Чи знаєте ви, що таке матерія та які її різні стани?

Ви, напевно, вивчали - або все ще вивчаєте - цей предмет на своїх уроках фізики та хімії. Але як щодо підкріплення всіх понять та інформації зі стану матерії, щоб ви ніколи не забували?

Для початківців матерія - це не що інше, як "матеріал" Всесвіту - атоми, молекули та іони, що складають усі фізичні речовини.

Таким чином, матерія - це все, що має масу і займає простір, тоді як її фізичний стан пов'язаний зі швидкістю руху її частинок, пам’ятаючи, що деякі з цих станів можуть бути змінені температурою або тиском.

Енергія

Щоб зрозуміти стани матерії, також потрібно знати трохи більше про енергії. Енергія - це здатність викликати зміни, і її неможливо створити чи знищити; її можна лише зберегти і перетворити з однієї форми в іншу. Наприклад, "потенційна енергія" - це те, що зберігається в об'єкті через його положення.

Вже "кінетична енергія" - це та, яка перебуває в русі і яка викликає зміни. Будь-який предмет або частинка, що перебуває в русі, має кінетичну енергію, виходячи з її маси та швидкості, і вона може бути перетворена в інші форми енергії, наприклад електричну або теплову.

П’ять фаз

Існує п’ять відомих фаз станів речовини, три найбільш вивчені: тверда, рідка та газоподібна. Але все ще є стан плазми та конденсату Боза-Ейнштейна, які є фазами, вивченими на більш просунутих рівнях фізики.

Суцільний

У твердому стані частинки міцно концентровані, так що вони не здатні сильно рухатися, перебуваючи в умовах слабкого збудження. Тобто, ваша кінетична енергія також низька. Електрони кожного атома перебувають у русі, створюючи невелику вібрацію, але утримуючи атоми фіксованими у положенні.

Таким чином, тверді речовини мають певну форму. Вони не вміщують форму контейнера, в який вони розміщені. Наприклад, якщо золоту планку помістити на тарілку, вона не пошириться у свою форму.

Тверді речовини також мають визначений об'єм. Частинки твердого речовини вже настільки концентровані, що зростаючий тиск разом не в змозі стиснути тверду речовину до меншого об'єму.

Чистий

У рідкій фазі частинки речовини мають більшу кінетичну енергію, ніж ті, у вигляді твердого речовини. Рідкі частинки більш дисперговані, але все ще дуже близькі один до одного. І так само, як тверді речовини, рідина має певний об'єм і не може бути стиснута, але їх форма може змінюватися.

Частинки рідкої речовини мають достатньо простору, щоб протікати навколо них, щоб їх форма змінювалася. Рідина змінює форму відповідно до своєї ємності. Сила рівномірно розподіляється по всій рідині, так що коли предмет поміщається в рідину, частинки переміщуються нею.

Газоподібні

Частинки газу мають велику кількість простору між ними і мають високу кінетичну енергію. Якщо не обмежуватися, частинки газу поширюються нескінченно. Вже обмежений, газ розшириться для наповнення контейнера.

Коли газ під тиском зменшується за рахунок зменшення об'єму посудини, простір між частинками зменшується, а тиск, який чинять їх зіткнення, збільшується. Якщо об'єм ємності буде постійним, але температура газу зростає, тиск також зросте.

Частинки газу мають достатню кінетичну енергію для подолання міжмолекулярних сил, які утримують тверді речовини і рідини разом. Тому газ не має певного обсягу чи форми.

Плазма

Плазма - це не звичайний стан речовини тут на Землі, але це може бути найпоширеніший стан речовини у Всесвіті. Плазма складається з сильно заряджених частинок з великою кількістю кінетичної енергії.

Шляхетні гази (гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон) часто використовуються для отримання яскравих сигналів, використовуючи електрику для іонізації їх до стану плазми. Зірки - це по суті перегріті плазмові кульки.

Конденсат Бозе-Ейнштейна

У 1995 році вчені з технологій створили новий стан речовини, конденсат Бозе-Ейнштейна. Використовуючи комбінацію лазерів і магнітів, Ерік Корнелл та Карл Вейман охолоджували зразок рубідію на кілька градусів від абсолютного нуля. При цій надзвичайно низькій температурі рух молекули дуже близький до повного припинення.

При цьому, оскільки майже немає кінетичної енергії, яка передається від одного атома до іншого, і вони починають накопичуватися. Таким чином, не існує більше тисяч окремих атомів, лише один «суператом». Конденсат використовується для вивчення квантової механіки на макроскопічному рівні.

Вчені також помітили, що світло, як видається, зменшується, коли він проходить через конденсований стан Боза-Ейнштейна, що дозволяє вивчити парадокс частинок / хвиль. Матеріал у такому стані також має багато властивостей надлишкової рідини без тертя і також використовується для імітації умов, які можна застосувати до чорних дір.