Az anyag az a "cucc", amely alkotja az univerzumot - minden, ami helyet foglal és tömege, az anyag.
Minden anyag atomokból áll, amelyeket protonok, neutronok és elektronok alkotnak.
Az atomok molekulákat képeznek, amelyek az összes anyagfajtának építőkövei a Washingtoni Állami Egyetem szerint. Mind az atomokat, mind a molekulákat a potenciális energia egy kémiai energiának nevezett formája tartja össze. A kinetikus energiától eltérően, amely egy mozgásban lévő tárgy energiája, a potenciális energia a tárgyban tárolt energia.
Az anyag öt fázisa
Az anyagnak négy természetes állapota van: szilárd anyagok, folyadékok, gázok és plazma. Az ötödik állapot az ember alkotta Bose-Einstein kondenzátumok.
Szárazanyag
Szilárd anyagban a részecskék szorosan össze vannak csomagolva, így nem mozognak sokat. Az atomok elektronjai folyamatosan mozognak, tehát az atomok kis rezgésűek, de helyzetükben rögzítve vannak. Emiatt a szilárd anyag részecskéi nagyon alacsony kinetikus energiával rendelkeznek.
A szilárd anyagnak meg van határozott alakja, tömege és térfogata, és nem felel meg annak a tartálynak a formájának, amelybe be vannak helyezve. A szilárd anyagok sűrűsége is nagy, ami azt jelenti, hogy a részecskék szorosan össze vannak csomagolva.
folyadékok
Egy folyadékban a részecskék lazábban vannak csomagolva, mint egy szilárd anyagban, és képesek áramlani egymás körül, így a folyadék határozatlan formájú. Ezért a folyadék megfelel a tartály alakjának.
Hasonlóan a szilárd anyagokhoz, a folyadékokhoz (amelyek többsége kisebb sűrűségű, mint a szilárd anyagokhoz) hihetetlenül nehéz összenyomni.
gázok
Egy gázban a részecskék nagy helyet foglalnak el közöttük, és nagy kinetikus energiával rendelkeznek. A gáznak nincs határozott alakja vagy térfogata. Ha nem finomítják, a gáz részecskéi határozatlan ideig szétszóródnak; ha korlátozva van, a gáz kibővül, és megtölti tartályát. Ha egy gázt nyomás alá helyeznek a tartály térfogatának csökkentésével, akkor a részecskék közötti tér csökken és a gáz összenyomódik.
vérplazma
A plazma itt a Földön nem egy általános anyagállapot, de a Jefferson laboratórium szerint ez lehet a leggyakoribb anyagállapot az univerzumban. A csillagok alapvetően plazma túlhevített gömbjei.
A plazma erősen töltött részecskékből áll, rendkívül magas kinetikus energiával. A nemesgázokat (hélium, neon, argon, kripton, xenon és radon) gyakran használják izzó jelek készítéséhez, villamos energia felhasználásával ionizálva őket a plazmaállapotba.
Bose-Einstein kondenzátum
A Bose-Einstein-kondenzátumot (BEC) a tudósok 1995-ben hozták létre. Lézerek és mágnesek kombinációjával Eric Cornell és Carl Weiman, a Colorado Boulderben, a JILA-ban működő Laboratóriumi Asztrofizika Közös Intézetének (JILA) tudósai lehűtötték a rubidiummintát. néhány fok abszolút nullára. Ezen a rendkívül alacsony hőmérsékleten a molekuláris mozgás nagyon közel áll a megálláshoz. Mivel szinte nincs kinetikus energia átvitel az egyik atomról a másikra, az atomok összekezdenek. Nincs több ezer különálló atom, csak egy "szuper atom".
A BEC-t a kvantummechanika makroszkopikus szintű tanulmányozására használják. Úgy tűnik, hogy a fény lelassul, amikor áthalad a BEC-en, lehetővé téve a tudósoknak, hogy tanulmányozzák a részecske / hullám paradoxont. A BEC-nek számos tulajdonsága van egy szuperfolyadéknak vagy egy súrlódás nélkül folyó folyadéknak. A BEC-ket arra is használják, hogy a fekete lyukakban esetleg fennálló feltételeket szimulálják.
Megy keresztül egy fázison
Az anyag hozzáadása vagy eltávolítása az anyagból fizikai változást okoz, amikor az anyag egyik állapotból a másikba mozog. Például, ha hőenergiát (hőt) adunk hozzá a folyékony vízhez, az gőzzé vagy gőzzé (gázzá) válik. És az energia eltávolítása a folyékony vízből azt okozza, hogy jég (szilárd anyag) lesz. A fizikai változásokat mozgás és nyomás is okozhatja.
Olvadás és fagyasztás
Amikor hőt adnak egy szilárd anyagnak, annak részecskéi gyorsabban rezegnek, és távolabb kerülnek egymástól. Amikor az anyag eléri a hőmérséklet és a nyomás egy bizonyos kombinációját, olvadáspontját, a szilárd anyag elkezdi az olvadást és folyadékká alakul.
Ha az anyag két állapota, például a szilárd és a folyékony, egyensúlyi hőmérsékleten és nyomáson van, akkor a rendszerbe adott kiegészítő hő nem növeli az anyag teljes hőmérsékletét, amíg az egész minta azonos fizikai állapotba nem kerül. Például, ha egy jégpoharat egy pohár vízbe tesz, és szobahőmérsékleten hagyja, akkor a jég és a víz végül ugyanazon a hőmérsékleten lesz. Ahogy a jég a vízből származó hő hatására megolvad, a hőmérséklete nulla Celsius fokos hőmérsékleten marad, amíg a teljes jégkocka meg nem olvad, mielőtt tovább melegszik.
Amikor a hőt eltávolítják egy folyadékról, annak részecskéi lelassulnak, és az anyag belsejében kezdik leülepedni. Amikor az anyag egy bizonyos nyomáson elég hűvös hőmérsékletet ér el, a fagyáspontot, a folyadék szilárd anyaggé válik.
A legtöbb folyadék lefagy. A víz azonban tágul, amikor fagy jégbe, és a molekulák távolabb tolódnak és csökken a sűrűség, ezért jég úszik a víz tetején.
További anyagok, például só hozzáadása vízben megváltoztathatja az olvadás és a fagyáspontját. Például, ha sót ad a hóhoz, csökken a víz hőmérséklete, amely a víz az utakon lefagy, és ez biztonságosabbá válik a járművezetők számára.
Van egy olyan pont, az úgynevezett hárompont, ahol a szilárd anyagok, folyadékok és gázok egyidejűleg léteznek. Például a víz mindhárom állapotban létezik 273,16 Kelvin hőmérsékleten és 611,2 pasztál nyomáson.
Szublimáció
Amikor egy szilárd anyagot közvetlenül gázzá alakítanak anélkül, hogy folyékony fázison menne keresztül, az eljárást szublimációnak nevezzük. Ez akkor fordulhat elő, ha a minta hőmérséklete a forráspontot gyorsan meghaladja (gyorsgőzgőzölés), vagy ha az anyagot „fagyasztva szárítják” oly módon, hogy vákuumban lehűtik oly módon, hogy az anyagban lévő víz szublimálódik, és eltávolításra kerül a minta. Néhány illékony anyag szublimálódik szobahőmérsékleten és nyomáson, például fagyasztott szén-dioxid vagy szárazjég.
Párologtatás
A párologtatás egy folyadék gázzá történő átalakulása, amely párolgás vagy forrás útján is bekövetkezhet.
Mivel a folyadék részecskéi állandó mozgásban vannak, gyakran ütköznek egymással. Minden ütközés az energia átvitelét eredményezi, és ha elegendő mennyiségű energiát juttatnak a felület közelében lévő részecskékhez, akkor szabadon gázrészecskékké válhatják a mintát. A folyadékok lehűlnek, mivel elpárolognak, mivel a felszíni molekulákhoz átvitt energia, amely elvezetést okoz, elvisszik velük.
A folyadék felforr, ha elegendő hőt adunk hozzá egy folyadékhoz, hogy gőzbuborékok alakuljanak ki a felület alatt. Ez a forráspont az a hőmérséklet és nyomás, amelyen egy folyadék gázzá válik.
Kondenzáció és lerakódás
Kondenzáció akkor fordul elő, amikor egy gáz veszít energiából, és folyadékot képez. Például a vízgőz folyékony vízbe kondenzál.
Lerakódás akkor következik be, amikor egy gáz közvetlenül szilárd anyaggá alakul, anélkül, hogy átmenne a folyékony fázison. A vízgőz jéggé vagy fagygá válik, amikor a szilárd anyaggal, például a fűszállal érintkező levegő hűvösebb, mint a többi levegő.
