Massan suojelulaki: määritelmä, kaava, historia (w / esimerkit)

Sisältö

• Massan suojelulaki
• Massasuojelulain historia
• Yleiskatsaus massan suojeluun
• Mikä muu on "säilynyt" fysiikassa?
• Massan suojelulaki: Esimerkki
• Einstein ja massa-energiayhtälö
• Massa, energia ja paino oikeassa maailmassa

Yksi fysiikan hienoista määrittelevistä periaatteista on, että monet sen tärkeimmistä ominaisuuksista noudattavat hämmästyttämättä tärkeätä periaatetta: helposti määritellyissä olosuhteissa ne ovat säilytetty, mikä tarkoittaa, että valitsemasi järjestelmän sisältämien näiden määrien kokonaismäärä ei muutu koskaan.

Neljälle fysiikan yleiselle suurelle on tunnusomaista, että niihin on sovellettu säilyttämislakeja. Nämä ovat energia, vauhti, kulmainen vauhti ja massa. Näistä kolme ensimmäistä ovat usein mekaniikkaongelmiin liittyviä määriä, mutta massa on yleismaailmallista, ja löytö - tai demonstrointi, sellaisena kuin se oli - että massa säilyy, vaikka se vahvisti joitain pitkäaikaisia ​​epäilyjä tiedemaailmassa, oli välttämätöntä todistaa .

Massan suojelulaki

massajoukkojen laki toteaa, että suljettu järjestelmä (mukaan lukien koko maailmankaikkeus), massaa ei voida luoda eikä tuhota kemiallisilla tai fysikaalisilla muutoksilla. Toisin sanoen, kokonaismassa säilyy aina. Röyhä maksimi "Mitä tulee sisään, sen täytyy tulla ulos!" näyttää olevan kirjaimellinen tieteellinen truismi, koska mikään ei ole koskaan osoitettu yksinkertaisesti katoavan ilman fyysisiä jälkiä.

Jokaisen ihosolun kaikkien molekyylien kaikki komponentit, joissa olet koskaan vuodattu, happea, vetyä, typpeä, rikkiä ja hiiliatomeja silti olemassa. Aivan kuten mysteeri tieteiskirjallisuus osoittaa X-tiedostot julistaa totuudesta, kaikki massa, joka koskaan on ollut "siellä jonnekin.'

Sitä voidaan kutsua sen sijaan "aineen säilyttämislakiksi", koska ilman painovoimaa, maailmassa ei ole mitään erityistä "massiivisissa" esineissä; lisää tästä tärkeästä erottelusta seuraa, koska sen merkitystä on vaikea yliarvioida.

Massasuojelulain historia

Ranskan tutkija Antoine Lavoisier löysi massan säilyttämistä koskevan lain vuonna 1789; toiset olivat keksineet idean aiemmin, mutta Lavoisier oli ensin todistaa sen.

Tuolloin suuri osa kemiassa vallitsevasta uskomuksesta atomiteoriasta tuli edelleen antiikin kreikkalaisilta, ja tuoreempien ideoiden ansiosta ajateltiin, että jotain tulessa ("phlogiston") oli oikeasti ainetta. Tämä, tutkijoiden mukaan, selitti, miksi tuhkakasa on kevyempi kuin mikä tahansa poltettiin tuhkan tuottamiseksi.

Lavoisier lämmitetty elohopeaoksidi ja pani merkille, että kemikaalien painon lasku oli yhtä suuri kuin kemiallisessa reaktiossa vapautuneen happikaasun paino.

Ennen kuin kemistit pystyivät selvittämään vaikeasti jäljitettävien asioiden, kuten vesihöyryn ja jätekaasujen, massat, he eivät pystyneet testaamaan riittävästi mitään aineiden säilyttämisperiaatteita, vaikka he epäisivät tällaisten lakien olevan todellakin toiminnassa.

Joka tapauksessa tämä johti Lavoisierin toteamaan, että ainetta on säilytettävä kemiallisissa reaktioissa, mikä tarkoittaa, että aineen kokonaismäärä kemiallisen yhtälön molemmilla puolilla on sama. Tämä tarkoittaa atomien kokonaismäärän (mutta ei välttämättä molekyylien kokonaismäärän) reagensseissa on oltava sama määrä tuotteissa riippumatta kemiallisen muutoksen luonteesta.

Yleiskatsaus massan suojeluun

Yksi vaikeuksista, joita ihmisillä voi olla massan säilyttämistä koskevassa laissa, on se, että aisteidesi rajoitukset tekevät jotkut lain näkökohdat vähemmän intuitiivisiksi.

Esimerkiksi, kun syöt punnan ruokaa ja juo punnan nestettä, saatat painaa saman noin kuusi tuntia myöhemmin, vaikka et mene kylpyhuoneeseen. Tämä johtuu osittain siitä, että elintarvikkeissa olevat hiiliyhdisteet muuttuvat hiilidioksidiksi (CO₂) ja hengitetään vähitellen hengityksessäsi (yleensä näkymätön) höyryssä.

Ytimessä, kemian käsitteenä, massan säilyttämislaki on olennainen osa fysiikan, myös fysiikan, ymmärtämistä. Esimerkiksi törmäyksen aiheuttamassa vauhdissa voidaan olettaa, että järjestelmän kokonaismassa ei ole muuttunut siitä, mikä se oli ennen törmäystä, jotain erilaista törmäyksen jälkeen, koska massa - kuten vauhti ja energia - on säilynyt.

Mikä muu on "säilynyt" fysiikassa?

laki energiansäästöstä toteaa, että eristetyn järjestelmän kokonaisenergia ei muutu koskaan, ja se voidaan ilmaista monin tavoin. Yksi näistä on KE (kineettinen energia) + PE (potentiaalienergia) + sisäinen energia (IE) = vakio. Tämä laki seuraa termodynamiikan ensimmäisestä laista ja varmistaa, että energiaa, kuten massaa, ei voida luoda tai tuhota.

vauhti (mv) ja kulmainen vauhti (L = mvr) säilyvät myös fysiikassa, ja asiaa koskevat lait määräävät voimakkaasti suuren osan hiukkasten käyttäytymisestä klassisessa analyyttisessä mekaniikassa.

Massan suojelulaki: Esimerkki

Kalsiumkarbonaatin tai CaCO: n kuumennus₃, tuottaa kalsiumyhdistettä vapauttaen salaperäisen kaasun. Sanotaan, että sinulla on 1 kg (1000 g) CaCO: ta₃, ja huomaat, että kun sitä lämmitetään, jäljellä on 560 grammaa kalsiumyhdistettä.

Mikä on jäljellä olevan kalsiumkemikaalin todennäköinen koostumus, ja mikä on yhdiste, joka vapautui kaasuna?

Ensinnäkin, koska tämä on pääosin kemiallinen ongelma, sinun on viitattava jaksollisiin elementteihin (katso esimerkki Resursseista).

Sinulle kerrotaan, että sinulla on alkuperäinen 1000 g CaCO: ta₃. Taulukossa olevien ainesosatomien molekyylimassoista näet, että Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol ja O = 16 g / mol, mikä tekee kalsiumkarbonaatin molekyylimassasta kokonaisuudessaan 100 g / mol. mol (muista, että CaCO: ssa on kolme happiatomia)₃). Sinulla on kuitenkin 1 000 g CaCO: ta₃, joka on 10 moolia ainetta.

Tässä esimerkissä kalsiumtuotteessa on 10 moolia Ca-atomia; koska jokainen Ca-atomi on 40 g / mol, sinulla on yhteensä 400 g Ca, jonka voit turvallisesti olettaa jääneen CaCO: n jälkeen₃ lämmitettiin. Tässä esimerkissä jäljelle jäävä 160 g (560 - 400) jälkikuumennusyhdistettä edustaa 10 moolia happiatomeja. Tästä on jätettävä 440 g massaa vapautuneena kaasuna.

Tasapainotetulla yhtälöllä on oltava muoto

10 CaCO₃ → 10 CaO +?

ja "?" kaasun täytyy sisältää hiiltä ja happea jossain yhdistelmässä; siinä on oltava 20 moolia happiatomeja - sinulla on jo 10 moolia happiatomeja + -merkin vasemmalla puolella - ja siksi 10 moolia hiiliatomeja. "?" on CO_2. (Nykypäivän tiedemaailmassa olet kuullut hiilidioksidista, mikä tekee tästä ongelmasta vähäpätöisen harjoituksen. Mutta ajattele aikaan, jolloin edes tutkijat eivät tienneet edes mitä oli "ilmassa".)

Einstein ja massa-energiayhtälö

Fysiikan opiskelijat saattavat sekoittaa kuuluisa massaenergiayhtälön säilyttäminen E = mc² Albert Einsteinin postitsema 1900-luvun alkupuolella ihmettelee, uhkaako se massan (tai energian) säilyttämislakia, koska se näyttää tarkoittavan, että massa voidaan muuntaa energiaksi ja päinvastoin.

Kumpaakaan lakia ei rikota; sen sijaan laki vakuuttaa, että massa ja energia ovat tosiasiassa saman asian eri muotoja.

Se on tavallaan kuin mittaaisi niitä eri yksiköissä tilanteen mukaan.

Massa, energia ja paino oikeassa maailmassa

Et voi auttaa, mutta tietoisesti rinnastaa massa painon kanssa yllä kuvatuista syistä - massa on paino vain silloin, kun paino on sekoituksessa, mutta kun kokemuksesi on painovoima ei läsnä (kun olet maan päällä eikä nollapainokammiossa)?

On siis vaikeaa ajatella ainetta pelkkinä tavaroina, kuten itsenäisenä energiana, joka noudattaa tiettyjä peruslakeja ja periaatteita.

Samoin kuin energia voi muuttaa muotoja kineettisen, potentiaalisen, sähköisen, termisen ja muun tyyppien välillä, aine tekee saman asian, vaikka aineen eri muotoja kutsutaan valtiot: kiinteä aine, kaasu, neste ja plasma.

Jos pystyt suodattamaan, kuinka omat aistisi havaitsevat näiden määrien erot, saatat pystyä ymmärtämään, että fysiikassa on vähän todellisia eroja.

Mahdollisuus sitoa tärkeimmät käsitteet "kovissa tieteissä" voi aluksi vaikuttaa vaikealtä, mutta lopulta se on aina jännittävää ja palkitsevaa.