Materie er de "tingene" som utgjør universet - alt som tar plass og har masse er materie.
All materie består av atomer, som igjen er sammensatt av protoner, nøytroner og elektroner.
Atomer kommer sammen for å danne molekyler, som er byggesteinene for alle typer materie, ifølge Washington State University. Både atomer og molekyler holdes sammen av en form for potensiell energi som kalles kjemisk energi. I motsetning til kinetisk energi, som er energien til et objekt i bevegelse, er potensiell energi energien som er lagret i et objekt.
De fem faser av saken
Det er fire naturlige tilstander: Stoffer, væsker, gasser og plasma. Den femte staten er den menneskeskapte Bose-Einstein kondensat.
Solids
I et faststoff pakkes partikler tett sammen slik at de ikke beveger seg mye. Elektronene til hvert atom er konstant i bevegelse, så atomene har en liten vibrasjon, men de er fast i sin stilling. På grunn av dette har partikler i et fast stoff veldig lav kinetisk energi.
Faststoffer har en bestemt form, så vel som masse og volum, og er ikke i samsvar med formen til beholderen de er plassert i. Faststoffer har også en høy tetthet, noe som betyr at partiklene er tett pakket sammen.
væsker
I en væske pakkes partiklene løsere enn i et fast stoff og klarer å strømme rundt hverandre, noe som gir væsken en ubestemt form. Derfor vil væsken tilpasse seg formen til beholderen.
Mye som faste stoffer, væsker (hvorav de fleste har en lavere tetthet enn faste stoffer) er utrolig vanskelig å komprimere.
gasser
I en gass har partiklene mye mellomrom og har høy kinetisk energi. En gass har ingen bestemt form eller volum. Hvis de er ukontrollerte, vil partiklene i en gass spre seg ut på ubestemt tid; hvis den er innesperret, vil gassen ekspandere for å fylle beholderen. Når en gass blir satt under trykk ved å redusere volumet på beholderen, reduseres rommet mellom partiklene og gassen komprimeres.
Plasma
Plasma er ikke en vanlig tilstand av materie her på jorden, men det kan være den vanligste stofftilstanden i universet, ifølge Jefferson Laboratory. Stjerner er i hovedsak overopphetede baller med plasma.
Plasma består av høyt ladede partikler med ekstrem høy kinetisk energi. Edelgassene (helium, neon, argon, krypton, xenon og radon) brukes ofte til å lage glødende tegn ved å bruke elektrisitet for å ionisere dem til plasma-tilstanden.
Bose-Einstein kondensat
Bose-Einstein-kondensatet (BEC) ble opprettet av forskere i 1995. Ved å bruke en kombinasjon av lasere og magneter, avkjølte Eric Cornell og Carl Weiman, forskere ved Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) i Boulder, Colorado, en prøve av rubidium til noen få grader absolutt null. Ved denne ekstremt lave temperaturen kommer molekylærbevegelse veldig nær å stoppe. Siden det nesten ikke overføres kinetisk energi fra et atom til et annet, begynner atomene å klumpe seg sammen. Det er ikke lenger tusenvis av separate atomer, bare ett "superatom."
En BEC brukes til å studere kvantemekanikk på et makroskopisk nivå. Det ser ut til at lyset bremser ned når det går gjennom en BEC, slik at forskere kan studere partikkel / bølgeparadokset. En BEC har også mange av egenskapene til en overflødig væske, eller en væske som strømmer uten friksjon. BEC-er brukes også til å simulere forhold som kan eksistere i sorte hull.
Å gå gjennom en fase
Å tilsette eller fjerne energi fra materie forårsaker en fysisk endring når materien beveger seg fra en tilstand til en annen. For eksempel tilfører termisk energi (varme) til flytende vann at den blir damp eller damp (en gass). Og ved å fjerne energi fra flytende vann får den til å bli is (et fast stoff). Fysiske forandringer kan også være forårsaket av bevegelse og trykk.
Smelting og frysing
Når varme tilføres et fast stoff, begynner partiklene å vibrere raskere og bevege seg lenger fra hverandre. Når stoffet når en viss kombinasjon av temperatur og trykk, dets smeltepunkt, vil det faste stoffet begynne å smelte og bli til en væske.
Når to tilstander, som faststoff og væske, har likevektstemperatur og -trykk, vil ekstra varme som tilsettes i systemet ikke føre til at stoffets totale temperatur øker før hele prøven når samme fysiske tilstand. Når du for eksempel legger is i et glass vann og lar den ligge ute ved romtemperatur, vil isen og vannet til slutt komme til samme temperatur. Når isen smelter fra varme som kommer fra vannet, vil den forbli på null grader Celsius til hele isbitene smelter før du fortsetter å varme.
Når varmen fjernes fra en væske, bremser dens partikler og begynner å legge seg på ett sted i stoffet. Når stoffet når et kjølig nok temperatur ved et visst trykk, frysepunktet, blir væsken til et fast stoff.
De fleste væsker trekker seg sammen når de fryser. Vann utvides imidlertid når det fryser til is, og får molekylene til å skyve lenger fra hverandre og redusere tettheten, og det er grunnen til at is flyter på toppen av vannet.
Tilsetning av tilleggsstoffer, for eksempel salt i vann, kan endre både smelte- og frysepunktene. Å legge salt til snø vil for eksempel redusere temperaturen som vannet fryser på veiene, noe som gjør det tryggere for sjåførene.
Det er også et punkt, kjent som trippelpunktet, hvor alle faste stoffer, væsker og gasser eksisterer samtidig. Vann eksisterer for eksempel i alle tre tilstander ved en temperatur på 273,16 Kelvin og et trykk på 611,2 pascal.
Sublime
Når et faststoff omdannes direkte til en gass uten å gå gjennom en væskefase, er prosessen kjent som sublimering. Dette kan forekomme enten når temperaturen i prøven raskt økes utover kokepunktet (flash fordampning) eller når et stoff "frysetørkes" ved å avkjøle det under vakuumforhold, slik at vannet i stoffet gjennomgår sublimering og fjernes fra prøven. Noen få flyktige stoffer vil gjennomgå sublimering ved romtemperatur og trykk, for eksempel frosset karbondioksid eller tørris.
fordamping
Fordampning er omdannelsen av en væske til en gass og kan skje gjennom fordampning eller koking.
Fordi partiklene i en væske er i konstant bevegelse, kolliderer de ofte med hverandre. Hver kollisjon fører også til at energi overføres, og når nok energi blir overført til partikler nær overflaten, kan de bli slått fullstendig bort fra prøven som frie gasspartikler. Væsker avkjøles når de fordamper fordi energien som overføres til overflatemolekyler, som fører til at de slipper ut, blir ført med seg.
Væske koker når nok varme tilsettes en væske til at det dannes dampbobler under overflaten. Dette kokepunktet er temperaturen og trykket som en væske blir en gass til.
Kondens og avsetning
Kondensering oppstår når en gass mister energi og kommer sammen for å danne en væske. For eksempel kondenserer vanndamp i flytende vann.
Avsetning skjer når en gass transformeres direkte til et fast stoff, uten å gå gjennom væskefasen. Vanndamp blir is eller frost når luften som berører et fast stoff, for eksempel et gressblad, er kjøligere enn resten av luften.
