Kandungan
- Undang-undang Pemuliharaan Massa
- Sejarah Undang-undang Pemuliharaan Massa
- Tinjauan Pemuliharaan Massa
- Apa Yang Lain "Dilestarikan" dalam Sains Fizikal?
- Undang-undang Pemuliharaan Massa: Contoh
- Einstein dan Persamaan Mass-Tenaga
- Massa, Tenaga dan Berat di Dunia Nyata
Salah satu prinsip fizik yang menentukan adalah banyak sifat-sifatnya yang paling penting yang teguh mematuhi prinsip penting: Di bawah syarat-syarat yang mudah ditentukan, mereka adalah dipelihara, bermakna jumlah kuantiti yang terkandung dalam sistem yang anda pilih tidak pernah berubah.
Empat kuantiti biasa dalam fizik dicirikan oleh mempunyai undang-undang pemuliharaan yang terpakai kepada mereka. Ini adalah tenaga, momentum, momentum sudut dan jisim. Tiga yang pertama adalah kuantiti yang sering spesifik untuk masalah-masalah mekanik, tetapi massa adalah universal, dan penemuan - atau demonstrasi, seperti - massa yang dipelihara, sambil mengesahkan beberapa kecurigaan yang lama dalam dunia sains, adalah penting untuk membuktikan .
Undang-undang Pemuliharaan Massa
The undang-undang pemuliharaan jisim menyatakan bahawa, dalam a sistem tertutup (termasuk seluruh alam semesta), jisim tidak boleh dicipta dan dimusnahkan oleh perubahan kimia atau fizikal. Dalam kata lain, jumlah jisim sentiasa dipelihara. Pepatah nakal "Apa yang masuk, mesti keluar!" nampaknya merupakan satu truism saintifik yang harfiah, kerana tiada apa-apa yang pernah ditampakkan hanya hilang tanpa jejak fizikal.
Semua komponen semua molekul dalam setiap sel kulit yang pernah ditumpahkan, dengan oksigen, hidrogen, nitrogen, sulfur dan atom karbon, masih wujud. Sama seperti persembahan fiksyen sains misteri The X-Files mengisytiharkan kebenaran, semua jisim yang pernah ada "di luar sana suatu tempat.'
Ia boleh dipanggil sebagai "undang-undang pemuliharaan bahan" kerana, graviti tidak ada, tidak ada sesuatu yang istimewa di dunia mengenai objek "besar-besaran"; lebih banyak perbezaan penting berikut, kerana perkaitannya sukar untuk diabaikan.
Sejarah Undang-undang Pemuliharaan Massa
Penemuan undang-undang pemuliharaan jisim dibuat pada tahun 1789 oleh saintis Perancis, Antoine Lavoisier; yang lain telah membuat idea sebelum ini, tetapi Lavoisier mula-mula membuktikannya.
Pada masa itu, kebanyakan kepercayaan yang berlaku dalam bidang kimia tentang teori atom masih berasal dari orang-orang Yunani purba, dan terima kasih kepada idea yang lebih baru-baru ini,phlogiston") sebenarnya adalah satu bahan. Ini, saintis berpendapat, menjelaskan mengapa longgokan abu lebih ringan daripada apa yang dibakar untuk menghasilkan abu.
Lavoisier dipanaskan oksida merkuri dan menyatakan bahawa jumlah penurunan berat bahan kimia adalah sama dengan berat gas oksigen yang dikeluarkan dalam tindak balas kimia.
Sebelum ahli kimia dapat mengira banyak perkara yang sukar dijejaki, seperti wap air dan gas surih, mereka tidak dapat menguji dengan betul apa-apa perkara pemuliharaan prinsip walaupun mereka disyaki undang-undang sedemikian beroperasi.
Walau apa pun, Lavoisier ini menyatakan bahawa perkara mesti dipelihara dalam tindak balas kimia, yang bermaksud jumlah jumlah bahan pada setiap sisi persamaan kimia adalah sama. Ini bermakna jumlah atom (tetapi tidak semestinya jumlah molekul) dalam reaktan mesti sama dengan jumlah produk, tanpa mengira sifat perubahan kimia.
Tinjauan Pemuliharaan Massa
Satu kesulitan orang boleh dengan undang-undang pemuliharaan massa adalah bahawa batas-batas deria anda membuat beberapa aspek undang-undang kurang intuitif.
Sebagai contoh, apabila anda makan seberat makanan dan minum seberat cecair, anda mungkin menimbang sebanyak enam atau lebih jam yang sama walaupun anda tidak pergi ke bilik mandi. Ini adalah sebahagiannya kerana sebatian karbon dalam makanan ditukar kepada karbon dioksida (CO2) dan menghembuskan secara perlahan-lahan ke dalam (biasanya tidak kelihatan) wap dalam nafas anda.
Pada terasnya, sebagai konsep kimia, undang-undang pemuliharaan jisim adalah penting untuk memahami sains fizikal, termasuk fizik. Sebagai contoh, dalam masalah momen mengenai perlanggaran, kita dapat menganggap jumlah jisim dalam sistem tidak berubah dari apa yang terjadi sebelum perlanggaran terhadap sesuatu yang berbeza selepas perlanggaran kerana momentum dan tenaga seperti massa - dipelihara.
Apa Yang Lain "Dilestarikan" dalam Sains Fizikal?
The undang-undang pemuliharaan tenaga menyatakan bahawa jumlah tenaga sistem terpencil tidak pernah berubah, dan itu boleh dinyatakan dalam beberapa cara. Salah satunya ialah KE (tenaga kinetik) + PE (tenaga berpotensi) + tenaga dalaman (IE) = pemalar. Undang-undang ini mengikut undang-undang termodinamik pertama dan menjamin bahawa tenaga, seperti massa, tidak dapat dicipta atau dimusnahkan.
Momentum (mv) dan momentum sudut (L = mvr) juga dipelihara dalam fizik, dan undang-undang yang berkaitan sangat menentukan banyak perilaku zarah dalam mekanik analitik klasik.
Undang-undang Pemuliharaan Massa: Contoh
Pemanasan kalsium karbonat, atau CaCO3, menghasilkan sebatian kalsium semasa membebaskan gas misterius. Katakan anda mempunyai 1 kg (1,000 g) CaCO3, dan anda mendapati bahawa apabila ini dipanaskan, 560 gram kalsium tetap kekal.
Apakah kemungkinan komposisi bahan kimia kalsium yang tinggal, dan apakah sebatian yang dibebaskan sebagai gas?
Pertama, kerana ini pada dasarnya merupakan masalah kimia, anda perlu merujuk kepada jadual unsur berkala (lihat Sumber untuk contoh).
Anda diberitahu bahawa anda mempunyai 1,000 g awal CaCO3. Dari massa molekul atom konstituen di dalam jadual, anda melihat bahawa Ca = 40 g / mol, C = 12 g / mol, dan O = 16 g / mol, menjadikan jisim molekul kalsium karbonat sebagai keseluruhan 100 g / mol (ingat ada tiga atom oksigen di CaCO3). Walau bagaimanapun, anda mempunyai 1,000 g CaCO3, iaitu 10 mol bahan tersebut.
Dalam contoh ini, produk kalsium mempunyai 10 mol atom Ca; kerana setiap atom Ca adalah 40 g / mol, anda mempunyai 400 g jumlah Ca yang anda boleh menganggap dengan selamat ditinggalkan selepas CaCO3 dipanaskan. Untuk contoh ini, baki 160 g (560 - 400) kompaun pasca pemanasan mewakili 10 mol atom oksigen. Ini harus meninggalkan 440 g massa sebagai gas yang dibebaskan.
Persamaan seimbang mesti mempunyai bentuk
10 CaCO3 → 10 CaO +?
dan juga "?" gas mesti mengandungi karbon dan oksigen dalam beberapa kombinasi; ia mesti mempunyai 20 mol atom oksigen - anda sudah mempunyai 10 tahi atom oksigen di sebelah kiri tanda + - dan oleh itu 10 mol atom karbon. The "?" adalah CO2. (Dalam dunia sains hari ini, anda telah mendengar tentang karbon dioksida, menjadikan masalah ini sebagai sesuatu yang tidak penting, tetapi berfikir pada masa walaupun ahli sains tidak tahu apa yang ada di udara.)
Einstein dan Persamaan Mass-Tenaga
Pelajar fizik mungkin keliru dengan yang terkenal pemuliharaan persamaan jisim tenaga E = mc2 disiarkan oleh Albert Einstein pada awal tahun 1900-an, tertanya-tanya jika ia menentang undang-undang pemuliharaan jisim (atau tenaga), kerana ia nampaknya membayangkan massa dapat ditukar kepada tenaga dan sebaliknya.
Tiada undang-undang dilanggar; Sebaliknya, undang-undang menegaskan bahawa jisim dan tenaga sebenarnya bentuk yang berbeza dari perkara yang sama.
Ia seperti mengukur mereka dalam unit yang berbeza memandangkan keadaan.
Massa, Tenaga dan Berat di Dunia Nyata
Anda mungkin tidak boleh membantu tetapi secara tidak sedar menyamakan massa dengan berat untuk alasan yang dijelaskan di atas - jisim hanya berat apabila graviti berada dalam campuran, tetapi ketika dalam pengalaman anda adalah graviti tidak hadir (ketika anda berada di Bumi dan tidak dalam ruang graviti sifar)?
Oleh itu, sukar untuk memahami perkara sebagai bahan, seperti tenaga sendiri, yang mematuhi undang-undang dan prinsip asas tertentu.
Juga, sama seperti tenaga boleh mengubah bentuk antara jenis kinetik, berpotensi, elektrik, haba dan lain-lain, perkara tidak sama, walaupun bentuk-bentuk yang berbeza dipanggil negeri: pepejal, gas, cecair dan plasma.
Jika anda boleh menapis bagaimana deria anda sendiri melihat perbezaan dalam kuantiti ini, anda mungkin dapat menghargai bahawa terdapat sedikit perbezaan sebenar dalam fizik.
Mampu mengikat konsep utama bersama-sama dalam "sains keras" mungkin kelihatan sukar pada mulanya, tetapi ia sentiasa menarik dan bermanfaat pada akhirnya.