Lieta ir “sīkumi”, kas veido Visumu - matērijai ir viss, kas aizņem vietu un kurai ir masa.
Visu matēriju veido atomi, kurus savukārt veido protoni, neitroni un elektroni.
Saskaņā ar Vašingtonas štata universitātes datiem atomi apvienojas, veidojot molekulas, kas ir visu veidu matērijas pamatelementi. Gan atomus, gan molekulas tur kopā potenciālās enerģijas forma, ko sauc par ķīmisko enerģiju. Atšķirībā no kinētiskās enerģijas, kas ir kustībā esoša objekta enerģija, potenciālā enerģija ir objektā uzkrātā enerģija.
Piecas matērijas fāzes
Ir četri matērijas dabiskie stāvokļi: cietas vielas, šķidrumi, gāzes un plazma. Piektais stāvoklis ir cilvēka radītie Bose-Einšteina kondensāti.
Cietvielas
Cietā veidā daļiņas ir cieši iesaiņotas kopā, tāpēc tās daudz nepārvietojas. Katra atoma elektroni pastāvīgi atrodas kustībā, tāpēc atomiem ir neliela vibrācija, taču tie ir fiksēti savā stāvoklī. Tāpēc daļiņām cietā vielā ir ļoti zema kinētiskā enerģija.
Cietām vielām ir noteikta forma, kā arī masa un tilpums, un tās neatbilst konteinera formai, kurā tās ir ievietotas. Cietām vielām ir arī augsts blīvums, kas nozīmē, ka daļiņas ir cieši iesaiņotas kopā.
Šķidrumi
Šķidrumā daļiņas ir iesaiņotas mazāk nekā cietā stāvoklī un tās var plūst viena otrai, piešķirot šķidrumam nenoteiktu formu. Tāpēc šķidrums atbildīs tā trauka formai.
Līdzīgi kā cietās vielas, šķidrumus (no kuriem lielākajai daļai ir mazāks blīvums nekā cietām vielām) ir neticami grūti saspiest.
Gāzes
Gāzē daļiņām ir daudz vietas starp tām, un tām ir augsta kinētiskā enerģija. Gāzei nav noteiktas formas vai tilpuma. Ja tās nav rafinētas, gāzes daļiņas izkliedēsies uz nenoteiktu laiku; ja to ierobežo, gāze izplešas, lai piepildītu tās tvertni. Kad gāze tiek pakļauta spiedienam, samazinot tvertnes tilpumu, tiek samazināta telpa starp daļiņām un gāze tiek saspiesta.
Plazma
Plazma nav izplatīts matērijas stāvoklis uz Zemes, taču, iespējams, tas ir visizplatītākais matērijas stāvoklis Visumā, liecina Džefersona laboratorija. Zvaigznes būtībā ir pārkarsētas plazmas bumbiņas.
Plazma sastāv no ļoti uzlādētām daļiņām ar ārkārtīgi augstu kinētisko enerģiju. Cēlgāzes (hēlijs, neons, argons, kriptons, ksenons un radons) bieži izmanto kvēlojošu zīmju veidošanai, izmantojot elektrību, lai tās jonizētu līdz plazmas stāvoklim.
Bose-Einšteina kondensāts
Bose-Einšteina kondensātu (BEC) zinātnieki izveidoja 1995. gadā. Izmantojot lāzeru un magnētu kombināciju, Apvienotā laboratorijas astrofizikas institūta (JILA) zinātnieki Ēriks Kornels un Karls Veimans, Kolorādo, Boulderā, atdzesēja rubīdija paraugu. dažu grādu absolūtās nulles robežās. Šajā ārkārtīgi zemā temperatūrā molekulārā kustība ļoti tuvu apstājas. Tā kā gandrīz viena kinētiskā enerģija netiek pārnesta no viena atoma uz otru, atomi sāk salīpēt kopā. Vairs nav tūkstošiem atsevišķu atomu, ir tikai viens “superatoms”.
BEC izmanto, lai pētītu kvantu mehāniku makroskopiskā līmenī. Šķiet, ka gaisma palēninās, kad tā iet caur BEC, ļaujot zinātniekiem izpētīt daļiņu / viļņu paradoksu. BEC piemīt arī daudzas šķidruma vai šķidruma īpašības, kas plūst bez berzes. BEC tiek izmantoti arī, lai modelētu apstākļus, kas varētu būt melnajos caurumos.
Iziet cauri fāzei
Enerģijas pievienošana vai noņemšana no matērijas izraisa fiziskas izmaiņas, matērijai pārvietojoties no viena stāvokļa uz otru. Piemēram, pievienojot siltumenerģiju (siltumu) šķidram ūdenim, tas kļūst par tvaiku vai tvaiku (gāzi). Enerģijas noņemšana no šķidra ūdens izraisa tā ledus (cietas vielas) veidošanos. Fiziskas izmaiņas var izraisīt arī kustība un spiediens.
Kušana un sasalšana
Kad karstums tiek uzklāts uz cietu vielu, tā daļiņas sāk ātrāk vibrēt un attālināties. Kad viela sasniedz noteiktu temperatūras un spiediena kombināciju, tās kušanas temperatūru, cietā viela sāks izkausēt un pārvērtīsies šķidrumā.
Ja divi vielas stāvokļi, piemēram, cieta un šķidra, atrodas līdzsvara temperatūrā un spiedienā, sistēmā pievienotais papildu siltums neizraisa vielas vispārējās temperatūras paaugstināšanos, līdz viss paraugs sasniedz to pašu fizisko stāvokli. Piemēram, ievietojot ledu ūdens glāzē un atstājot to istabas temperatūrā, ledus un ūdens galu galā nonāk vienā temperatūrā. Kad ledus kūst no karstuma, kas nāk no ūdens, tas paliks pie nulles grādiem pēc Celsija, līdz viss ledus kubs izkausēsies, pirms turpināt sasildīties.
Kad siltumu noņem no šķidruma, tā daļiņas palēninās un sāk nogulsnēties vienā vielas vietā. Kad viela noteiktā spiedienā sasniedz pietiekami vēsu temperatūru, sasalšanas temperatūru, šķidrums kļūst ciets.
Lielākā daļa šķidrumu saraujas, jo tie sasalst. Ūdens tomēr izplešas, sasalstot ledū, liekot molekulām attālināties un samazināt blīvumu, tāpēc ledus peld virs ūdens.
Pievienojot papildu vielas, piemēram, sāli ūdenī, var mainīties gan kušanas, gan sasalšanas temperatūra. Piemēram, pievienojot sāli sniegam, samazināsies temperatūra, ko ūdens sasalst uz ceļiem, padarot to drošāku autovadītājiem.
Ir arī punkts, kas pazīstams kā trīskāršais punkts, kurā cietās vielas, šķidrumi un gāzes pastāv vienlaicīgi. Piemēram, ūdens pastāv visos trīs stāvokļos 273,16 Kelvina temperatūrā un 611,2 paskālu spiedienā.
Sublimācija
Kad cietā viela tiek pārveidota tieši par gāzi, nešķērsojot šķidro fāzi, procesu sauc par sublimāciju. Tas var notikt vai nu tad, kad parauga temperatūra tiek strauji paaugstināta virs viršanas temperatūras (iztvaikošanas iztvaikošana), vai arī, ja viela tiek “žāvēta liofilizācijā”, atdzesējot to vakuuma apstākļos, lai vielas ūdens pakļautu sublimāciju un tiktu noņemts no paraugs. Dažas gaistošas vielas tiks pakļautas sublimācijai istabas temperatūrā un spiedienā, piemēram, sasaldēts oglekļa dioksīds vai sausais ledus.
Iztvaikošana
Iztvaicēšana ir šķidruma pārvēršana par gāzi, un tā var notikt iztvaicējot vai vārot.
Tā kā šķidruma daļiņas atrodas pastāvīgā kustībā, tās bieži saduras viena ar otru. Katra sadursme arī izraisa enerģijas pārnešanu, un, ja pietiekami daudz enerģijas tiek nodota daļiņās, kas atrodas netālu no virsmas, tās var tikt pilnībā notriektas no parauga kā brīvas gāzes daļiņas. Šķidrumi atdziest, iztvaikojot, jo virszemes molekulām pārnestā enerģija, kas izraisa to aizbēgšanu, tiek aiznesta līdz ar tiem.
Šķidrums vārās, ja šķidrumam pievieno pietiekami daudz siltuma, lai zem virsmas veidotos tvaika burbuļi. Šī viršanas temperatūra ir temperatūra un spiediens, pie kura šķidrums kļūst par gāzi.
Kondensācija un nogulsnēšanās
Kondensācija rodas, kad gāze zaudē enerģiju un apvienojas, veidojot šķidrumu. Piemēram, ūdens tvaiki kondensējas šķidrā ūdenī.
Nogulsnēšanās notiek, kad gāze tieši pārvēršas cietā stāvoklī, nešķērsojot šķidro fāzi. Ūdens tvaiki kļūst par ledu vai salnu, kad gaiss, kas pieskaras cietai vielai, piemēram, zāles asmenim, ir vēsāks nekā pārējais gaiss.
