Medžiaga yra „daiktai“, kurie sudaro visatą - viskas, kas užima erdvę ir turi masę, yra materija.
Visą materiją sudaro atomai, kuriuos savo ruožtu sudaro protonai, neutronai ir elektronai.
Anot Vašingtono valstijos universiteto, atomai susideda iš molekulių, kurios yra visų tipų materijos elementai. Tiek atomus, tiek molekules laiko potencialios energijos rūšis, vadinama chemine energija. Skirtingai nuo kinetinės energijos, kuri yra judančio objekto energija, potenciali energija yra energija, kaupiama objekte.
Penkios materijos fazės
Yra keturios natūralios materijos būsenos: kietos medžiagos, skysčiai, dujos ir plazma. Penktoji būsena yra žmogaus sukurti Bose-Einšteino kondensatai.
Kietosios medžiagos
Kietosios dalelės yra sandariai supakuotos, kad jos daug nejuda. Kiekvieno atomo elektronai nuolat juda, todėl atomai turi nedidelę vibraciją, tačiau jie yra fiksuoti savo padėtyje. Dėl šios priežasties kietos dalelės turi labai mažą kinetinę energiją.
Kietosios dalelės turi neabejotiną formą, masę ir tūrį ir neatitinka talpyklos, kurioje jos dedamos, formos. Kietosios dalelės taip pat turi didelį tankį, tai reiškia, kad dalelės yra sandariai supakuotos.
Skysčiai
Skystyje dalelės yra laisviau supakuotos nei kietos ir gali tekėti aplink viena kitą, suteikdamos skysčiui neterminuotą formą. Todėl skystis atitiks jo indo formą.
Panašiai kaip kietąsias medžiagas, skysčius (kurių dauguma turi mažesnį tankį nei kietos medžiagos) yra nepaprastai sunku suspausti.
Dujos
Dujose dalelės turi daug vietos tarp jų ir turi didelę kinetinę energiją. Dujos neturi apibrėžtos formos ar tūrio. Jei nerafinuotas, dujų dalelės pasiskirstys neribotą laiką; jei uždaromos, dujos išsiplės ir užpildys savo indą. Kai dujoms daromas slėgis sumažinant indo tūrį, sumažėja tarpas tarp dalelių ir dujos suspaudžiamos.
Plazma
Pasak Jeffersono laboratorijos, plazma nėra įprasta materijos būsena čia, Žemėje, tačiau tai gali būti labiausiai paplitusi materijos būsena Visatoje. Žvaigždės iš esmės yra perkaitinti plazmos rutuliai.
Plazma susideda iš labai įkrautų dalelių, turinčių ypač didelę kinetinę energiją. Tauriosios dujos (helis, neonas, argonas, kriptonas, ksenonas ir radonas) dažnai naudojamos švytintiems ženklams gaminti, naudojant elektrą, kad jonizuotų jas į plazmos būseną.
Bose-Einšteino kondensatas
Bose-Einšteino kondensatą (BEC) sukūrė mokslininkai 1995 m. Naudodami lazerių ir magnetų derinį, Jungtinio laboratorijos astrofizikos instituto (JILA), Boulderio mieste, Kolorado valstijoje, mokslininkai Ericas Cornelis ir Carlas Weimanas atvėsino rubidžio pavyzdį. iki kelių absoliutaus nulio laipsnių. Esant tokiai nepaprastai žemai temperatūrai, molekulinis judėjimas sustoja. Kadangi iš vieno atomo į kitą kinetinė energija beveik neperduodama, atomai pradeda kauptis. Nebėra tūkstančių atskirų atomų, yra tik vienas „super atomas“.
BEC yra naudojamas kvantinės mechanikos tyrimui makroskopiniu lygmeniu. Atrodo, kad šviesa lėtėja, kai ji praeina pro BEC, leisdama mokslininkams ištirti dalelių / bangų paradoksą. BEC taip pat turi daug skysčio, skysčio, kuris teka be trinties, savybių. BEC taip pat naudojami modeliuoti sąlygas, kurios gali būti juodosiose skylėse.
Išgyvena fazę
Energijos pridėjimas arba pašalinimas iš materijos sukelia fizinius pokyčius, kai materija juda iš vienos būsenos į kitą. Pavyzdžiui, pridedant šiluminės energijos (šilumos) prie skysto vandens, jis tampa garu arba garais (dujomis). Pašalindami energiją iš skysto vandens, ji tampa ledu (kieta medžiaga). Fizinius pokyčius taip pat gali sukelti judesys ir slėgis.
Lydymasis ir užšalimas
Kai šiluma patenka į kietą medžiagą, jos dalelės pradeda greičiau vibruoti ir tolsta viena nuo kitos. Kai medžiaga pasiekia tam tikrą temperatūros ir slėgio derinį, lydymosi tašką, kieta medžiaga pradės tirpti ir virsta skysčiu.
Kai dvi materijos būsenos, tokios kaip kieta ir skysta, yra pusiausvyros temperatūroje ir slėgyje, į sistemą įpilama papildoma šiluma nepadidins bendrosios medžiagos temperatūros, kol visas mėginys nepasieks tokios pačios fizinės būklės. Pvz., Įdėjus ledo į stiklinę vandens ir paliekant jį kambario temperatūroje, ledas ir vanduo laikui bėgant pasieks tą pačią temperatūrą. Ledui tirpstant nuo karščio, sklindančio iš vandens, jis išliks lygus nuliui laipsnių Celsijaus, kol visas ledo kubas ištirps ir toliau šilta.
Iš skysčio pašalinus šilumą, jo dalelės sulėtėja ir pradeda nusėsti vienoje medžiagos vietoje. Kai medžiaga pasiekia pakankamai vėsią temperatūrą esant tam tikram slėgiui, užšalimo taškui, skystis tampa kieta.
Dauguma skysčių susitraukia, nes jie užšąla. Vanduo plečiasi, kai užšąla į ledą, todėl molekulės tolsta toliau ir mažėja tankis, todėl ledas plūduriuoja ant vandens.
Įpilant papildomų medžiagų, tokių kaip druska vandenyje, gali pasikeisti lydymosi ir užšalimo taškai. Pvz., Pridedant druskos į sniegą sumažės vandens užšalimo keliuose temperatūra, todėl vairuotojai bus saugesni.
Taip pat yra taškas, žinomas kaip trigubas taškas, kuriame visos kietos medžiagos, skysčiai ir dujos egzistuoja vienu metu. Pvz., Vanduo egzistuoja visose trijose būsenose, kai temperatūra 273,16 Kelvinas ir 611,2 paskalų slėgis.
Sublimacija
Kai kieta medžiaga paverčiama tiesiogiai dujomis, neperžengiant skystos fazės, procesas žinomas kaip sublimacija. Tai gali įvykti, kai mėginio temperatūra greitai padidėja virš virimo taško (garuoja pliūpsniu), arba kai medžiaga yra „išdžiovinta“ šaldant ją vakuumo sąlygomis, kad medžiagos vanduo sublimuotų ir pašalinamas iš pavyzdys. Kambario temperatūroje ir slėgyje keletas lakiųjų medžiagų bus sublimuotos, tokios kaip užšalęs anglies dioksidas arba sausas ledas.
Garinimas
Garinimas yra skysčio pavertimas dujomis ir gali vykti garinant arba verdant.
Kadangi skysčio dalelės nuolat juda, jos dažnai susiduria viena su kita. Kiekvienas susidūrimas taip pat lemia energijos perkėlimą ir, kai pakankamai energijos perkeliama į daleles, esančias šalia paviršiaus, jos gali būti visiškai atitrauktos nuo mėginio kaip laisvos dujų dalelės. Skysčiai atvėsta, nes išgaruoja, nes į paviršiaus molekules perduodama energija, kuri sukelia jų pabėgimą, pasišalina.
Skystis užvirinamas, kai į skystį pridedama pakankamai šilumos, kad po paviršiumi galėtų susidaryti garų burbuliukai. Ši virimo temperatūra yra temperatūra ir slėgis, kai skystis tampa dujomis.
Kondensacija ir nusėdimas
Kondensacija įvyksta, kai dujos praranda energiją ir susideda iš skysčio. Pavyzdžiui, vandens garai kondensuojasi į skystą vandenį.
Nusėdimas įvyksta, kai dujos tiesiogiai virsta kietomis medžiagomis, neperduodamos skystos fazės. Vandens garai tampa ledo ar šalčio, kai oras, liečiantis kietą medžiagą, pavyzdžiui, žolės ašmenis, yra vėsesnis nei likęs oras.
