И физика, и химия изучают материю, энергию и взаимодействие между ними. Из законов термодинамики ученые знают, что материя может изменять состояние, а сумма вещества и энергии системы постоянна. Когда энергия добавляется или удаляется к материи, она меняет состояние, образуя состояние материи . Состояние материи определяется как один из способов, которыми материя может взаимодействовать с собой для образования однородной фазы.
Состояние материи против фазы материи
Фразы «состояние материи» и «фаза материи» используются как синонимы. По большей части это нормально. Технически система может содержать несколько фаз одного и того же состояния вещества. Например, стальной пруток (твердое тело) может содержать феррит, цементит и аустенит. Смесь масла и уксуса (жидкость) содержит две отдельные жидкие фазы.
Состояния вещества
В повседневной жизни Существуют четыре фазы материи: твердые тела, жидкости, газы и плазма. Однако были обнаружены несколько других состояний вещества. Некоторые из этих других состояний возникают на границе между двумя состояниями материи, где вещество на самом деле не проявляет свойств ни одного из состояний. Остальные самые экзотические. Это список некоторых состояний вещества и их свойств:
Solid : твердое тело имеет определенную форму и объем. . Частицы внутри твердого тела упакованы очень близко друг к другу и зафиксированы в упорядоченном расположении. Расположение может быть достаточно упорядоченным, чтобы образовать кристалл (например, кристалл NaCl или поваренной соли, кварц), или расположение может быть неупорядоченным или аморфным (например, воск, хлопок, оконное стекло).
Жидкость : жидкость имеет определенный объем, но не имеет определенной формы. Частицы в жидкости не упакованы так близко друг к другу, как в твердом теле, что позволяет им скользить друг относительно друга. Примеры жидкостей включают воду, масло и спирт.
Газ : газу не хватает определенной формы или объема. Частицы газа широко разделены. Примеры газов включают воздух и гелий в воздушном шаре.
Плазма : как и газ, плазма не имеет определенного форма или объем. Однако частицы плазмы электрически заряжены и разделены огромными различиями. Примеры плазмы включают молнию и полярное сияние.
Стекло : стекло – это аморфное твердое вещество, промежуточное между кристаллической решеткой и жидкость. Иногда его считают отдельным состоянием вещества, потому что оно обладает свойствами, отличными от твердых тел или жидкостей, и потому, что оно существует в метастабильном состоянии.
Сверхтекучая среда : Сверхтекучая жидкость – это второе жидкое состояние, которое находится около абсолютного нуля. В отличие от нормальной жидкости, сверхтекучая жидкость имеет нулевую вязкость..
Конденсат Бозе-Эйнштейна : конденсат Бозе-Эйнштейна можно назвать пятым состоянием материи. В конденсате Бозе-Эйнштейна частицы вещества перестают вести себя как отдельные объекты и могут быть описаны с помощью одной волновой функции.
Фермионный конденсат : Подобно конденсату Бозе-Эйнштейна, частицы в фермионном конденсате могут быть описаны одной однородной волновой функцией. Разница в том, что конденсат образован фермионами. Из-за принципа исключения Паули фермионы не могут находиться в одном квантовом состоянии, но в этом случае пары фермионов ведут себя как бозоны.
Капля : это «квантовый туман» из электронов и дырок, который течет почти как жидкость.
Вырожденная материя : вырожденная материя на самом деле представляет собой набор экзотических состояний материи, которые возникают под чрезвычайно высоким давлением (например, в ядрах звезд или массивных планет, таких как Юпитер). Термин «вырожденный» происходит от того, как материя может существовать в двух состояниях с одинаковой энергией, что делает их взаимозаменяемыми.
Гравитационная сингулярность : сингулярность, как в центре черной дыры, не состояния материи. Однако это заслуживает внимания, потому что это «объект», образованный массой и энергией, в котором отсутствует материя.
Фазовые изменения между состояниями материи
Материя может изменять состояние, когда энергия добавляется или удаляется из системы. Обычно эта энергия возникает в результате изменений давления или температуры. Когда материя меняет состояние, она претерпевает фазовый переход или фазовый переход .
Источники
- Гудштейн, Д.Л. (1985). Состояния материи . Дувр Феникс. ISBN 978-0-486-49506-4.
- Murthy, G .; и другие. (1997). “Сверхтекучие жидкости и сверхтвердые тела на фрустрированных двумерных решетках”. Физическая проверка Б . 55 (5): 3104. DOI: 10.1103/PhysRevB.55.3104
- Саттон, А. П. (1993). Электронная структура материалов . Оксфордские научные публикации. С. 10–12. ISBN 978-0-19-851754-2.
- Валигра, Лори (22 июня 2005 г.) Физики Массачусетского технологического института создают новую форму материи. Новости Массачусетского технологического института.
- Wahab, M.A. (2005). Физика твердого тела: структура и свойства материалов . Альфа-наука. С. 1–3. ISBN 978-1-84265-218-3.