質量保存の法則：定義、公式、歴史（例付き）

物理学の優れた定義原理の1つは、その最も重要な特性の多くが揺るぎなく重要な原理に従うことです。簡単に指定できる条件下では、次のようになります。保存された、つまり、選択したシステムに含まれるこれらの数量の合計量は変更されません。

物理学における4つの一般的な量は、それらに適用される保存則を持つことを特徴としています。 これらはエネルギー​, ​勢い​, ​角運動量そして質量. これらの最初の3つは、多くの場合、力学の問題に固有の量ですが、質量は普遍的であり、発見–または いわば、科学の世界で長年の疑惑を確認しながら、質量が保存されているというデモンストレーションは、 証明します。

ザ・質量保存の法則で、閉鎖系（宇宙全体を含む）、質量は化学的または物理的変化によって作成または破壊することはできません。 言い換えると、総質量は常に保存されます. 生意気な格言「入ってくるもの、出なければならない！」 物理的な痕跡がなく、単に消えるということはこれまでに示されていないため、文字通りの科学的真実であるように思われます。

酸素、水素、窒素、硫黄、炭素原子など、これまでに流したすべての皮膚細胞のすべての分子のすべての成分がまだ存在しています。 ミステリーサイエンスフィクションショーのようにXファイル真実について宣言します、これまでにあったすべての大衆は「そこにありますどこか​."

代わりに「物質の保存の法則」と呼ぶことができます。なぜなら、重力がなければ、特に「巨大な」物体について世界で特別なことは何もないからです。 その関連性を誇張するのは難しいので、この重要な区別についてさらに詳しく説明します。

質量保存の法則の発見は、1789年にフランスの科学者アントワーヌラヴォワジエによって行われました。 他の人は以前にそのアイデアを思いついたことがありましたが、ラヴォワジエが最初にそれを証明しました。

当時、原子理論に関する化学の一般的な信念の多くは、依然として古代ギリシャ人からのものであり、より最近のアイデアのおかげで、何かが火の中にあると考えられていました（ "フロギストン"）は実際には物質でした。 これは、科学者が推論し、灰の山が灰を生成するために燃やされたものよりも軽い理由を説明しました。

ラヴォワジエ加熱酸化水銀そして、化学物質の重量が減少した量は、化学反応で放出された酸素ガスの重量に等しいことに注意した。

化学者が水蒸気や微量気体など、追跡が困難なものの質量を説明できるようになる前は、 彼らは、そのような法律が実際に存在していると疑ったとしても、物質保全の原則を適切にテストすることができませんでした。 操作。

いずれにせよ、これによりLavoisierは、物質は化学反応で保存されなければならないと述べました。つまり、化学反応式の両側の物質の総量は同じです。 これは、化学変化の性質に関係なく、反応物の原子の総数（必ずしも分子の総数ではない）が生成物の量と等しくなければならないことを意味します。

• "​化学反応式の生成物の質量は、反応物の質量と同じです。"は、化学量論、または化学反応と方程式が各側の原子の質量と数の両方に関して数学的にバランスが取れている会計プロセスの基礎です。

質量保存の法則で人々が抱える問題の1つは、感覚の限界が法則のいくつかの側面を直感的にしにくくすることです。

たとえば、1ポンドの食べ物を食べ、1ポンドの水分を飲むと、トイレに行かなくても、6時間ほど後に同じ体重になる可能性があります。 これは、食品中の炭素化合物が二酸化炭素（CO）に変換されるためです。₂）そしてあなたの呼吸の（通常は見えない）蒸気の中で徐々に吐き出されます。

その核となるのは、化学の概念として、質量保存の法則は、物理学を含む物理科学を理解するために不可欠です。 たとえば、衝突に関する運動量の問題では、システム内の総質量が何からも変化していないと想定できます。 運動量やエネルギーのような質量は 保存されています。

ザ・エネルギー保存の法則孤立したシステムの総エネルギーは決して変化しないと述べており、それはさまざまな方法で表現できます。 これらの1つは、KE（運動エネルギー）+ PE（位置エネルギー）+内部エネルギー（IE）=定数です。 この法則は、熱力学の第1法則に従い、質量のようなエネルギーが生成または破壊されないことを保証します。

• KEとPEの合計は力学的エネルギー、また、保存力のみが作用するシステム（つまり、摩擦損失または熱損失の形でエネルギーが「浪費」されない場合）では一定です。

​勢い（mv）および角運動量​ (​L= mvr）は物理学でも保存されており、関連する法則により、古典的な解析力学における粒子の挙動の多くが強く決定されます。

炭酸カルシウム、またはCaCOの加熱₃、不思議なガスを放出しながらカルシウム化合物を生成します。 あなたが1kg（1,000g）のCaCOを持っているとしましょう₃、そしてこれを加熱すると、560グラムのカルシウム化合物が残っていることがわかります。

残りのカルシウム化学物質の可能性のある組成は何ですか、そしてガスとして放出された化合物は何ですか？

まず、これは本質的に化学の問題であるため、元素の周期表を参照する必要があります（例については「参考文献」を参照）。

あなたは最初の1,000gのCaCOを持っていると言われています₃. 表の構成原子の分子量から、Ca = 40 g / mol、C = 12 g / mol、およびO = 16であることがわかります。 g / mol、全体として炭酸カルシウムの分子量を100 g / molにします（3つの酸素原子があることを思い出してください） CaCO₃). しかし、あなたは1,000gのCaCOを持っています₃、これは物質の10モルです。

この例では、カルシウム生成物には10モルのCa原子が含まれています。 各Ca原子は40g / molであるため、CaCOの後に残ったと安全に推測できる合計400gのCaがあります。₃ 加熱されました。 この例では、後加熱化合物の残りの160 g（560 – 400）は、10モルの酸素原子に相当します。 これにより、440gの質量が放出ガスとして残る必要があります。

平衡方程式は次の形式である必要があります

そしてその "？" ガスには、炭素と酸素が何らかの組み合わせで含まれている必要があります。 20モルの酸素原子が必要です– +記号の左側にすでに10モルの酸素原子があります–したがって、10モルの炭素原子があります。 「？」 COです_2. （今日の科学の世界では、二酸化炭素について聞いたことがあるので、この問題は些細なことです。 しかし、科学者でさえ「空中」に何があるのか​​さえ知らなかった時代を考えてみてください。）

物理学の学生は有名な人に混乱するかもしれません質量保存の法則​ ​E = mc​² 1900年代初頭にアルバート・アインシュタインによって仮定され、質量（またはエネルギー）の保存の法則に反するのではないかと考えました。これは、質量がエネルギーに変換される可能性があることを意味しているようです。

どちらの法律にも違反していません。 代わりに、法律は、質量とエネルギーが実際には同じものの異なる形であると断言しています。

それは、状況に応じて異なる単位でそれらを測定するようなものです。

上記の理由により、無意識のうちに質量と重量を同一視せざるを得ないかもしれません。質量は重力が混在している場合にのみ重量ですが、経験上は重力です。ない存在します（あなたが地球上にいて、無重力の部屋にいないとき）？

したがって、物質を、それ自体がエネルギーのように、特定の基本的な法則と原則に従う単なるものと考えるのは困難です。

また、エネルギーが運動、電位、電気、熱、その他のタイプの間で形を変えることができるのと同じように、物質は同じことをしますが、異なる形の物質は呼ばれます州：固体、気体、液体、プラズマ。

自分の感覚がこれらの量の違いをどのように知覚するかをフィルタリングできれば、物理学には実際の違いがほとんどないことを理解できるかもしれません。

「ハードサイエンス」で主要な概念を結び付けることができることは、最初は困難に思えるかもしれませんが、最終的には常にエキサイティングでやりがいがあります。