भौतिकी के महान परिभाषित सिद्धांतों में से एक यह है कि इसके कई सबसे महत्वपूर्ण गुण अटूट रूप से एक महत्वपूर्ण सिद्धांत का पालन करते हैं: आसानी से निर्दिष्ट शर्तों के तहत, वे हैंसंरक्षित, जिसका अर्थ है कि आपके द्वारा चुने गए सिस्टम में निहित इन मात्राओं की कुल राशि कभी नहीं बदलती है।
भौतिकी में चार सामान्य मात्राओं को उन पर लागू होने वाले संरक्षण के नियमों की विशेषता है। येऊर्जा, गति, कोणीय गतितथाद्रव्यमान. इनमें से पहले तीन मात्राएं अक्सर यांत्रिकी समस्याओं के लिए विशिष्ट होती हैं, लेकिन द्रव्यमान सार्वभौमिक होता है, और खोज - या प्रदर्शन, जैसा कि यह था - कि द्रव्यमान संरक्षित है, जबकि विज्ञान की दुनिया में कुछ लंबे समय से आयोजित संदेह की पुष्टि करना महत्वपूर्ण था साबित करो।
मास के संरक्षण का कानून
द्रव्यमान के संरक्षण का नियमबताता है कि, a. मेंबंद प्रणाली(संपूर्ण ब्रह्मांड सहित), द्रव्यमान को न तो रासायनिक या भौतिक परिवर्तनों से बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है। दूसरे शब्दों में,कुल द्रव्यमान हमेशा संरक्षित होता है. चुटीला कहावत "क्या अंदर जाता है, अवश्य बाहर आना चाहिए!" एक शाब्दिक वैज्ञानिक सत्यवाद प्रतीत होता है, क्योंकि बिना किसी भौतिक निशान के केवल गायब होने के लिए कुछ भी नहीं दिखाया गया है।
आपके द्वारा छोड़ी गई प्रत्येक त्वचा कोशिका के सभी अणुओं के सभी घटक, उनके ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फर और कार्बन परमाणुओं के साथ, अभी भी मौजूद हैं। जिस तरह मिस्ट्री साइंस फिक्शन शोद एक्स फाइल्ससत्य के बारे में घोषणा करता है, सभी द्रव्यमान जो कभी थे "वहाँ से बाहर है"कहीं."
इसके बजाय इसे "पदार्थ के संरक्षण का नियम" कहा जा सकता है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति में, दुनिया में विशेष रूप से "विशाल" वस्तुओं के बारे में कुछ खास नहीं है; इस महत्वपूर्ण अंतर के बारे में अधिक जानकारी इस प्रकार है, क्योंकि इसकी प्रासंगिकता को बढ़ा-चढ़ाकर बताना मुश्किल है।
जन संरक्षण कानून का इतिहास
द्रव्यमान के संरक्षण के नियम की खोज १७८९ में फ्रांसीसी वैज्ञानिक एंटोनी लावोजियर द्वारा की गई थी; अन्य पहले भी इस विचार के साथ आए थे, लेकिन लवॉज़ियर इसे साबित करने वाले पहले व्यक्ति थे।
उस समय, परमाणु सिद्धांत के बारे में रसायन विज्ञान में प्रचलित विश्वास अभी भी प्राचीन यूनानियों से आया था, और हाल के विचारों के लिए धन्यवाद, यह सोचा गया था कि आग के भीतर कुछ है ("ज्वलनशीलता") वास्तव में एक पदार्थ था। यह, वैज्ञानिकों ने तर्क दिया, समझाया कि राख का ढेर राख पैदा करने के लिए जलाए जाने की तुलना में हल्का क्यों है।
लैवोज़ियर गरममर्क्यूरिक ऑक्साइडऔर ध्यान दिया कि जिस मात्रा में रसायन का वजन कम हुआ वह रासायनिक प्रतिक्रिया में जारी ऑक्सीजन गैस के वजन के बराबर था।
इससे पहले कि केमिस्ट उन चीजों के द्रव्यमान का हिसाब लगा सकें, जिन्हें ट्रैक करना मुश्किल था, जैसे कि जल वाष्प और ट्रेस गैसें, वे किसी भी मामले के संरक्षण सिद्धांतों का पर्याप्त रूप से परीक्षण नहीं कर सके, भले ही उन्हें संदेह हो कि ऐसे कानून वास्तव में थे ऑपरेशन।
किसी भी मामले में, इसने लवॉज़ियर को यह बताने के लिए प्रेरित किया कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में पदार्थ को संरक्षित किया जाना चाहिए, जिसका अर्थ है कि रासायनिक समीकरण के प्रत्येक पक्ष पर पदार्थ की कुल मात्रा समान है। इसका मतलब है कि रासायनिक परिवर्तन की प्रकृति की परवाह किए बिना, अभिकारकों में परमाणुओं की कुल संख्या (लेकिन जरूरी नहीं कि अणुओं की कुल संख्या) उत्पादों की मात्रा के बराबर होनी चाहिए।
- "रासायनिक समीकरणों में उत्पादों का द्रव्यमान अभिकारकों के द्रव्यमान के बराबर होता है"स्टोइकोमेट्री का आधार है, या लेखांकन प्रक्रिया जिसके द्वारा रासायनिक प्रतिक्रियाओं और समीकरणों को गणितीय रूप से दोनों तरफ द्रव्यमान और परमाणुओं की संख्या के संदर्भ में संतुलित किया जाता है।
मास के संरक्षण का अवलोकन
लोगों को द्रव्यमान के संरक्षण के नियम के साथ एक कठिनाई यह हो सकती है कि आपकी इंद्रियों की सीमाएं कानून के कुछ पहलुओं को कम सहज बनाती हैं।
उदाहरण के लिए, जब आप एक पाउंड खाना खाते हैं और एक पाउंड तरल पदार्थ पीते हैं, तो आपका वजन छह या इतने घंटे बाद भी हो सकता है, भले ही आप बाथरूम न जाएं। यह आंशिक रूप से है क्योंकि भोजन में कार्बन यौगिक कार्बन डाइऑक्साइड (CO .) में परिवर्तित हो जाते हैं2) और अपनी सांस में धीरे-धीरे (आमतौर पर अदृश्य) वाष्प में छोड़ दें।
इसके मूल में, रसायन विज्ञान की अवधारणा के रूप में, द्रव्यमान के संरक्षण का नियम भौतिक विज्ञान सहित भौतिक विज्ञान को समझने का अभिन्न अंग है। उदाहरण के लिए, टक्कर के संवेग की समस्या में, हम यह मान सकते हैं कि निकाय का कुल द्रव्यमान किससे परिवर्तित नहीं हुआ है यह टक्कर से पहले टक्कर के बाद कुछ अलग करने के लिए था क्योंकि द्रव्यमान - जैसे संवेग और ऊर्जा - है संरक्षित।
भौतिक विज्ञान में और क्या "संरक्षित" है?
ऊर्जा संरक्षण का नियमबताता है कि एक पृथक प्रणाली की कुल ऊर्जा कभी नहीं बदलती है, और इसे कई तरीकों से व्यक्त किया जा सकता है। इनमें से एक KE (गतिज ऊर्जा) + PE (संभावित ऊर्जा) + आंतरिक ऊर्जा (IE) = एक स्थिरांक है। यह नियम ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का पालन करता है और यह आश्वासन देता है कि द्रव्यमान की तरह ऊर्जा को बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है।
- केई और पीई के योग को कहा जाता हैमेकेनिकल ऊर्जा,और उन प्रणालियों में स्थिर है जिनमें केवल रूढ़िवादी बल कार्य करते हैं (अर्थात, जब कोई ऊर्जा घर्षण या गर्मी के नुकसान के रूप में "बर्बाद" नहीं होती है)।
गति(मवी) तथाकोणीय गति (ली= एमvr) भौतिकी में भी संरक्षित हैं, और प्रासंगिक कानून शास्त्रीय विश्लेषणात्मक यांत्रिकी में कणों के व्यवहार को दृढ़ता से निर्धारित करते हैं।
द्रव्यमान के संरक्षण का नियम: उदाहरण
कैल्शियम कार्बोनेट, या CaCO का ताप3, एक रहस्यमय गैस को मुक्त करते हुए एक कैल्शियम यौगिक का उत्पादन करता है। मान लें कि आपके पास 1 किलो (1,000 ग्राम) CaCO है3और आप पाते हैं कि जब इसे गर्म किया जाता है, तो 560 ग्राम कैल्शियम यौगिक शेष रह जाता है।
शेष कैल्शियम रासायनिक पदार्थ की संभावित संरचना क्या है, और वह यौगिक क्या है जो गैस के रूप में मुक्त हुआ था?
सबसे पहले, चूंकि यह अनिवार्य रूप से एक रसायन विज्ञान की समस्या है, इसलिए आपको तत्वों की एक आवर्त सारणी (उदाहरण के लिए संसाधन देखें) का उल्लेख करना होगा।
आपको बताया गया है कि आपके पास प्रारंभिक 1,000 ग्राम CaCO. है3. तालिका में घटक परमाणुओं के आणविक द्रव्यमान से, आप देखते हैं कि Ca = 40 g/mol, C = 12 g/mol, और O = 16 g/mol, कैल्शियम कार्बोनेट के आणविक द्रव्यमान को संपूर्ण १०० g/mol बनाता है (याद रखें कि इसमें तीन ऑक्सीजन परमाणु होते हैं CaCO3). हालांकि, आपके पास 1,000 ग्राम CaCO है3, जो पदार्थ के 10 मोल है।
इस उदाहरण में, कैल्शियम उत्पाद में 10 मोल Ca परमाणु हैं; क्योंकि प्रत्येक सीए परमाणु 40 ग्राम/मोल है, आपके पास 400 ग्राम सीए है जिसे आप सुरक्षित रूप से मान सकते हैं कि सीएसीओ के बाद छोड़ा गया था3 गरम किया गया था। इस उदाहरण के लिए, शेष 160 ग्राम (560 - 400) पोस्ट-हीटिंग कंपाउंड 10 मोल ऑक्सीजन परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करता है। यह 440 ग्राम द्रव्यमान को एक मुक्त गैस के रूप में छोड़ना चाहिए।
संतुलित समीकरण का रूप होना चाहिए
10\पाठ{CaCO}_3\का अर्थ है10\पाठ{CaO} + \पाठ{ ?}
और यह "?" गैस में कुछ संयोजन में कार्बन और ऑक्सीजन होना चाहिए; इसमें 20 मोल ऑक्सीजन परमाणु होने चाहिए - आपके पास पहले से ही + चिह्न के बाईं ओर 10 मोल ऑक्सीजन परमाणु हैं - और इसलिए 10 मोल कार्बन परमाणु हैं। "?" सीओ है2. (आज के विज्ञान जगत में, आपने कार्बन डाइऑक्साइड के बारे में सुना है, जिससे यह समस्या एक तुच्छ अभ्यास बन जाती है। लेकिन उस समय के बारे में सोचें जब वैज्ञानिक भी नहीं जानते थे कि "हवा" में क्या है।)
आइंस्टीन और द्रव्यमान-ऊर्जा समीकरण
भौतिकी के छात्र प्रसिद्ध द्वारा भ्रमित हो सकते हैंद्रव्यमान-ऊर्जा समीकरण का संरक्षण ई = एमसी2 १९०० के दशक की शुरुआत में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा पोस्ट किया गया था, यह सोचकर कि क्या यह द्रव्यमान (या ऊर्जा) के संरक्षण के नियम की अवहेलना करता है, क्योंकि ऐसा लगता है कि द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत।
न तो कानून का उल्लंघन किया जाता है; इसके बजाय, कानून पुष्टि करता है कि द्रव्यमान और ऊर्जा वास्तव में एक ही चीज़ के विभिन्न रूप हैं।
यह स्थिति को देखते हुए उन्हें विभिन्न इकाइयों में मापने जैसा है।
वास्तविक दुनिया में द्रव्यमान, ऊर्जा और वजन
आप शायद मदद नहीं कर सकते लेकिन अनजाने में ऊपर वर्णित कारणों से वजन के साथ द्रव्यमान की बराबरी कर सकते हैं - द्रव्यमान केवल वजन होता है जब गुरुत्वाकर्षण मिश्रण में होता है, लेकिन जब आपके अनुभव में गुरुत्वाकर्षण होता हैनहींउपस्थित (जब आप पृथ्वी पर हों और शून्य-गुरुत्वाकर्षण कक्ष में नहीं)?
तब, पदार्थ को केवल एक वस्तु के रूप में, अपने आप में ऊर्जा की तरह समझना कठिन है, जो कुछ मूलभूत नियमों और सिद्धांतों का पालन करता है।
साथ ही, जिस तरह ऊर्जा गतिज, क्षमता, विद्युत, तापीय और अन्य प्रकारों के बीच रूपों को बदल सकती है, पदार्थ वही काम करता है, हालांकि पदार्थ के विभिन्न रूपों को कहा जाता हैराज्यों: ठोस, गैस, तरल और प्लाज्मा।
यदि आप फ़िल्टर कर सकते हैं कि आपकी अपनी इंद्रियाँ इन मात्राओं में अंतर को कैसे देखती हैं, तो आप यह समझने में सक्षम हो सकते हैं कि भौतिकी में कुछ वास्तविक अंतर हैं।
"कठिन विज्ञान" में प्रमुख अवधारणाओं को एक साथ जोड़ने में सक्षम होना पहली बार में कठिन लग सकता है, लेकिन अंत में यह हमेशा रोमांचक और फायदेमंद होता है।