Materie er det "stof", der udgør universet - alt, hvad der optager plads og har masse er stof.
Alt stof består af atomer, der igen består af protoner, neutroner og elektroner.
Atomer mødes og danner molekyler, der er byggestenene til alle typer stof, ifølge Washington State University. Både atomer og molekyler holdes sammen af en form for potentiel energi kaldet kemisk energi. I modsætning til kinetisk energi, som er et objekts energi i bevægelse, er potentiel energi den energi, der er gemt i et objekt.
De fem faser af materien
Der er fire naturlige tilstande: Tørstoffer, væsker, gasser og plasma. Den femte stat er det menneskeskabte Bose-Einstein kondensat.
Faste stoffer
I et fast stof pakkes partikler tæt sammen, så de ikke bevæger sig meget. Elektronerne i hvert atom er konstant i bevægelse, så atomerne har en lille vibration, men de er fastgjort i deres position. På grund af dette har partikler i et fast stof meget lav kinetisk energi.
Faststoffer har en bestemt form såvel som masse og volumen og er ikke i overensstemmelse med formen på beholderen, hvor de er anbragt. Faststoffer har også en høj densitet, hvilket betyder, at partiklerne er tæt pakket sammen.
Væsker
I en væske pakkes partiklerne mere løst end i et fast stof og er i stand til at strømme omkring hinanden, hvilket giver væsken en ubestemt form. Derfor vil væsken stemme overens med formen på dens beholder.
Meget som faste stoffer, væsker (hvoraf de fleste har en lavere densitet end faste stoffer) er utroligt vanskelige at komprimere.
gasser
I en gas har partiklerne meget mellemrum og har høj kinetisk energi. En gas har ingen bestemt form eller volumen. Hvis de ikke er begrænset, vil gaspartiklerne sprede sig på ubestemt tid; hvis begrænset, vil gassen ekspandere til at fylde dens beholder. Når en gas sættes under pres ved at reducere beholderens volumen, reduceres rummet mellem partikler, og gassen komprimeres.
Plasma
Plasma er ikke en almindelig stoftilstand her på Jorden, men det kan være den mest almindelige stoftilstand i universet, ifølge Jefferson Laboratory. Stjerner er i det væsentlige overophedede kugler af plasma.
Plasma består af meget ladede partikler med ekstrem høj kinetisk energi. Ædelgasserne (helium, neon, argon, krypton, xenon og radon) bruges ofte til at fremstille glødende tegn ved at bruge elektricitet til at ionisere dem til plasmatilstanden.
Bose-Einstein kondensat
Bose-Einstein-kondensatet (BEC) blev oprettet af forskere i 1995. Ved hjælp af en kombination af lasere og magneter afkølede Eric Cornell og Carl Weiman, forskere ved Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) i Boulder, Colorado, en prøve af rubidium til inden for et par grader af absolut nul. Ved denne ekstremt lave temperatur kommer molekylær bevægelse meget tæt på at stoppe. Da der næsten ingen kinetisk energi overføres fra et atom til et andet, begynder atomerne at klumpe sig sammen. Der er ikke længere tusinder af separate atomer, bare et "superatom".
En BEC bruges til at studere kvantemekanik på et makroskopisk niveau. Lys ser ud til at aftage, når det passerer gennem en BEC, hvilket giver forskere mulighed for at studere partikel / bølgeparadokset. En BEC har også mange af egenskaberne ved en overfladisk væske eller en væske, der flyder uden friktion. BEC'er bruges også til at simulere forhold, der måtte være i sorte huller.
Går gennem en fase
Tilføjelse eller fjernelse af energi fra stof forårsager en fysisk ændring, når materien flytter fra en tilstand til en anden. For eksempel tilføjer termisk energi (varme) til flydende vand det til at blive damp eller damp (en gas). Og at fjerne energi fra flydende vand får den til at blive is (et fast stof). Fysiske ændringer kan også være forårsaget af bevægelse og pres.
Smeltning og frysning
Når varme tilføres et fast stof, begynder dets partikler at vibrere hurtigere og bevæge sig længere fra hinanden. Når stoffet når en bestemt kombination af temperatur og tryk, dets smeltepunkt, vil det faste stof begynde at smelte og omdannes til en væske.
Når to tilstande, så som faststof og væske, er ved ligevægtstemperaturen og -trykket, vil yderligere varme, der tilføjes til systemet, ikke medføre, at stoffets samlede temperatur stiger, før hele prøven når den samme fysiske tilstand. For eksempel, når du lægger is i et glas vand og lader den stå ud ved stuetemperatur, kommer isen og vandet til sidst til den samme temperatur. Når isen smelter fra varme, der kommer fra vandet, forbliver den ved 0 grader celsius, indtil hele isterningen smelter, før den fortsætter med at varme.
Når varme fjernes fra en væske, bremser dens partikler ned og begynder at sætte sig på et sted i stoffet. Når stoffet når en tilstrækkelig kølig temperatur ved et bestemt tryk, frysepunktet, bliver væsken et fast stof.
De fleste væsker samles, når de fryser. Vand udvides imidlertid, når det fryser til is, hvilket får molekylerne til at skubbe længere fra hinanden og mindske densiteten, hvorfor isen flyder oven på vandet.
Tilsætning af yderligere stoffer, såsom salt i vand, kan ændre både smelte- og frysepunkterne. For eksempel vil tilføjelse af salt til sne reducere temperaturen, som vand fryser på veje, hvilket gør det mere sikkert for bilisterne.
Der er også et punkt, kendt som tredobbelt punkt, hvor alle faste stoffer, væsker og gasser findes samtidig. Vand findes for eksempel i alle tre tilstande ved en temperatur på 273,16 Kelvin og et tryk på 611,2 pascaler.
sublimation
Når et fast stof omdannes direkte til en gas uden at gå gennem en flydende fase, er processen kendt som sublimering. Dette kan forekomme enten når temperaturen på prøven hurtigt øges ud over kogepunktet (flashfordampning), eller når et stof "frysetørres" ved at afkøle det under vakuumforhold, så vandet i stoffet gennemgår sublimering og fjernes fra prøven. Et par flygtige stoffer gennemgår sublimering ved stuetemperatur og tryk, såsom frosset kuldioxid eller tøris.
Fordampning
Fordampning er omdannelsen af en væske til en gas og kan ske gennem enten fordampning eller kogning.
Fordi partiklerne i en væske er i konstant bevægelse, kolliderer de ofte med hinanden. Hver kollision får også energi til at overføres, og når nok energi overføres til partikler nær overfladen, kan de blive banket helt væk fra prøven som frie gaspartikler. Væsker afkøles, når de fordamper, fordi energien, der overføres til overflademolekyler, og som forårsager deres flugt, bliver ført med dem.
Væske koges, når der tilsættes tilstrækkelig varme til en væske til, at der dannes dampbobler under overfladen. Dette kogepunkt er den temperatur og det tryk, hvormed en væske bliver en gas.
Kondensation og afsætning
Kondensation opstår, når en gas mister energi og samles for at danne en væske. For eksempel kondenseres vanddamp i flydende vand.
Aflejring sker, når en gas omdannes direkte til et fast stof uden at gå gennem væskefasen. Vanddamp bliver is eller frost, når luften, der berører et fast stof, såsom et græsblad, er køligere end resten af luften.
