მასის შენარჩუნების კანონი: განმარტება, ფორმულა, ისტორია (მაგალითები / მაგალითები)

ფიზიკის ერთ – ერთი განმსაზღვრელი პრინციპი ის არის, რომ მისი მრავალი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ურყევად ემორჩილება მნიშვნელოვან პრინციპს: ადვილად განსაზღვრულ პირობებში, ისინიკონსერვირებული, რაც ნიშნავს, რომ თქვენს მიერ არჩეულ სისტემაში მოცემული ამ სიდიდეების საერთო რაოდენობა არასოდეს იცვლება.

ფიზიკაში ოთხი საერთო სიდიდე ხასიათდება კონსერვაციის კანონებით, რომლებიც მათ ეხება. Ესენი არიანენერგია​, ​იმპულსი​, ​იმპულსის მომენტიდამასა. აქედან პირველი სამი არის სიდიდეები, რომლებიც ხშირად სპეციფიკურია მექანიკის პრობლემებისათვის, მაგრამ მასა უნივერსალურია და აღმოჩენა - ან დემონსტრაცია, როგორც ეს იყო - რომ მასა შენარჩუნებულია, თუმცა მეცნიერების სამყაროში დიდი ხნის ეჭვის დადასტურება, სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი იყო დაამტკიცეთ.

მასის შენარჩუნების კანონიაცხადებს, რომ, ადახურული სისტემა(მთლიანი სამყაროს ჩათვლით), მასა ვერ შეიქმნება და ვერ განადგურდება ქიმიური ან ფიზიკური ცვლილებებით. Სხვა სიტყვებით,მთლიანი მასა ყოველთვის დაცულია. თავხედური მაქსიმა "რაც შედის, უნდა გამოვიდეს!" როგორც ჩანს, ფაქტიური სამეცნიერო ტრუიზმია, რადგან არასოდეს ყოფილა ნაჩვენები, რომ ყველაფერი უბრალოდ გაქრება, ფიზიკური კვალი არ არის.

ყველა მოლეკულის ყველა კომპონენტი კანის ყველა უჯრედში, რომელიც თქვენ ოდესმე დაიღვარა, მათი ჟანგბადი, წყალბადის, აზოტის, გოგირდის და ნახშირბადის ატომები, კვლავ არსებობს. ისევე, როგორც საიდუმლოებით მოცული სამეცნიერო ფანტასტიკაX- ფაილებიაცხადებს სიმართლის შესახებ, მთელი მასა, რაც ოდესმე ყოფილასადღაც​."

ამის ნაცვლად შეიძლება "მატერიის შენარჩუნების კანონი" ეწოდოს, რადგან, არ არსებობს სიმძიმის სიმძიმე, მსოფლიოში განსაკუთრებული არაფერია "მასიური" ობიექტების შესახებ; უფრო მეტი ამ მნიშვნელოვან განსხვავებას შემდეგნაირად მოჰყვება, რადგან მისი შესაბამისობის გადაჭარბება ძნელია.

მასის შენარჩუნების კანონის აღმოჩენა 1789 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ანტუან ლავუაზიემ გააკეთა; სხვებს ადრეც მოუვიდათ იდეა, მაგრამ ლავუაზიემ პირველმა დაამტკიცა ეს.

იმ დროს, ქიმიის გაბატონებული რწმენა ატომური თეორიის შესახებ ჯერ კიდევ ძველი ბერძნებიდან მომდინარეობდა და უახლესი იდეების წყალობით, ფიქრობდნენ, რომ რაღაც ცეცხლში იყო ("ფლოგისტონი") სინამდვილეში ნივთიერება იყო. ეს, მეცნიერების აზრით, განმარტა, თუ რატომ არის ნაცრის გროვა მსუბუქია, ვიდრე დაწვა ნაცრის წარმოებისთვის.

ლავუაზიემ გაათბომერკური ოქსიდიდა აღნიშნა, რომ ქიმიკატების წონის შემცირება უდრის ქიმიურ რეაქციაში გამოყოფილი ჟანგბადის გაზის წონას.

სანამ ქიმიკოსები შეძლებდნენ მასალების აღრიცხვას, რაც ძნელად დასადევნებელია, მაგალითად წყლის ორთქლი და მიკრო აირები, მათ არ შეეძლოთ ადეკვატურად შეამოწმოთ ნებისმიერი საკითხის კონსერვაციის პრინციპები, მაშინაც კი, თუ ეჭვი აქვთ, რომ ასეთი კანონები ნამდვილად არსებობს ოპერაცია.

ნებისმიერ შემთხვევაში, ამან ლავუაზიეს თქვა, რომ მატერია უნდა იყოს დაცული ქიმიური რეაქციების დროს, რაც ნიშნავს, რომ ქიმიური განტოლების თითოეულ მხარეს მატერიის საერთო რაოდენობა იგივეა. ეს ნიშნავს, რომ რეაქტიულ ნივთიერებებში ატომების საერთო რაოდენობა (მაგრამ არა აუცილებლად მოლეკულების საერთო რაოდენობა) უნდა ტოლი იყოს პროდუქტებში, ქიმიური ცვლილების ხასიათის მიუხედავად.

• "​პროდუქციის მასა ქიმიურ განტოლებებში ტოლია რეაქტივების მასისა”არის სტოიქომეტრიის საფუძველი, ან აღრიცხვის პროცესი, რომლის დროსაც ქიმიური რეაქციები და განტოლებები მათემატიკურად გაწონასწორებულია ორივე მხარის ატომების მასისა და რაოდენობის მიხედვით.

ერთი სირთულე შეიძლება ჰქონდეთ ხალხს მასის შენარჩუნების კანონში, არის ის, რომ თქვენი გრძნობების შეზღუდვა კანონის ზოგიერთ ასპექტს ნაკლებად ინტუიტიურს ხდის.

მაგალითად, როდესაც გირვანქა საჭმელს მიირთმევთ და გირვანქა სითხე დალიეთ, შესაძლოა იგივე ექვსი ან საათის შემდეგ იწონით, თუნდაც აბაზანაში არ მიხვიდეთ. ეს ნაწილობრივ იმიტომ ხდება, რომ საკვები ნახშირბადის ნაერთები გარდაიქმნება ნახშირორჟანგად (CO)₂) და თანდათან ამოისუნთქეთ თქვენს სუნთქვის (ჩვეულებრივ უხილავი) ორთქლში.

მის საფუძველში, როგორც ქიმიის ცნება, მასის შენარჩუნების კანონი განუყოფელია ფიზიკური მეცნიერების, მათ შორის ფიზიკის, გაგებაში. მაგალითად, შეჯახების იმპულსის პრობლემაში შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ სისტემაში მთლიანი მასა არ შეცვლილა ეს იყო შეჯახებამდე, ვიდრე რაღაც განსხვავებული შეჯახების შემდეგ, რადგან მასა არის მსგავსი იმპულსი და ენერგია კონსერვირებული.

ენერგიის შენარჩუნების კანონინათქვამია, რომ იზოლირებული სისტემის მთლიანი ენერგია არასოდეს იცვლება და ეს შეიძლება გამოიხატოს მრავალი გზით. ერთ-ერთი მათგანია KE (კინეტიკური ენერგია) + PE (პოტენციური ენერგია) + შინაგანი ენერგია (IE) = მუდმივა. ეს კანონი გამომდინარეობს თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან და არწმუნებს, რომ ენერგია, ისევე როგორც მასა, არ შეიძლება შეიქმნას ან განადგურდეს.

• KE და PE ჯამი ეწოდებამექანიკური ენერგია,და მუდმივია სისტემებში, რომელშიც მოქმედებს მხოლოდ კონსერვატიული ძალები (ანუ, როდესაც არანაირი ენერგია არ "იკარგება" ხახუნის ან სითბოს დანაკარგების სახით).

​იმპულსი(მვ) დაიმპულსის მომენტი​ (​ლ= მვრ) ასევე დაცულია ფიზიკაში და შესაბამისი კანონები მკაცრად განსაზღვრავს ნაწილაკების ქცევის დიდ ნაწილს კლასიკურ ანალიტიკურ მექანიკაში.

კალციუმის კარბონატის ან CaCO– ს გათბობა₃, აწარმოებს კალციუმის ნაერთს, საიდუმლოებით მოცული გაზის გათავისუფლებისას. ვთქვათ, გაქვთ 1 კგ (1000 გ) CaCO₃და აღმოაჩენთ, რომ როდესაც ეს თბება, 560 გრამი კალციუმის ნაერთი რჩება.

რა არის კალციუმის დარჩენილი ქიმიური ნივთიერების სავარაუდო შემადგენლობა და რა არის ის შემადგენლობა, რომელიც გაზის სახით გამოთავისუფლდა?

პირველ რიგში, ვინაიდან ეს არსებითად ქიმიის პრობლემაა, თქვენ უნდა მიმართოთ პერიოდულ ცხრილ ელემენტებს (იხილეთ რესურსების მაგალითი).

თქვენ გითხარით, რომ გაქვთ თავდაპირველი 1000 გრ CaCO₃. ცხრილში შემავალი შემადგენელი ატომების მოლეკულური მასებიდან ხედავთ, რომ Ca = 40 გ / მოლი, C = 12 გ / მოლი და O = 16 გ / მოლ, კალციუმის კარბონატის მოლეკულური მასა მთლიანობაში 100 გ / მოლი (გახსოვდეთ, აქ არის ჟანგბადის სამი ატომი CaCO₃). ამასთან, თქვენ გაქვთ 1000 გრ CaCO₃, რაც ნივთიერების 10 მოლია.

ამ მაგალითში, კალციუმის პროდუქტს აქვს 10 მოლი Ca ატომი; რადგან Ca Ca– ს თითოეული ატომია 40 გ / მოლი, თქვენ გაქვთ 400 გრამი Ca, რომელიც შეგიძლიათ უსაფრთხოდ ჩათვალოთ, რომ CaCO– ს შემდეგ დარჩა₃ თბებოდა. ამ მაგალითისთვის, დარჩენილი 160 გ (560 - 400) შემდგომი გამათბობელი ნაერთი წარმოადგენს ჟანგბადის ატომების 10 მოლს. ამან უნდა დატოვოს 440 გ მასა, როგორც გათავისუფლებული გაზი.

დაბალანსებულ განტოლებას უნდა ჰქონდეს ფორმა

და "?" გაზი უნდა შეიცავდეს ნახშირბადს და ჟანგბადს ზოგიერთ კომბინაციაში; მას უნდა ჰქონდეს 20 მოლი ჟანგბადის ატომები - თქვენ უკვე გაქვთ 10 მოლი ჟანგბადის ატომები + ნიშნის მარცხნივ - და, შესაბამისად, 10 მოლი ნახშირბადის ატომები. "?" არის CO_2. (დღევანდელ სამეცნიერო სამყაროში თქვენ გსმენიათ ნახშირორჟანგის შესახებ, რაც ამ პრობლემას ტრივიალურ წვრთნად აქცევს. მაგრამ დაფიქრდი იმ დროზე, როდესაც მეცნიერებმა არც კი იცოდნენ რა იყო "ჰაერში".)

ფიზიკის სტუდენტები შეიძლება ცნობიერების დაბნეულობაში იყვნენმასა-ენერგიის განტოლების შენარჩუნება​ ​E = mc​² ალბერტ აინშტაინის მიერ გამოქვეყნებული პოსტი 1900-იანი წლების დასაწყისში, ფიქრობდა, უგულებელყოფს თუ არა იგი მასის (ან ენერგიის) შენარჩუნების კანონს, რადგან, როგორც ჩანს, მასა შეიძლება ენერგიად გადაიქცეს და პირიქით.

არც კანონი ირღვევა; ამის ნაცვლად, კანონი ამტკიცებს, რომ მასა და ენერგია სინამდვილეში ერთი და იგივე ნივთის სხვადასხვა ფორმაა.

ეს მსგავსია სიტუაციის გათვალისწინებით მათი გაზომვაში სხვადასხვა განყოფილებებში.

თქვენ შეიძლება არ დაგეხმაროთ, მაგრამ არაცნობიერად მასა გაუტოლდეს წონას ზემოთ აღწერილი მიზეზების გამო - მასა მხოლოდ წონაა, როდესაც გრავიტაცია არის ნაზავი, მაგრამ როდესაც თქვენი გამოცდილებაა გრავიტაციაარადღემდე (როდესაც დედამიწაზე ხარ და არა ნულოვანი გრავიტაციის პალატაში)?

მაშასადამე, ძნელია მატერიის მხოლოდ ისეთი მასალის აღქმა, როგორიც არის საკუთარი ენერგია, რომელიც ემორჩილება გარკვეულ ფუნდამენტურ კანონებსა და პრინციპებს.

ასევე, ისევე როგორც ენერგიას შეუძლია შეცვალოს ფორმები კინეტიკური, პოტენციური, ელექტრული, თერმული და სხვა ტიპებს შორის, მატერიაც იგივესაა, თუმცა მატერიის სხვადასხვა ფორმას ე.წ.აცხადებს: მყარი, გაზი, სითხე და პლაზმა.

თუ შეგიძლიათ გაფილტროთ, თუ როგორ აღიქვამენ თქვენი საკუთარი გრძნობები ამ რაოდენობებში არსებულ განსხვავებებს, შეიძლება დააფასოთ, რომ ფიზიკაში რამდენიმე რეალური განსხვავებაა.

"მძიმე მეცნიერებებში" ძირითადი კონცეფციების ერთმანეთთან დაკავშირების შესაძლებლობა თავდაპირველად შეიძლება რთული აღმოჩნდეს, მაგრამ ბოლოს ყოველთვის საინტერესო და საინტერესოა.