Материята е "нещата", които изграждат Вселената - всичко, което заема място и има маса, е материя.
Цялата материя е съставена от атоми, които от своя страна са съставени от протони, неутрони и електрони.
Атомите се обединяват и образуват молекули, които са градивните елементи за всички видове материя, според Университета на щата Вашингтон. И атомите, и молекулите се държат заедно чрез форма на потенциална енергия, наречена химическа енергия. За разлика от кинетичната енергия, която е енергията на обект в движение, потенциалната енергия е енергията, съхранявана в обект.
Петте фази на материята
Има четири естествени състояния на материята: Твърди вещества, течности, газове и плазма. Петото състояние са произведените от човека кондензати от Бозе-Айнщайн.
твърда храна
В твърдо вещество частиците са опаковани плътно заедно, така че да не се движат много. Електроните на всеки атом са постоянно в движение, така че атомите имат малка вибрация, но те са фиксирани в своето положение. Поради това частиците в твърдо вещество имат много ниска кинетична енергия.
Твърдите вещества имат определена форма, както и маса и обем и не съответстват на формата на контейнера, в който са поставени. Твърдите вещества също имат висока плътност, което означава, че частиците са плътно опаковани заедно.
Течности
В течността частиците са по-хлабаво опаковани, отколкото в твърдо вещество и са в състояние да се движат около една друга, придавайки на течността неопределена форма. Следователно течността ще съответства на формата на нейния контейнер.
Подобно на твърдите вещества, течностите (повечето от които имат по-ниска плътност от твърдите вещества) са невероятно трудни за компресиране.
Газове
В един газ частиците имат голямо пространство между тях и имат висока кинетична енергия. Газът няма определена форма или обем. Ако не са пречистени, частиците на газ ще се разпространяват за неопределено време; ако се ограничи, газът ще се разшири, за да напълни своя контейнер. Когато се постави газ под налягане чрез намаляване на обема на контейнера, пространството между частиците се намалява и газът се компресира.
плазма
Плазмата не е често срещано състояние на материята тук на Земята, но може да е най-честото състояние на материята във Вселената, според лабораторията на Джеферсън. Звездите са по същество прегряти топки от плазма.
Плазмата се състои от силно заредени частици с изключително висока кинетична енергия. Благородните газове (хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) често се използват за създаване на светещи знаци, като се използва електричество, за да ги йонизира до плазменото състояние.
Кондензат Бозе-Айнщайн
Кондензатът Bose-Ainstein (BEC) е създаден от учени през 1995 г. Използвайки комбинация от лазери и магнити, Ерик Корнел и Карл Вайман, учени от Съвместния институт за лабораторна астрофизика (JILA) в Боулдър, Колорадо, охлаждат проба от рубидий до в рамките на няколко градуса от абсолютната нула. При тази изключително ниска температура молекулярното движение се приближава много до спирането. Тъй като почти няма кинетична енергия, която да се прехвърля от един атом на друг, атомите започват да се струпват. Вече няма хиляди отделни атоми, а само един "супер атом".
BEC се използва за изучаване на квантовата механика на макроскопско ниво. Изглежда светлината се забавя, когато преминава през BEC, което позволява на учените да изучават парадокса на частиците / вълните. BEC също има много от свойствата на свръхтечност или течност, която тече без триене. BEC се използват и за симулиране на условия, които могат да съществуват в черни дупки.
Преминаване през фаза
Добавянето или отстраняването на енергия от материята води до физическа промяна, докато материята преминава от едно състояние в друго. Например, добавянето на топлинна енергия (топлина) към течна вода води до превръщането му в пара или пара (газ). И премахването на енергия от течната вода води до това да стане лед (твърдо вещество). Физическите промени също могат да бъдат причинени от движение и натиск.
Топене и замразяване
Когато топлината се прилага върху твърдо вещество, частиците му започват да вибрират по-бързо и да се отдалечават по-далеч. Когато веществото достигне определена комбинация от температура и налягане, неговата точка на топене, твърдото вещество ще започне да се топи и ще се превърне в течност.
Когато две състояния на материята, като твърдо и течно, са при равновесна температура и налягане, допълнителната топлина, добавена в системата, няма да доведе до повишаване на общата температура на веществото, докато цялата проба не достигне същото физическо състояние. Например, когато сложите лед в чаша с вода и го оставите на стайна температура, ледът и водата в крайна сметка ще достигнат същата температура. Тъй като ледът се топи от топлината, идваща от водата, той ще остане на нула градуса по Целзий, докато целият леден куб се разтопи, преди да продължи да се затопля.
Когато топлината се отдели от течност, частиците й се забавят и започват да се утаяват на едно място в рамките на веществото. Когато веществото достигне достатъчно хладна температура при определено налягане, точката на замръзване, течността става твърдо вещество.
Повечето течности се свиват, докато замръзнат. Водата обаче се разширява, когато замръзне в лед, което кара молекулите да се изтласкват по-далеч и намалява плътността, поради което ледът плува отгоре на водата.
Добавянето на допълнителни вещества, като сол във вода, може да промени както температурата на топене, така и точката на замръзване. Например добавянето на сол към сняг ще намали температурата, която водата замръзва по пътищата, което ще я направи по-безопасна за водачите.
Има и точка, известна като тройната точка, където твърди вещества, течности и газове съществуват едновременно. Водата например има и в трите състояния при температура 273,16 Келвин и налягане 611,2 паскали.
сублимация
Когато твърдото вещество се преобразува директно в газ, без да преминава през течна фаза, процесът е известен като сублимация. Това може да възникне или когато температурата на пробата бързо се повиши след точката на кипене (светкавично изпаряване), или когато веществото се "изсуши чрез замразяване" чрез охлаждането му във вакуумни условия, така че водата в веществото да бъде подложена на сублимация и да се отстрани от Образецът. Няколко летливи вещества ще бъдат подложени на сублимация при стайна температура и налягане, като замразен въглероден диоксид или сух лед.
изпаряване
Изпаряването е превръщането на течност в газ и може да се извърши или чрез изпаряване, или чрез кипене.
Тъй като частиците на течността са в постоянно движение, те често се сблъскват една с друга. Всеки сблъсък също води до прехвърляне на енергия и когато достатъчно енергия се прехвърля към частици в близост до повърхността, те могат да бъдат изхвърлени напълно от пробата като свободни газови частици. Течностите се охлаждат, докато се изпаряват, защото енергията, прехвърлена към повърхностните молекули, което причинява тяхното бягство, се пренася с тях.
Течността кипи, когато към течността се добави достатъчно топлина, за да се образуват мехурчета от пара под повърхността. Тази точка на кипене е температурата и налягането, при които течността се превръща в газ.
Кондензация и отлагане
Кондензацията се получава, когато един газ губи енергия и се събира заедно, за да образува течност. Например водната пара се кондензира в течна вода.
Отлагането се получава, когато един газ се трансформира директно в твърдо вещество, без да преминава през течната фаза. Водната пара става лед или студ, когато въздухът, докосващ твърдо вещество, като стръкче трева, е по-хладен от останалия въздух.
