Закон о очувању масе: дефиниција, формула, историја (са примерима)

Један од главних дефинишућих принципа физике је да се многа њена најважнија својства непоколебљиво повинују важном принципу: Под лако одређеним условима, они суконзервирано, што значи да се укупан износ ових количина садржаних у систему који сте одабрали никада не мења.

Четири уобичајене величине у физици карактеришу постојање закона очувања који се на њих односе. Суенергије​, ​замах​, ​момент импулсаимиса. Прве три су величине које су често специфичне за механичке проблеме, али маса је универзална, а откриће - или демонстрација, како је речено - да се маса чува, иако је потврдила неке дуготрајне сумње у научном свету, била је од виталног значаја за доказати.

Тхезакон очувања масенаводи да је, у азатворени систем(укључујући читав универзум), масу не могу створити нити уништити хемијске или физичке промене. Другим речима,укупна маса је увек очувана. Дрска максима "Шта уђе, мора и изаћи!" чини се дословним научним труизмом, јер никада није показано да ништа једноставно нестаје без физичког трага.

Све компоненте свих молекула у свакој ћелији коже коју сте икада просули, са атомима кисеоника, водоника, азота, сумпора и угљеника, и даље постоје. Баш као што тајанствена научна фантастика показујеДосије Ксизјављује о истини, сва маса која је икада била „је ванинегде​."

Уместо тога, могао би се назвати „законом очувања материје“, јер у одсуству гравитације на свету не постоји ништа посебно о посебно „масивним“ објектима; више о овој важној дистинкцији следи, јер је њену важност тешко преценити.

До открића закона о очувању масе дошао је 1789. године француски научник Антоине Лавоисиер; други су и раније долазили на ту идеју, али Лавоазије је први то доказао.

У то време, већина преовлађујућег веровања у хемији о атомској теорији још увек потиче од старих Грка, а захваљујући новијим идејама сматрало се да нешто у ватри („флогистон") је заправо била супстанца. Ово су, образложили су научници, објаснили зашто је гомила пепела лакша од онога што је спаљено да би се добио пепео.

Лавоисиер загрејанживин оксиди приметио је да је количина смањене тежине хемикалије једнака тежини гаса кисеоника који се ослобађа у хемијској реакцији.

Пре него што су хемичари могли да урачунају масу ствари којима је било тешко ући у траг, попут водене паре и гасова у траговима, нису могли адекватно да тестирају било која начела очувања материје чак и ако су сумњали да такви закони заиста јесу операција.

У сваком случају, ово је навело Лавоазијеа да изјави да се материја мора сачувати у хемијским реакцијама, што значи да је укупна количина материје са сваке стране хемијске једначине иста. То значи да укупан број атома (али не нужно и укупан број молекула) у реактантима мора бити једнак количини производа, без обзира на природу хемијске промене.

• "​Маса производа у хемијским једначинама једнака је маси реактаната"је основа стехиометрије, или рачуноводственог процеса којим се хемијске реакције и једначине математички уравнотежују и у погледу масе и броја атома на свакој страни.

Једна потешкоћа коју људи могу имати са законом очувања масе је та што ограничења ваших чула чине неке аспекте закона мање интуитивним.

На пример, када поједете пола килограма хране и попијете пола килограма течности, можда ћете имати исту тежину шест или више сати касније, чак и ако не одете у купатило. То је делом због тога што се једињења угљеника у храни претварају у угљен-диоксид (ЦО₂) и издахните постепено у (обично невидљивој) пари у даху.

У основи, као концепт хемије, закон очувања масе је саставни део разумевања физичке науке, укључујући и физику. На пример, у проблему са замахом око судара, можемо претпоставити да се укупна маса у систему није променила од чега било је то пре судара са нечим другачијим након судара, јер маса - попут замаха и енергије - јесте конзервирано.

Тхезакон очувања енергијенаводи да се укупна енергија изолованог система никада не мења, а то се може изразити на више начина. Једна од њих је КЕ (кинетичка енергија) + ПЕ (потенцијална енергија) + унутрашња енергија (ИЕ) = константа. Овај закон следи из првог закона термодинамике и осигурава да се енергија, попут масе, не може створити или уништити.

• Зове се збир КЕ и ПЕмеханичка енергија,и сталан је у системима у којима делују само конзервативне силе (то јест, када се енергија не „троши“ у облику губитака трења или топлоте).

​Моментум(мв) имомент импулса​ (​Л= мвр) су такође сачувани у физици, а релевантни закони снажно одређују већи део понашања честица у класичној аналитичкој механици.

Загревање калцијум-карбоната или ЦаЦО₃, производи једињење калцијума док ослобађа мистериозни гас. Рецимо да имате 1 кг (1.000 г) ЦаЦО₃, и откривате да када се ово загреје, остаје 560 грама једињења калцијума.

Какав је вероватно састав преостале хемијске супстанце калцијума и које је једињење ослобођено као гас?

Прво, пошто је ово у основи хемијски проблем, мораћете да се обратите периодичној табели елемената (пример потражите у Ресурсима).

Кажу вам да имате тих почетних 1.000 г ЦаЦО₃. Из молекулских маса саставних атома у табели видите да је Ца = 40 г / мол, Ц = 12 г / мол и О = 16 г / мол, чинећи молекулску масу калцијум-карбоната у целини 100 г / мол (имајте на уму да у ЦаЦО₃). Међутим, имате 1.000 г ЦаЦО₃, што је 10 молова супстанце.

У овом примеру, калцијумски производ има 10 мола Ца атома; јер је сваки атом Ца 40 г / мол, имате укупно 400 г Ца за који можете са сигурношћу претпоставити да је остао након ЦаЦО₃ био загрејан. За овај пример, преосталих 160 г (560 - 400) једињења за загревање представља 10 мола атома кисеоника. Ово мора оставити 440 г масе као ослобођени гас.

Уравнотежена једначина мора имати облик

и "?" гас мора да садржи угљеник и кисеоник у некој комбинацији; мора да има 20 мола атома кисеоника - већ имате 10 мола атома кисеоника лево од знака + - и према томе 10 мола атома угљеника. "?" је ЦО_2. (У данашњем свету науке чули сте за угљен-диоксид, чинећи овај проблем тривијалном вежбом. Али размислите о времену када чак ни научници нису знали шта је у „ваздуху“.)

Студенте физике можда би збунили познатиочување једначине маса-енергија​ ​Е = мц​² постулирао Алберт Ајнштајн почетком 1900-их, питајући се да ли пркоси закону очувања масе (или енергије), јер се чини да маса подразумева претварање у енергију и обрнуто.

Ниједан закон није прекршен; уместо тога, закон потврђује да су маса и енергија заправо различити облици исте ствари.

То је некако попут мерења у различитим јединицама с обзиром на ситуацију.

Можда не можете а да несвесно не изједначите масу са тежином из горе описаних разлога - маса је тежина само када је гравитација у мешавини, али када је у вашем искуству гравитацијанеприсутан (када сте на Земљи, а нисте у комори нулте гравитације)?

Стога је тешко материју схватити као само ствари, попут саме енергије, која се покорава одређеним основним законима и принципима.

Такође, као што енергија може мењати облике између кинетичких, потенцијалних, електричних, топлотних и других врста, материја ради исто, иако се различити облици материје називајудржаве: чврста супстанца, гас, течност и плазма.

Ако успете да филтрирате како ваша чула опажају разлике у тим количинама, можда ћете моћи да схватите да је мало стварних разлика у физици.

Могућност повезивања главних концепата у „тврдим наукама“ у почетку може изгледати мукотрпно, али на крају је увек узбудљиво и корисно.