt svåra att komprimera.
gaser
i en gas har partiklarna mycket utrymme mellan dem och har hög kinetisk energi. En gas har ingen bestämd form eller volym. Om unconfined, partiklarna av en gas kommer att spridas ut på obestämd tid; om Begränsad, gasen kommer att expandera för att fylla sin behållare. När en gas sätts under tryck genom att minska behållarens volym reduceras utrymmet mellan partiklar och gasen komprimeras.,
Plasma
Plasma är inte ett vanligt tillstånd av materia här på jorden, men det kan vara det vanligaste tillståndet av materia i universum, enligt Jefferson Laboratory. Stjärnor är i huvudsak överhettade bollar av plasma.
Plasma består av högladdade partiklar med extremt hög kinetisk energi. Ädelgaserna (helium, neon, argon, krypton, xenon och radon) används ofta för att göra glödande tecken genom att använda el för att jonisera dem till plasmatillståndet.,
Bose-Einstein kondensat
Bose-Einstein kondensat (BEC) skapades av forskare 1995. Med hjälp av en kombination av laser och magneter, Eric Cornell och Carl Weiman, forskare vid det Gemensamma Institutet för Lab Astrofysik (JILA) i Boulder, Colorado, kyls ett urval av rubidium att inom ett par grader över den absoluta nollpunkten. Vid denna extremt låga temperatur kommer molekylär rörelse mycket nära att stoppa. Eftersom det nästan inte finns någon kinetisk energi som överförs från en atom till en annan, börjar atomerna klumpas ihop., Det finns inte längre tusentals separata atomer, bara en ” superatom.”
en BEC används för att studera kvantmekanik på makroskopisk nivå. Ljuset verkar sakta ner när det passerar genom en BEC, så att forskare kan studera partikel / vågparadoxen. En BEC har också många av egenskaperna hos en superfluid, eller en vätska som strömmar utan friktion. BECs används också för att simulera förhållanden som kan finnas i svarta hål.
gå igenom en fas
lägga till eller ta bort energi från materia orsakar en fysisk förändring som materia flyttar från ett tillstånd till ett annat., Till exempel orsakar tillsats av termisk energi (värme) till flytande vatten att det blir ånga eller ånga (en gas). Och att ta bort energi från flytande vatten gör att det blir is (en fast). Fysiska förändringar kan också orsakas av rörelse och tryck.
smältning och frysning
När värme appliceras på ett fast ämne börjar partiklarna vibrera snabbare och röra sig längre ifrån varandra. När ämnet når en viss kombination av temperatur och tryck, dess smältpunkt, kommer det fasta att smälta och omvandlas till en vätska.,
När två tillstånd av materia, såsom fast och flytande, är vid jämviktstemperaturen och trycket, kommer ytterligare värme som tillsätts i systemet inte att leda till att ämnets totala temperatur ökar tills hela provet når samma fysiska tillstånd. Till exempel, när du lägger IS i ett glas vatten och lämnar det vid rumstemperatur, kommer isen och vattnet så småningom att komma till samma temperatur. När isen smälter från värme som kommer från vattnet, kommer den att förbli vid noll grader Celsius tills hela iskuben smälter innan den fortsätter att värma.,
När värme avlägsnas från en vätska, saktar partiklarna ner och börjar sedimentera på en plats inom ämnet. När ämnet når en tillräckligt kall temperatur vid ett visst tryck blir fryspunkten, vätskan en fast substans.
de flesta vätskor kontrakt när de fryser. Vatten expanderar emellertid när det fryser till IS, vilket gör att molekylerna trycker längre ifrån varandra och minskar densiteten, varför is flyter ovanpå vatten.
tillsats av ytterligare ämnen, såsom salt i vatten, kan förändra både smältpunkten och fryspunkten., Till exempel kommer tillsats av salt till snö att minska temperaturen som vattnet fryser på vägar, vilket gör det säkrare för förare.
det finns också en punkt, känd som trippelpunkten, där fasta ämnen, vätskor och gaser alla finns samtidigt. Vatten finns till exempel i alla tre tillstånd vid en temperatur av 273.16 Kelvin och ett tryck på 611.2 pascals.
sublimering
När ett fast ämne omvandlas direkt till en gas utan att gå igenom en flytande fas, är processen känd som sublimering., Detta kan inträffa antingen när provets temperatur snabbt ökas bortom kokpunkten (blixtförångning) eller när ett ämne ”frystorkas” genom att kyla det under vakuumförhållanden så att vattnet i ämnet genomgår sublimering och avlägsnas från provet. Några flyktiga ämnen kommer att genomgå sublimering vid rumstemperatur och tryck, såsom frusen koldioxid eller torris.
förångning
förångning är omvandlingen av en vätska till en gas och kan ske genom antingen avdunstning eller kokning.,
eftersom partiklarna i en vätska är i ständig rörelse kolliderar de ofta med varandra. Varje kollision orsakar också att energi överförs, och när tillräckligt med energi överförs till partiklar nära ytan kan de slås helt bort från provet som fria gaspartiklar. Vätskor svalna när de avdunstar eftersom den energi som överförs till ytmolekyler, vilket orsakar deras flykt, ryckas med dem.
vätska kokar när tillräckligt med värme tillsätts till en vätska för att orsaka ångbubblor att bildas under ytan., Denna kokpunkt är temperaturen och trycket vid vilket en vätska blir en gas.
kondens och deposition
kondens uppstår när en gas förlorar energi och kommer samman för att bilda en vätska. Till exempel kondenserar vattenånga i flytande vatten.
deponering sker när en gas omvandlas direkt till en fast, utan att gå igenom vätskefasen. Vattenånga blir is eller frost när luften vidrör en fast, såsom ett grässtrå, är svalare än resten av luften.,
ytterligare resurser:
- Watch: skapande av ett Bose-Einstein-kondensat, från National Institute of Standards and Technology.
- lär dig var frågan i universum kom ifrån, från Cornell University frågar en astronom.
- Läs mer om materia, element och atomer, från Khan Academy.
den här artikeln uppdaterades den Augusti. 21, 2019, med Live Science Bidragsgivare Rachel Ross.