Masu saglabāšanas likums: definīcija, formula, vēsture (ar piemēriem)

Viens no lielākajiem fizikas principiem ir tas, ka daudzas tās vissvarīgākās īpašības nemitīgi pakļaujas svarīgam principam: viegli noteiktos apstākļos tie tiekkonservēti, kas nozīmē, ka kopējais šo daudzumu daudzums jūsu izvēlētajā sistēmā nekad nemainās.

Četrus fizikā izplatītus lielumus raksturo saglabāšanas likumi, kas uz tiem attiecas. Šie irenerģija​, ​impulss​, ​leņķiskais impulssunmasa. Pirmie trīs no tiem ir lielumi, kas bieži raksturīgi mehānikas problēmām, bet masa ir universāla, un atklājums - vai demonstrācija, it kā - ka masa tiek saglabāta, vienlaikus apstiprinot dažas ilgstošas ​​aizdomas zinātnes pasaulē, bija vitāli svarīga pierādīt.

Themasu saglabāšanas likumsnorāda, ka aslēgta sistēma(ieskaitot visu Visumu), masu nevar radīt vai iznīcināt ķīmiskas vai fiziskas izmaiņas. Citiem vārdiem sakot,kopējā masa vienmēr tiek saglabāta. Bezkaunīgs maksimums "Kas iet iekšā, tam jāiznāk!" šķiet burtiski zinātnisks patiesums, jo nekad nav pierādīts, ka nekas vienkārši pazustu bez fiziskas pēdas.

Joprojām pastāv visas visu katras ādas šūnas molekulu sastāvdaļas ar skābekļa, ūdeņraža, slāpekļa, sēra un oglekļa atomiem. Gluži kā to parāda noslēpumainā zinātniskā fantastikaX failipaziņo par patiesību, visa masa, kāda jebkad bijusi "ir turkaut kur​."

Tā vietā to varētu saukt par “vielas saglabāšanas likumu”, jo, ja nav gravitācijas, īpaši “masveida” priekšmetos pasaulē nav nekā īpaša; Seko vairāk par šo svarīgo atšķirību, jo tās nozīmi ir grūti pārvērtēt.

Masu saglabāšanas likuma atklājumu 1789. gadā veica franču zinātnieks Antoine Lavoisier; citi jau bija izdomājuši šo ideju, bet Lavoisier bija pirmais, kas to pierādīja.

Tajā laikā liela daļa ķīmijā valdošās pārliecības par atomu teoriju joprojām nāca no senajiem grieķiem, un, pateicoties jaunākām idejām, tika uzskatīts, ka kaut kas ugunī ("flogistons") faktiski bija viela. Tas, pēc zinātnieku domām, paskaidroja, kāpēc pelnu kaudze ir vieglāka par visu, kas tika sadedzināts pelnu ražošanai.

Lavoisier sildadzīvsudraba oksīdsun atzīmēja, ka ķīmiskās vielas svara samazināšanās bija vienāda ar skābekļa gāzes svaru, kas izdalījās ķīmiskajā reakcijā.

Pirms ķīmiķi varēja uzskaitīt tādu lietu masas, kuras bija grūti izsekot, piemēram, ūdens tvaikus un izsekojamās gāzes, viņi nevarēja pienācīgi pārbaudīt jebkādus jautājumus par saglabāšanas principiem, pat ja viņiem bija aizdomas, ka šādi likumi patiešām ir spēkā darbība.

Jebkurā gadījumā tas lika Lavoizjē paziņot, ka ķīmiskajās reakcijās matērija ir jāsaglabā, tas nozīmē, ka kopējais vielas daudzums katrā ķīmiskā vienādojuma pusē ir vienāds. Tas nozīmē, ka kopējam atomu skaitam (bet ne vienmēr kopējam molekulu skaitam) reaģentos jābūt vienādam ar produktu daudzumu neatkarīgi no ķīmisko izmaiņu rakstura.

• "​Produktu masa ķīmiskajos vienādojumos ir vienāda ar reaģentu masu"ir stehiometrijas jeb grāmatvedības procesa pamats, kurā ķīmiskās reakcijas un vienādojumi tiek matemātiski līdzsvaroti gan attiecībā uz katras puses atomu masu, gan atomu skaitu.

Cilvēkiem ar masas saglabāšanas likumu var rasties viena grūtība, ka jūsu maņu robežas padara dažus likuma aspektus mazāk intuitīvus.

Piemēram, kad jūs ēdat mārciņu pārtikas un izdzerat mārciņu šķidruma, jūs varētu nosvērt to pašu apmēram sešas stundas vēlāk, pat ja jūs neiet uz vannas istabu. Daļēji tas ir tāpēc, ka pārtikā esošie oglekļa savienojumi tiek pārveidoti par oglekļa dioksīdu (CO₂) un pakāpeniski izelpo (parasti neredzamajos) tvaikos jūsu izelpā.

Masas saglabāšanas likums kā ķīmijas jēdziens ir neatņemams fizikas zinātnes, tostarp fizikas, izpratnei. Piemēram, ja rodas sadursmes problēma, mēs varam pieņemt, ka kopējā masa sistēmā nav mainījusies tas bija pirms sadursmes ar kaut ko citu pēc sadursmes, jo masa - piemēram, impulss un enerģija - ir konservēti.

Theenerģijas saglabāšanas likumspaziņo, ka izolētas sistēmas kopējā enerģija nekad nemainās un to var izteikt vairākos veidos. Viens no tiem ir KE (kinētiskā enerģija) + PE (potenciālā enerģija) + iekšējā enerģija (IE) = konstante. Šis likums izriet no pirmā termodinamikas likuma un nodrošina, ka enerģiju, tāpat kā masu, nevar radīt vai iznīcināt.

• Tiek saukta KE un PE summamehāniskā enerģija,un ir nemainīgs sistēmās, kurās darbojas tikai konservatīvi spēki (tas ir, ja enerģija netiek "izšķiesta" berzes vai siltuma zudumu veidā).

​Moments(mv) unleņķiskais impulss​ (​L= mvr) ir saglabājušies arī fizikā, un attiecīgie likumi lielā mērā nosaka lielu daļiņu uzvedību klasiskajā analītiskajā mehānikā.

Kalcija karbonāta vai CaCO sildīšana₃, ražo kalcija savienojumu, vienlaikus atbrīvojot noslēpumainu gāzi. Pieņemsim, ka jums ir 1 kg (1000 g) CaCO₃, un jūs atklājat, ka, to sildot, paliek 560 grami kalcija savienojuma.

Kāds ir iespējamais atlikušās kalcija ķīmiskās vielas sastāvs, un kāds ir savienojums, kas tika atbrīvots kā gāze?

Pirmkārt, tā kā tā būtībā ir ķīmijas problēma, jums būs jāatsaucas uz periodisko elementu tabulu (piemēru skatiet sadaļā Resursi).

Jums saka, ka jums ir sākotnējie 1000 g CaCO₃. No tabulā esošo atomu molekulmasām redzat, ka Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol un O = 16 g / mol, padarot kalcija karbonāta molekulmasu kopumā par 100 g / mol (atcerieties, ka CaCO₃). Tomēr jums ir 1000 g CaCO₃, kas ir 10 moli vielas.

Šajā piemērā kalcija produktā ir 10 moli Ca atomu; Tā kā katrs Ca atoms ir 40 g / mol, jums ir 400 g Ca, un jūs varat droši uzskatīt, ka tas paliek pēc CaCO₃ tika apsildīts. Šajā piemērā atlikušie 160 g (560–400) pēckarsēšanas savienojuma apzīmē 10 mol skābekļa atomu. Tam jāatbrīvo 440 g masas kā atbrīvotai gāzei.

Sabalansētajam vienādojumam ir jābūt formai

un "?" gāzei kaut kādā kombinācijā jābūt ogleklim un skābeklim; tajā jābūt 20 moliem skābekļa atomu - jums jau ir 10 moli skābekļa atomu pa kreisi no + zīmes - un līdz ar to 10 moli oglekļa atomu. "?" ir CO_2. (Mūsdienu zinātnes pasaulē jūs esat dzirdējuši par oglekļa dioksīdu, padarot šo problēmu par niecīgu vingrinājumu. Bet padomājiet par laiku, kad pat zinātnieki pat nezināja, kas atrodas "gaisā".)

Fizikas studentus slavenais varētu sajauktmasas un enerģijas vienādojuma saglabāšana​ ​E = mc​² 1900. gadu sākumā izteica Alberts Einšteins, domājot, vai tas nepilda masas (vai enerģijas) saglabāšanas likumu, jo šķiet, ka tas nozīmē, ka masu var pārvērst enerģijā un otrādi.

Neviens no likumiem netiek pārkāpts; tā vietā likums apstiprina, ka masa un enerģija faktiski ir vienas un tās pašas lietas dažādas formas.

Tas ir līdzīgi kā mērīt tos dažādās vienībās, ņemot vērā situāciju.

Jūs, iespējams, nevarat neapzināti pielīdzināt masu un svaru iepriekš aprakstīto iemeslu dēļ - masa ir svars tikai tad, ja gravitācija ir sajaukta, bet kad jūsu pieredze ir gravitācijanēklāt (kad atrodaties uz Zemes un neatrodaties nulles gravitācijas kamerā)?

Tāpēc ir grūti iedomāties matēriju kā tikai lietu, piemēram, enerģiju pati par sevi, kas ievēro noteiktus pamatlikumus un principus.

Tāpat, tāpat kā enerģija var mainīt formas starp kinētisko, potenciālo, elektrisko, termisko un citu veidu, matērija dara to pašu, lai gan tiek sauktas dažādas matērijas formas.norāda: cietā viela, gāze, šķidrums un plazma.

Ja jūs varat filtrēt, kā jūsu maņas uztver šo lielumu atšķirības, jūs varētu saprast, ka fizikā ir maz faktisko atšķirību.

Spēja sasaistīt galvenos jēdzienus "cietajās zinātnēs" sākumā var šķist grūts, taču galu galā tas vienmēr ir aizraujošs un atalgojošs.