Kütlenin Korunumu Yasası: Tanımı, Formülü, Tarihçesi (Örneklerle)

Fiziğin en önemli tanımlayıcı ilkelerinden biri, en önemli özelliklerinin çoğunun önemli bir ilkeye tereddütsüz bir şekilde uymasıdır: Kolayca belirtilen koşullar altında,korunmuş, yani seçtiğiniz sistemde bulunan bu miktarların toplam miktarı asla değişmez.

Fizikteki dört yaygın nicelik, kendilerine uygulanan korunum yasalarına sahip olmakla karakterize edilir. Bunlarenerji​, ​itme​, ​açısal momentumvekitle. Bunlardan ilk üçü genellikle mekanik problemlere özgü niceliklerdir, ancak kütle evrenseldir ve keşif – veya Bilim dünyasında uzun süredir devam eden bazı şüpheleri doğrularken, kütlenin korunduğuna dair kanıt, kanıtlamak.

kütlenin korunumu yasasıbelirtir ki, birkapalı sistem(bütün evren dahil) kütle, kimyasal veya fiziksel değişimlerle ne oluşturulabilir ne de yok edilebilir. Diğer bir deyişle,toplam kütle her zaman korunur. Arsız özdeyiş "İçeri giren, dışarı çıkmalı!" hiçbir şeyin fiziksel iz bırakmadan ortadan kaybolduğu şimdiye kadar gösterilmediği için gerçek bir bilimsel gerçeklik gibi görünüyor.

Döktüğünüz her deri hücresindeki moleküllerin tüm bileşenleri oksijen, hidrojen, nitrojen, kükürt ve karbon atomlarıyla birlikte hala mevcuttur. Tıpkı gizemli bilim kurgu gösterisi gibiBilinmeyen dosyalargerçeği ilan eder, şimdiye kadar var olan tüm kitle "dışarıdadır.bir yerde​."

Bunun yerine “maddenin korunumu yasası” olarak adlandırılabilir, çünkü yerçekimi olmadığı için dünyada özellikle “kütleli” nesneler hakkında özel bir şey yoktur; Bu önemli ayrım hakkında daha fazla bilgi, alaka düzeyini abartmak zor olduğu için takip eder.

Kütlenin korunumu yasasının keşfi, 1789'da Fransız bilim adamı Antoine Lavoisier tarafından yapıldı; diğerleri bu fikri daha önce ortaya atmıştı, ancak bunu ilk kanıtlayan Lavoisier oldu.

O zamanlar, kimyada atom teorisi hakkındaki hakim inancın çoğu hala eski Yunanlılardan geliyordu ve daha yeni fikirler sayesinde, ateşin içinde bir şey olduğu düşünülüyordu ("filojiston") aslında bir maddeydi. Bu, bilim adamları, bir kül yığınının neden külleri üretmek için yakılanlardan daha hafif olduğunu açıkladı.

Lavoisier ısıtmalıcıva oksitve kimyasalın ağırlığının azaldığı miktarın, kimyasal reaksiyonda açığa çıkan oksijen gazının ağırlığına eşit olduğunu kaydetti.

Kimyagerler, su buharı ve eser gazlar gibi izlenmesi zor olan şeylerin kütlelerini hesaba katmadan önce, bu tür yasaların gerçekten de yürürlükte olduğundan şüphelenseler bile, herhangi bir madde koruma ilkesini yeterince test edemediler. operasyon.

Her halükarda, bu, Lavoisier'in kimyasal reaksiyonlarda maddenin korunması gerektiğini, yani bir kimyasal denklemin her iki tarafındaki toplam madde miktarının aynı olduğunu belirtmesine yol açtı. Bu, kimyasal değişimin doğasından bağımsız olarak, reaktanlardaki toplam atom sayısının (ancak toplam molekül sayısının zorunlu olarak değil) ürünlerdeki miktara eşit olması gerektiği anlamına gelir.

• "​Kimyasal denklemlerdeki ürünlerin kütlesi, reaktanların kütlesine eşittir." stokiyometrinin temelidir veya kimyasal reaksiyonların ve denklemlerin her iki taraftaki hem kütle hem de atom sayısı açısından matematiksel olarak dengelendiği muhasebe sürecidir.

İnsanların kütlenin korunumu yasasıyla karşılaşabileceği zorluklardan biri, duyularınızın sınırlarının yasanın bazı yönlerini daha az sezgisel hale getirmesidir.

Örneğin, bir kilo yemek yediğinizde ve bir kilo sıvı içtiğinizde, tuvalete gitmeseniz bile altı saat sonra aynı kiloda olabilirsiniz. Bu kısmen, yiyeceklerdeki karbon bileşiklerinin karbondioksite (CO2) dönüştürülmesinden kaynaklanmaktadır.₂) ve nefesinizdeki (genellikle görünmez) buharda yavaş yavaş nefes verin.

Özünde, bir kimya kavramı olarak, kütlenin korunumu yasası, fizik dahil olmak üzere fizik bilimini anlamanın ayrılmaz bir parçasıdır. Örneğin, çarpışma ile ilgili bir momentum probleminde, sistemdeki toplam kütlenin ne kadar değişmediğini varsayabiliriz. çarpışmadan önce, çarpışmadan sonra farklı bir şeydi çünkü kütle - momentum ve enerji gibi - korunmuş.

enerji korunumu yasasıizole bir sistemin toplam enerjisinin asla değişmediğini ve bunun çeşitli şekillerde ifade edilebileceğini belirtir. Bunlardan biri KE (kinetik enerji) + PE (potansiyel enerji) + iç enerji (IE) = bir sabittir. Bu yasa, termodinamiğin birinci yasasından çıkar ve kütle gibi enerjinin de yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini garanti eder.

• KE ve PE toplamı denirmekanik enerji,ve yalnızca korunumlu kuvvetlerin etki ettiği sistemlerde (yani, sürtünme veya ısı kayıpları şeklinde hiçbir enerji "boşa harcanmadığında") sabittir.

​İtme(mv) veaçısal momentum​ (​L= msanal gerçeklik) fizikte de korunur ve ilgili yasalar klasik analitik mekanikte parçacıkların davranışlarının çoğunu güçlü bir şekilde belirler.

Kalsiyum karbonatın veya CaCO'nun ısıtılması₃, gizemli bir gaz açığa çıkarırken bir kalsiyum bileşiği üretir. Diyelim ki 1 kg (1.000 g) CaCO'nuz var.₃ve bu ısıtıldığında 560 gram kalsiyum bileşiğinin kaldığını keşfedersiniz.

Kalan kalsiyum kimyasal maddesinin muhtemel bileşimi nedir ve gaz olarak serbest kalan bileşik nedir?

İlk olarak, bu aslında bir kimya problemi olduğundan, periyodik bir element tablosuna başvurmanız gerekir (örnek için Kaynaklara bakın).

İlk 1000 g CaCO'ya sahip olduğunuz söylendi.₃. Tablodaki kurucu atomların moleküler kütlelerinden Ca = 40 g/mol, C = 12 g/mol ve O = 16 olduğunu görüyorsunuz. g/mol, bir bütün olarak kalsiyum karbonatın moleküler kütlesini 100 g/mol yapar (tam olarak üç oksijen atomu olduğunu unutmayın). CaCO₃). Ancak, 1000 g CaCO'nuz var.₃, ki maddenin 10 molüdür.

Bu örnekte, kalsiyum ürünü 10 mol Ca atomuna sahiptir; her Ca atomu 40 g/mol olduğundan, CaCO'dan sonra kaldığını güvenle varsayabileceğiniz toplam 400 g Ca'nız vardır.₃ ısıtıldı. Bu örnek için, kalan 160 g (560 – 400) son ısıtma bileşiği, 10 mol oksijen atomunu temsil eder. Bu, serbest bırakılmış bir gaz olarak 440 g kütle bırakmalıdır.

Dengeli denklem forma sahip olmalıdır

ve "?" gaz, bazı kombinasyonlarda karbon ve oksijen içermelidir; 20 mol oksijen atomuna sahip olmalıdır - zaten + işaretinin solunda 10 mol oksijen atomunuz var - ve bu nedenle 10 mol karbon atomu. "?" CO'dur_2. (Günümüzün bilim dünyasında, karbondioksiti duymuşsunuzdur, bu da bu problemi önemsiz bir alıştırma haline getirir. Ama bilim adamlarının bile "havada" ne olduğunu bile bilmediği bir zamanı düşünün.)

Fizik öğrencilerinin kafası karışmış olabilir.kütle-enerji denkleminin korunumu​ ​E = mc​² 1900'lerin başında Albert Einstein tarafından öne sürülen, kütlenin (veya enerjinin) korunumu yasasına aykırı olup olmadığını merak ederek, çünkü kütlenin enerjiye dönüştürülebileceğini ima ediyor gibi görünüyor.

Hiçbir yasa ihlal edilmez; bunun yerine yasa, kütle ve enerjinin aslında aynı şeyin farklı biçimleri olduğunu onaylar.

Duruma göre onları farklı birimlerde ölçmek gibi bir şey.

Belki yardım edemezsiniz, ancak bilinçsizce yukarıda açıklanan nedenlerle kütleyi ağırlıkla eşitleyebilirsiniz - kütle, yalnızca yerçekimi karışımdayken ağırlıktır, ancak deneyiminizde yerçekimi olduğundadeğilmevcut (sıfır yerçekimi odasında değil, Dünya'dayken)?

O halde, maddeyi, kendi başına enerji gibi, belirli temel yasalara ve ilkelere uyan bir madde olarak düşünmek zordur.

Aynı zamanda, enerjinin kinetik, potansiyel, elektrik, termal ve diğer türler arasında form değiştirebilmesi gibi, madde de aynı şeyi yapar, ancak maddenin farklı formları denirdevletler: katı, gaz, sıvı ve plazma.

Kendi duyularınızın bu niceliklerdeki farklılıkları nasıl algıladığını filtreleyebilirseniz, fizikte çok az gerçek farklılık olduğunu anlayabilirsiniz.

"Zor bilimlerde" temel kavramları birbirine bağlayabilmek ilk başta zor görünebilir, ancak sonunda her zaman heyecan verici ve ödüllendiricidir.