İçerik
- Kütlenin Korunumu Kanunu
- Kütle Koruma Kanunu Tarihi
- Kütlenin Korunmasına Genel Bakış
- Fiziksel Bilimlerde "Korunması" Nedir?
- Kütlenin Korunumu Kanunu: Örnek
- Einstein ve Kütle Enerji Denklemi
- Gerçek Dünyada Kütle, Enerji ve Ağırlık
Fiziğin tanımlayıcı ilkelerinden biri, en önemli özelliklerinin çoğunun istemeden önemli bir ilkeye uymasıdır: Kolayca tanımlanmış koşullar altında, korunmuşyani, seçtiğiniz sistem içindeki bu miktarların toplam tutarının hiçbir zaman değişmeyeceği anlamına gelir.
Fizikteki dört yaygın miktar, kendileri için geçerli olan koruma yasalarına sahip olmaları ile karakterize edilir. Bunlar enerji, moment, açısal momentum ve kitle. Bunlardan ilk üçü, genellikle mekanik sorunlarına özgü miktarlardır, ancak kitle evrenseldir ve keşif - veya gösteri - olduğu gibi - bilim dünyasında uzun süredir tutulan şüpheleri doğrulamak için kitlenin korunmasının hayati olduğunu kanıtlamıştır. .
Kütlenin Korunumu Kanunu
kütlenin korunumu yasası bir, içinde belirtir kapalı sistem (tüm evren dahil), kimyasal ya da fiziksel değişimlerle kütle oluşturulamaz ya da tahrip edilemez. Başka bir deyişle, toplam kütle daima korunur. Arsız maxim "Ne girer, çıkmalı!" hiç bir zaman fiziksel bir iz bırakmadan yok olan hiçbir şey olmadığı için, kelimenin tam anlamıyla bilimsel bir gerçekçilik gibi görünüyor.
Attığınız her cilt hücresindeki tüm moleküllerin bileşenleri, oksijen, hidrojen, azot, kükürt ve karbon atomları ile birlikte hala mevcuttur. Tıpkı gizem bilim kurgu gösterisi gibi Bilinmeyen dosyalar gerçeği bildirir, şimdiye kadar olan tüm kütle "oradadır bir yerde.'
Bunun yerine “maddenin korunumu yasası” olarak adlandırılabilir çünkü yer çekimi olmadığı için dünyada özellikle “büyük” nesneler hakkında özel bir şey yoktur; Bu önemli ayrım hakkında daha fazla şey var, çünkü ilgisinin fazla olması zor.
Kütle Koruma Kanunu Tarihi
1789 yılında Fransız bilimci Antoine Lavoisier tarafından kitlenin korunumu yasasının keşfi yapıldı; diğerleri daha önce bir fikir ortaya atmıştı, ama Lavoisier bunu ispatlayan ilk kişiydi.
O zamanlar kimyada atom teorisi konusundaki yaygın inanç hala antik Yunanlılardan geliyordu ve daha yeni fikirler sayesinde ateş içinde bir şeyin olduğu düşünülüyordu ("phlogiston") aslında bir madde idi. Bu, bilim adamları gerekçeli olarak, bir kül yığınının neden kül üretmek için yakılandan daha hafif olduğunu açıkladılar.
Lavoisier ısıtmalı cıva oksit ve kimyasalların ağırlığının azaldığı miktarın, kimyasal reaksiyonda salınan oksijen gazının ağırlığına eşit olduğuna dikkat çekti.
Kimyacılar, su buharı ve iz gazları gibi izlemesi zor olan şeylerin kütlesini hesaba katmadan önce, bu tür yasaların gerçekten işlediğinden şüphelenmiş olsalar bile, herhangi bir madde koruma ilkesini yeterince test edemediler.
Her durumda, bu Lavoisier'ın kimyasal tepkimelerde maddenin korunması gerektiğini belirtmesine neden oldu; yani kimyasal denklemin her iki tarafındaki toplam madde aynıdır. Bu, reaktiflerdeki toplam atom sayısının (ancak zorunlu olarak toplam molekül sayısının) kimyasal değişimin yapısından bağımsız olarak ürünlerdeki miktarı eşitlemesi gerektiği anlamına gelir.
Kütlenin Korunmasına Genel Bakış
İnsanların kütlenin korunumu yasasıyla yaşayabileceği bir zorluk, duyularınızın sınırlarının, kanunun bazı yönlerini daha az sezgisel hale getirmesidir.
Örneğin, bir kiloluk yiyecek yiyip bir kiloluk sıvı içtiğinizde, banyoya gitmeseniz bile aynı altı saat kadar bir süre tartabilirsiniz. Bu kısmen, çünkü gıdalardaki karbon bileşikleri karbon dioksite (CO) dönüştürülür2) ve yavaşça nefesinizdeki (genellikle görünmez) buharda ekshale edilir.
Özünde, bir kimya kavramı olarak, kütlenin korunumu yasası fizik de dahil olmak üzere fiziksel bilimi anlamanın ayrılmaz bir parçasıdır. Örneğin, çarpışma ile ilgili bir momentum probleminde, sistemdeki toplam kütlenin çarpışmadan önceki olaydan farklı bir şeye değişmediğini varsayabiliriz çünkü kütle - benzeri momentum ve enerji - korunur.
Fiziksel Bilimlerde "Korunması" Nedir?
enerji korunumu yasası izole edilmiş bir sistemin toplam enerjisinin asla değişmediğini ve bunun çeşitli şekillerde ifade edilebileceğini belirtir. Bunlardan biri KE (kinetik enerji) + PE (potansiyel enerji) + iç enerji (IE) = bir sabittir. Bu yasa, termodinamiğin birinci yasasından sonra gelir ve kütle gibi enerjinin yaratılamamasını veya imha edilmemesini sağlar.
moment (m,v) ve açısal momentum (L = mvr) fizikte de korunur ve ilgili yasalar, klasik analitik mekanikteki parçacıkların davranışlarının çoğunu kuvvetle belirler.
Kütlenin Korunumu Kanunu: Örnek
Kalsiyum karbonatın veya CaCO'nun ısıtılması3, gizemli bir gazı serbest bırakırken bir kalsiyum bileşiği üretir. Diyelim ki 1 kg (1.000 g) CaCO3ve bu ısıtıldığında, 560 gram kalsiyum bileşiğinin kaldığını keşfedersiniz.
Kalan kalsiyum kimyasal maddesinin muhtemel bileşimi nedir ve gaz olarak serbest bırakılan bileşik nedir?
Öncelikle, bu temelde bir kimya problemi olduğundan, periyodik bir element tablosuna başvurmanız gerekir (bir örnek için Kaynaklar'a bakınız).
İlk 1.000 g CaCO'ya sahip olduğunuz söylendi.3. Tablodaki bileşen atomlarının moleküler kütlelerinde, Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol ve O = 16 g / mol olduğunu, kalsiyum karbonatın toplam kütlesini 100 g / da yaptığını görürsünüz. mol (CaCO’da üç oksijen atomu olduğunu unutmayın.3). Ancak, 1000 g CaCO’ya sahipsiniz.3, bu maddenin 10 molüdür.
Bu örnekte, kalsiyum ürünü 10 mol Ca atomuna sahiptir; Her Ca atomu 40 g / mol olduğundan, CaCO'dan sonra güvenle bırakıldığını varsayabileceğiniz toplam 400 g Ca'ya sahip olursunuz.3 ısıtıldı. Bu örnek için, kalan 160 g (560 - 400) ısıtma sonrası bileşiği 10 mol oksijen atomunu temsil eder. Bu, serbest bırakılmış bir gaz olarak 440 g kütle bırakmalıdır.
Dengeli denklemin şekli olmalı
10 CaCO3 → 10 CaO +?
ve "?" gaz, bazı kombinasyonlarda karbon ve oksijen içermelidir; 20 mol oksijen atomuna sahip olmalı - zaten + işaretinin solunda 10 mol oksijen atomuna sahip olmalısınız - ve dolayısıyla 10 mol karbon atomu. "?" CO2. (Günümüz bilim dünyasında, karbondioksit duydunuz, bu problemi önemsiz bir egzersiz haline getirdiniz. Fakat bilim adamlarının bile "havada" ne olduğunu bilmediği bir zaman düşünün.)
Einstein ve Kütle Enerji Denklemi
Fizik öğrencileri ünlülerin kafasını karıştırmış olabilir. kütle-enerji denkleminin korunumu E = mc2 1900'lerin başında Albert Einstein tarafından öne sürülüp, kütlenin (ya da enerjinin) korunumu yasasını engelleyip engellemediğini merak ediyor, çünkü kütlenin enerjiye dönüştürülebildiğini ve bunun tersi olabileceğini ima ediyor.
Her iki yasa da ihlal edilmez; bunun yerine, yasa, kütle ve enerjinin aslında aynı şeyin farklı biçimleri olduğunu onaylar.
Durum göz önüne alındığında farklı birimlerde onları ölçmek gibi bir şey.
Gerçek Dünyada Kütle, Enerji ve Ağırlık
Muhtemelen yardım edemezsin ama bilinçsizce yukarıda açıklanan sebeplerle kütleyi ağırlıkla eşitle - kütle sadece yerçekimi karışımdayken ağırlıktır, fakat senin deneyimleyken yerçekimi olduğunda değil şimdiki zaman (yerçekiminde ve sıfır yerçekimi odasında değilken)?
Öyleyse, maddeyi, tıpkı kendi enerji gibi, sadece temel şeyler ve bazı temel yasa ve ilkelere uyan şeyler olarak düşünmek zordur.
Ayrıca, enerji kinetik, potansiyel, elektriksel, termal ve diğer türler arasında form değiştirebildiği gibi, farklı maddenin formları dense de madde aynı şeyi yapar. devletler: katı, gaz, sıvı ve plazma.
Kendi duyularınızın bu miktarlardaki farklılıkları nasıl algıladığını filtreleyebilirseniz, fizikte birkaç gerçek farklılıklar olduğunu fark edebilirsiniz.
"Zor bilimlerde" büyük kavramları birbirine bağlayabilmek ilk başta zor görünebilir, ancak sonuçta her zaman heyecan verici ve faydalıdır.