Τι είναι οι καταστάσεις της ύλης:
Οι καταστάσεις της ύλης είναι οι διάφορες μορφές στις οποίες η ύλη εμφανίζεται στο σύμπαν. Είναι επίσης γνωστές ως καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης, καθώς τα σωματίδια συσσωματώνονται ή ομαδοποιούνται με διαφορετικούς τρόπους σε κάθε κατάσταση.
Μπορεί να θεωρηθεί ότι υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις καταστάσεις της ύλης, λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις μορφές συνάθροισης που συμβαίνουν υπό φυσικές συνθήκες. Οι θεμελιώδεις καταστάσεις της ύλης είναι:
- Στερεάς κατάστασης.
- Υγρή κατάσταση.
- Αέρια κατάσταση.
- Κατάσταση πλάσματος.
Στη λεπτομέρεια της εικόνας, παρατηρούμε πώς ομαδοποιούνται τα σωματίδια.
Ωστόσο, οι μελέτες σχετικά με τις καταστάσεις συσσώρευσης της ύλης έχουν επεκταθεί σήμερα. Εκτός από αυτά που συμβαίνουν φυσικά, σήμερα μελετάμε αυτά που συμβαίνουν σε ακραίες συνθήκες, που προκαλούνται στο εργαστήριο. Από αυτήν την ομάδα, οι επιστήμονες έχουν επαληθεύσει την ύπαρξη τριών νέων κρατών: το συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). το συμπύκνωμα Fermi και το υπερ-στερεό.
Τα χαρακτηριστικά των καταστάσεων της ύλης εξαρτώνται από τη δύναμη έλξης μεταξύ των σωματιδίων και της κινητικότητάς τους. Η θερμοκρασία ή / και η πίεση είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν τον τρόπο ομαδοποίησης αυτών των σωματιδίων και τον τρόπο αλληλεπίδρασης μεταξύ τους.
Όταν υπάρχουν εύλογες μεταβολές στη μεταβλητή θερμοκρασίας και / ή πίεσης, οι αλλαγές συμβαίνουν από τη μία κατάσταση της ύλης στην άλλη. Αυτές οι αλλαγές είναι στερεοποίηση, εξάτμιση, τήξη, εξάχνωση, αντίστροφη εξάχνωση, ιονισμός και απιονισμός.
Παρακάτω παρουσιάζουμε έναν συγκριτικό πίνακα με τις κύριες διαφορές που υπάρχουν μεταξύ των θεμελιωδών καταστάσεων της ύλης:
| Ιδιοκτησία |
Κατάσταση | Κατάσταση υγρό | Κατάσταση αεριώδης | Κατάσταση πλασματικός |
|---|---|---|---|---|
| Είδος ύλης | Διορθώθηκε η ύλη | Υγρά με ιξώδες | Αέρια | Καυτά αέρια (με ηλεκτρικό φορτίο) |
| Αξιοθεατο μεταξύ σωματιδίων | υψηλός | Ενδιάμεσος | Μικρός | Μικρός |
| Κινητικότητα σωματιδίων | Μικρός | Ενδιάμεσος | υψηλός | υψηλός |
| Ενταση ΗΧΟΥ | Με όγκο | Με όγκο | Χωρίς όγκο | Χωρίς όγκο |
| Σχήμα | Ορίζεται | Αόριστος | Αόριστος | Αόριστος |
| Παράδειγμα | Πέτρες | Νερό | Υδρατμός | Τηλεόραση πλάσματος |
Στερεάς κατάστασης
Η στερεά κατάσταση είναι αυτή που αντιλαμβανόμαστε ως σταθερή ύλη, η οποία αντιστέκεται στις αλλαγές στο σχήμα και τον όγκο. Στην ύλη στερεάς κατάστασης, τα σωματίδια έχουν μεγαλύτερη έλξη μεταξύ τους, γεγονός που μειώνει την κίνησή τους και τις δυνατότητες αλληλεπίδρασης. Για παράδειγμα: βράχοι, ξύλο, μεταλλικά σκεύη, γυαλί, πάγος και γραφίτης, μεταξύ άλλων.
ο χαρακτηριστικά στερεάς κατάστασης Αυτοί είναι:
- Η δύναμη έλξης μεταξύ μεμονωμένων σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που προκαλεί διαχωρισμό.
- Τα σωματίδια κλειδώνουν στη θέση τους περιορίζοντας την δόνηση τους.
- Διατηρεί το σχήμα και τον όγκο του.
Υγρή κατάσταση
Η υγρή κατάσταση αντιστοιχεί σε υγρά των οποίων ο όγκος είναι σταθερός, αλλά προσαρμόζεται στο σχήμα του δοχείου του. Για παράδειγμα: νερό, κρύα ποτά, λάδι και σάλιο.
ο χαρακτηριστικά της υγρής κατάστασης Αυτοί είναι:
- Τα σωματίδια προσελκύουν το ένα το άλλο, αλλά η απόσταση είναι μεγαλύτερη από ότι στα στερεά.
- Τα σωματίδια είναι πιο δυναμικά από τα στερεά, αλλά πιο σταθερά από τα αέρια.
- Έχει σταθερή ένταση.
- Το σχήμα του είναι αόριστο. Ως εκ τούτου, το υγρό παίρνει τη μορφή του δοχείου του.
Αέρια κατάσταση
Η αέρια κατάσταση αντιστοιχεί σε αέρια. Τεχνικά ορίζεται ως η ομαδοποίηση σωματιδίων με μικρή έλξη μεταξύ τους που, όταν συγκρούονται μεταξύ τους, επεκτείνονται στο διάστημα. Για παράδειγμα: υδρατμοί, οξυγόνο (O2) και φυσικό αέριο.
ο χαρακτηριστικά της αέρια κατάσταση Αυτοί είναι:
- Συμπυκνώνει λιγότερα σωματίδια από τα στερεά και τα υγρά.
- Τα σωματίδια έχουν μικρή έλξη μεταξύ τους.
- Τα σωματίδια βρίσκονται σε διαστολή, επομένως είναι πιο δυναμικά από τα στερεά και τα αέρια.
- Δεν έχει καθορισμένο σχήμα ή όγκο.
Κατάσταση πλάσματος
Η πλασματική κατάσταση είναι μια κατάσταση παρόμοια με την αέρια, αλλά έχει ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, δηλαδή ιοντίζεται. Είναι, επομένως, καυτά αέρια.
Η ουσία στην κατάσταση του πλάσματος είναι πολύ συχνή στο διάστημα και αποτελεί, στην πραγματικότητα, το 99% της παρατηρήσιμης ύλης του. Ωστόσο, η κατάσταση του πλάσματος αναπαράγεται επίσης φυσικά σε ορισμένα επίγεια φαινόμενα. Μπορεί επίσης να παραχθεί τεχνητά για διάφορες χρήσεις.
Για παράδειγμα, υπάρχει πλάσμα στον ήλιο, αστέρια και νεφελώματα. Είναι επίσης παρούσα στις πολικές αύρες, στον κεραυνό και στη λεγόμενη Φωτιά του San Telmo. Όσον αφορά την τεχνητή παραγωγή τους, ορισμένα παραδείγματα είναι τηλεοράσεις πλάσματος, σωλήνες φθορισμού και λαμπτήρες πλάσματος.
ο χαρακτηριστικά της κατάστασης του πλάσματος Αυτοί είναι:
- Δεν έχει καθορισμένο σχήμα και όγκο.
- Τα σωματίδια του ιονίζονται.
- Δεν διαθέτει ηλεκτρομαγνητική ισορροπία.
- Είναι ένας καλός ηλεκτρικός αγωγός.
- Σχηματίζει νήματα, στρώματα και ακτίνες όταν εκτίθενται σε μαγνητικό πεδίο.
Μπορεί να σας ενδιαφέρει:
- Στερεάς κατάστασης
- Υγρή κατάσταση
- Αέρια κατάσταση
- Κατάσταση πλάσματος
Αλλαγές στις καταστάσεις του θέματος
Οι αλλαγές των καταστάσεων της ύλης είναι διαδικασίες που επιτρέπουν την αλλαγή της χωρικής δομής της ύλης από τη μία κατάσταση στην άλλη. Εξαρτώνται από διακυμάνσεις σε περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως θερμοκρασία και / ή πίεση.
Λαμβάνοντας υπόψη τις θεμελιώδεις καταστάσεις της ύλης, οι αλλαγές της κατάστασης της ύλης είναι: στερεοποίηση, εξάτμιση, σύντηξη, εξάχνωση, αντίστροφη εξάχνωση, ιονισμός και απιονισμός.
Τήξη ή τήξη. Είναι η αλλαγή από τη στερεά κατάσταση στην υγρή κατάσταση. Εμφανίζεται όταν το στερεό εκτίθεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες από το συνηθισμένο, μέχρι να λιώσει. Αυτό συμβαίνει επειδή οι υψηλές θερμοκρασίες στις οποίες υποβάλλεται το στερεό καθιστούν τα σωματίδια διαχωρίζονται περισσότερο και κινούνται πιο εύκολα.
Στερεοποίηση. Η στερεοποίηση είναι η αλλαγή από την υγρή κατάσταση στη στερεά κατάσταση. Όταν η θερμοκρασία ενός υγρού πέσει, τα σωματίδια αρχίζουν να πλησιάζουν το ένα το άλλο και η κίνηση μεταξύ τους μειώνεται. Φτάνοντας στο σημείο πήξης, μετατρέπονται σε στερεά ύλη.
Εξάτμιση. Η εξάτμιση είναι η αλλαγή από την υγρή κατάσταση στην αέρια κατάσταση. Εμφανίζεται όταν η θερμοκρασία αυξάνεται με λογικό τρόπο, η οποία διακόπτει την αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων. Αυτό προκαλεί το διαχωρισμό τους και την αυξημένη κίνηση, δημιουργώντας ένα αέριο.
Συμπύκνωση. Συμπύκνωση είναι η αλλαγή από την αέρια κατάσταση στην υγρή κατάσταση. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται ή / και η πίεση αυξάνεται, τα σωματίδια αερίου χάνουν κάποια κινητικότητα και πλησιάζουν το ένα το άλλο. Αυτή η προσέγγιση εξηγεί τη μετάβαση από το αέριο στο υγρό.
Εξάχνιση. Η εξάχνωση είναι η αλλαγή από τη στερεά κατάσταση στην αέρια κατάσταση χωρίς να περάσει από την υγρή κατάσταση. Εμφανίζεται, για παράδειγμα, σε σφαίρες ναφθαλενίου. Αυτές οι σφαίρες που χρησιμοποιούνται για να κρατούν τους σκώρους μακριά από τις ντουλάπες έχουν την ιδιότητα να εξασθενίζουν με την πάροδο του χρόνου. Αυτό σημαίνει ότι πηγαίνουν από το στερεό στην αέρια κατάσταση χωρίς να περάσουν από την υγρή κατάσταση.
Αντίστροφη εξάχνωση. Ονομάζεται αντίστροφη εξάχνωση, παλινδρόμηση εξάχνωσης, εναπόθεση ή κρυστάλλωση για αλλαγή από την αέρια κατάσταση στο στερεό με άμεσο τρόπο.
Ιονισμός Ο ιονισμός είναι η αλλαγή από αέριο σε πλάσμα, η οποία συμβαίνει όταν τα σωματίδια αερίου φορτίζονται ηλεκτρικά, κάτι που είναι δυνατό όταν θερμαίνεται ένα αέριο.
Απιονισμός Η απιονίωση συνίσταται στη μετάβαση από την κατάσταση στο πλάσμα στην αέρια κατάσταση. Είναι, συνεπώς, η αντίθετη διαδικασία με τον ιονισμό.
Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε έναν πίνακα που συνοψίζει τις αλλαγές στην ύλη και παρουσιάζει ένα παράδειγμα για κάθε μία.
| Επεξεργάζομαι, διαδικασία | Αλλαγή κατάστασης | Παράδειγμα |
|---|---|---|
| Σύντηξη | Στερεό σε υγρό. | Απόψυξη. |
|
Στερεοποίηση | Υγρό έως στερεό. | Πάγος. |
| Εξάτμιση | Υγρό έως αέριο. | Υδρατμός. |
| Συμπύκνωση | Αέριο έως υγρό. | Βροχή. |
| Εξάχνιση | Στερεά σε αέρια. | Ξηρό πάγο. |
| Αντίστροφη εξάχνωση | Αέριο έως στερεό. | Χιόνι. |
| Ιονισμός | Αέριο έως πλάσμα. | Πινακίδες νέον. |
| Απιονισμός | Πλασματικό έως αέριο. | Ο καπνός που προκύπτει σβήσε μια φλόγα. |
Μπορεί να σας ενδιαφέρει:
- Αλλαγές της κατάστασης της ύλης
- Εξάτμιση
- Βρασμός
Νέες καταστάσεις της ύλης
Προς το παρόν, οι επιστημονικές έρευνες έχουν βρει νέες καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης μέσω τεχνητών διαδικασιών. Οι πιο γνωστοί βασίζονται στη θερμοκρασία και είναι το συμπύκνωμα Bose-Einstein, το φερμιονικό συμπύκνωμα και η υπερ-στερεά κατάσταση.
Ωστόσο, άλλες θεωρίες σχετικά με τις πιθανές καταστάσεις της ύλης εξακολουθούν να μελετώνται, όπως το μόριο Rydberg, η κατάσταση Quantum Hall, η φωτονική ύλη και το σταγονίδιο.
Συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC)
Η κατάσταση που είναι γνωστή ως συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC) συμβαίνει όταν ορισμένα αέρια υποβάλλονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 ° C), φθάνοντας σε τέτοια πυκνότητα και σημείο πήξης που τα άτομα δεν μπορούν να κινούνται.
Είναι μια κατάσταση ύλης που επιτεύχθηκε τεχνητά το 1995. Από τότε, είναι επίσης γνωστή ως η πέμπτη κατάσταση της ύλης.
Ένα παράδειγμα BEC είναι υλικά με υπεραγωγιμότητα, δηλαδή μπορούν να μεταδίδουν ηλεκτρισμό χωρίς να ασκούν αντίσταση και χωρίς να χάνουν ενέργεια.
ο χαρακτηριστικά της συμπυκνωμένης κατάστασης της Bose-Einstein είναι:
- Τα σωματίδια του είναι μποζόνια.
- Είναι παρατηρήσιμο μόνο σε υποατομικό επίπεδο.
- Παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα (μηδενική ηλεκτρική αντίσταση).
- Η ελάχιστη ενεργειακή του κατάσταση είναι γνωστή ως κατάσταση εδάφους.
Εξετάστε: Bose-Einstein Consensus Status
Πλήθος Φέρμι
Το συμπύκνωμα Fermi ή το φερμιονικό συμπύκνωμα είναι εκείνο όπου η ύλη είναι υπερρευστή, δηλαδή δεν έχει κανένα βαθμό ιξώδους. Η συμπεριφορά της φερμονικής κατάστασης είναι παρόμοια με ένα κύμα παρά με ένα σωματίδιο. Έχει σχέση με το κράτος Μπόσε-Αϊνστάιν.
ο χαρακτηριστικά του φερμονικού συμπυκνωτή Αυτοί είναι:
- Τα σωματίδια του είναι φερμιόνια (και όχι μποζόνια).
- Εμφανίζεται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν.
- Η σταθερότητά του διαρκεί για πολύ μικρό χρονικό διάστημα.
Εξαιρετικά συμπαγές
Το υπερ-στερεό είναι μια κατάσταση στην οποία η ύλη είναι διατεταγμένη στο χώρο με τις ιδιότητες ενός υπερρευστού. Μόνο το 2017 βρέθηκαν σαφείς ενδείξεις για την ύπαρξή του. Είναι ακόμη υπό έρευνα, όπως και άλλες υποθετικές καταστάσεις.
Δείτε επίσης:
- Ιδιότητες της ύλης
- Εντατικές και εκτεταμένες ιδιότητες της ύλης
