질량 보존 법칙: 정의, 공식, 역사 (예제 포함)

물리학의 가장 중요한 원칙 중 하나는 가장 중요한 속성 중 상당수가 흔들림없이 중요한 원칙을 준수한다는 것입니다.보존즉, 선택한 시스템에 포함 된 이러한 수량의 총량이 절대 변경되지 않습니다.

물리학에서 네 가지 공통된 양은 그들에게 적용되는 보존 법칙을 갖는 것이 특징입니다. 이것들은에너지​, ​기세​, ​각운동량과질량. 이 중 처음 세 개는 종종 역학 문제에 특정한 양이지만 질량은 보편적이며 발견 – 또는 과학계에서 오랫동안 지켜온 몇 가지 의혹을 확인하면서 질량이 보존된다는 증거는 알다.

그만큼질량 보존 법칙에서폐쇄 시스템(전체 우주를 포함하여) 질량은 화학적 또는 물리적 변화에 의해 생성되거나 파괴 될 수 없습니다. 다시 말해,총 질량은 항상 보존됩니다. 건방진 격언 "들어가는 것은 나와야한다!" 물리적 인 흔적없이 단순히 사라지는 것으로 보여진 적이 없기 때문에 문자 그대로 과학적 진실 인 것처럼 보입니다.

지금까지 흘린 모든 피부 세포에있는 모든 분자의 모든 구성 요소는 산소, 수소, 질소, 황 및 탄소 원자와 함께 여전히 존재합니다. 미스터리 SF 쇼처럼X- 파일진실에 대해 선언합니다.어딘가에​."

중력이 없으면 세계에서 특히“거대한”물체에 대해 특별한 것이 없기 때문에 대신“물질 보존의 법칙”이라고 부를 수 있습니다. 관련성이 과장하기 어렵 기 때문에이 중요한 구별에 대한 자세한 내용이 이어집니다.

질량 보존 법칙의 발견은 프랑스 과학자 Antoine Lavoisier에 의해 1789 년에 이루어졌습니다. 다른 사람들은 이전에 아이디어를 생각해 냈지만 Lavoisier가 처음으로 그것을 증명했습니다.

그 당시 원자 이론에 대한 화학에 대한 일반적인 믿음의 대부분은 여전히 ​​고대 그리스인들에게서 나왔고, 최근의 아이디어 덕분에 불 속에있는 무언가 ( "플로지스톤")는 실제로 물질이었습니다. 과학자들은 이것이 왜 재 더미가 재를 생산하기 위해 태워지는 것보다 가벼운 이유를 설명했습니다.

Lavoisier 가열수은 산화물그리고 화학 물질의 무게가 감소한 양은 화학 반응에서 방출되는 산소 가스의 무게와 같다는 점에 주목했습니다.

화학자들이 수증기 및 미량 가스와 같이 추적하기 어려운 물질의 질량을 설명하기 전에 그들은 그러한 법률이 실제로 조작.

어쨌든 이것은 Lavoisier로 하여금 물질은 화학 반응에서 보존되어야한다고 말하게했습니다. 즉, 화학 방정식의 각면에있는 물질의 총량이 동일하다는 것을 의미합니다. 이것은 화학 변화의 특성에 관계없이 반응물의 총 원자 수 (반드시 총 분자 수가 아님)가 생성물의 양과 같아야 함을 의미합니다.

• "​화학 방정식에서 생성물의 질량은 반응물의 질량과 같습니다."는 화학 양론의 기초 또는 화학 반응과 방정식이 각면의 질량과 원자 수 측면에서 수학적으로 균형을 이루는 회계 과정입니다.

사람들이 질량 보존 법칙에 대해 가질 수있는 한 가지 어려움은 감각의 한계로 인해 법의 일부 측면이 덜 직관적이라는 것입니다.

예를 들어 1 파운드의 음식을 먹고 1 파운드의 물을 마시면 화장실에 가지 않더라도 6 시간 정도 후에 체중이 똑같을 수 있습니다. 이는 부분적으로 식품의 탄소 화합물이 이산화탄소 (CO₂) 그리고 당신의 호흡에서 (보통 보이지 않는) 증기로 서서히 내 쉰다.

그 핵심은 화학 개념으로서 질량 보존 법칙은 물리학을 포함한 물리 과학을 이해하는 데 필수적입니다. 예를 들어 충돌에 대한 운동량 문제에서 시스템의 총 질량이 그것은 충돌 이전에 충돌 후 다른 무언가에 대한 것입니다. 왜냐하면 질량 (운동량과 에너지 같은)은 보존.

그만큼에너지 보존 법칙고립 된 시스템의 총 에너지는 절대 변하지 않으며 여러 가지 방식으로 표현 될 수 있다고 말합니다. 이들 중 하나는 KE (운동 에너지) + PE (잠재 에너지) + 내부 에너지 (IE) = 상수입니다. 이 법칙은 열역학 제 1 법칙을 따르며 질량처럼 에너지가 생성되거나 파괴 될 수 없음을 보장합니다.

• KE와 PE의 합은기계적 에너지,보수적 인 힘만 작용하는 시스템 (즉, 마찰 또는 열 손실의 형태로 에너지가 "낭비"되지 않는 경우)에서는 일정합니다.

​기세(미디엄V) 및각운동량​ (​엘= mvr) 또한 물리학에서 보존되며, 관련 법칙은 고전 분석 역학에서 입자의 거동 대부분을 강하게 결정합니다.

탄산 칼슘 또는 CaCO의 가열₃, 칼슘 화합물을 생성하고 신비한 가스를 방출합니다. 1kg (1,000g)의 CaCO가 있다고 가정 해 보겠습니다.₃그리고 이것이 가열되면 560g의 칼슘 화합물이 남아 있음을 발견했습니다.

남은 칼슘 화학 물질의 구성 가능성은 무엇이며 가스로 방출 된 화합물은 무엇입니까?

첫째, 이것은 본질적으로 화학 문제이기 때문에 원소 주기율표를 참조해야합니다 (예제는 참고 자료 참조).

초기 1,000g의 CaCO가 있다고 들었습니다.₃. 표에있는 구성 원자의 분자량에서 Ca = 40g / mol, C = 12g / mol, O = 16임을 알 수 있습니다. g / mol, 전체적으로 탄산 칼슘의 분자량을 100g / mol로 만듭니다 (3 개의 산소 원자가 CaCO₃). 하지만 1000g의 CaCO가 있습니다.₃, 이는 물질의 10 몰입니다.

이 예에서 칼슘 생성물은 10 몰의 Ca 원자를 가지고 있습니다. 각각의 Ca 원자는 40g / mol이기 때문에 CaCO 이후에 안전하게 남아 있다고 가정 할 수있는 총 400g의 Ca가 있습니다.₃ 가열되었습니다. 이 예에서 남은 160g (560 – 400)의 후 가열 화합물은 10 몰의 산소 원자를 나타냅니다. 이것은 440g의 질량을 방출 된 가스로 남겨 두어야합니다.

균형 방정식은 다음과 같은 형식이어야합니다.

그리고 "?" 가스는 탄소와 산소를 일부 조합하여 포함해야합니다. 20 몰의 산소 원자가 있어야합니다. + 기호 왼쪽에 이미 10 몰의 산소 원자가 있고 따라서 10 몰의 탄소 원자가 있습니다. "?" CO입니다_2. (오늘날의 과학 세계에서 여러분은 이산화탄소에 대해 들어봤을 때이 문제를 사소한 연습으로 만듭니다. 그러나 과학자조차도 "공중"에 무엇이 있는지 몰랐던 때를 생각해보십시오.)

물리학 학생들은 유명한질량 에너지 방정식 보존​ ​E = mc​² 1900 년대 초 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)이 가정하고 질량 (또는 에너지) 보존의 법칙을 위반하는지 궁금해합니다.

두 법 모두 위반되지 않습니다. 대신, 법칙은 질량과 에너지가 실제로 같은 것의 다른 형태임을 확인합니다.

상황에 따라 다른 단위로 측정하는 것과 비슷합니다.

위에서 설명한 이유 때문에 무의식적으로 질량을 무게와 동일시 할 수는 없습니다. 질량은 중력이 혼합되어있을 때만 무게이지만 경험상 중력이있을 때는 무게입니다.아니존재합니까 (무중력 챔버가 아닌 지구에있을 때)?

그러므로 물질을 그 자체로 에너지와 같이 특정한 기본 법칙과 원칙을 따르는 물질로 생각하는 것은 어렵습니다.

또한 에너지가 운동, 전위, 전기, 열 및 기타 유형간에 형태를 변경할 수있는 것처럼 물질은 같은 일을합니다.주: 고체, 기체, 액체 및 플라즈마.

자신의 감각이 이러한 양의 차이를 인식하는 방법을 필터링 할 수 있다면 물리적 인 실제 차이가 거의 없다는 것을 인식 할 수있을 것입니다.

"하드 과학"에서 주요 개념을 하나로 묶을 수 있다는 것은 처음에는 힘들어 보일 수 있지만 결국에는 항상 흥미롭고 보람있는 일입니다.