Matter är "grejerna" som utgör universum - allt som tar plats och har massa är materia.
All materia består av atomer, som i sin tur består av protoner, neutroner och elektroner.
Atomer samlas för att bilda molekyler, som är byggstenarna för alla typer av materia, enligt Washington State University. Både atomer och molekyler hålls samman av en form av potentiell energi som kallas kemisk energi. Till skillnad från kinetisk energi, som är ett objekts energi i rörelse, är potentiell energi den energi som lagras i ett objekt.
De fem faser av materien
Det finns fyra naturliga tillstånd: fasta ämnen, vätskor, gaser och plasma. Den femte staten är den konstgjorda Bose-Einstein kondensat.
Solids
I ett fast ämne packas partiklar tätt tillsammans så att de inte rör sig mycket. Elektronerna i varje atom är ständigt i rörelse, så atomerna har en liten vibration, men de är fixerade i sin position. På grund av detta har partiklar i ett fast ämne mycket låg kinetisk energi.
Fastämnen har en bestämd form, liksom massa och volym, och överensstämmer inte med formen på behållaren där de placeras. Fastämnen har också en hög densitet, vilket betyder att partiklarna är tätt packade ihop.
vätskor
I en vätska är partiklarna mer löst packade än i ett fast ämne och kan flyta runt varandra, vilket ger vätskan en obestämd form. Därför kommer vätskan att anpassas till formen på sin behållare.
Mycket som fasta ämnen, vätskor (de flesta har lägre densitet än fasta ämnen) är oerhört svåra att komprimera.
gaser
I en gas har partiklarna mycket utrymme mellan dem och har hög kinetisk energi. En gas har ingen bestämd form eller volym. Om det är okontrollerat kommer partiklarna i en gas att spridas på obestämd tid; om den är begränsad kommer gasen att expandera för att fylla behållaren. När en gas sätts under tryck genom att minska behållarens volym reduceras utrymmet mellan partiklarna och gasen komprimeras.
Plasma
Plasma är inte ett vanligt ämnesläge här på jorden, men det kan vara det vanligaste ämnet i universum, enligt Jefferson Laboratory. Stjärnor är i huvudsak överhettade plaskulor.
Plasma består av mycket laddade partiklar med extremt hög kinetisk energi. De ädla gaserna (helium, neon, argon, krypton, xenon och radon) används ofta för att göra glödande tecken genom att använda elektricitet för att jonisera dem till plasmatillståndet.
Bose-Einstein kondensat
Bose-Einstein-kondensatet (BEC) skapades av forskare 1995. Med hjälp av en kombination av lasrar och magneter kylde Eric Cornell och Carl Weiman, forskare vid Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) i Boulder, Colorado, ett prov av rubidium till inom några få grader av absolut noll. Vid denna extremt låga temperatur kommer molekylrörelsen mycket nära att stoppa. Eftersom det nästan inte överförs någon kinetisk energi från en atom till en annan, börjar atomerna klumpas samman. Det finns inte längre tusentals separata atomer, bara en "superatom".
En BEC används för att studera kvantmekanik på en makroskopisk nivå. Ljus verkar sakta när det passerar genom en BEC, vilket gör det möjligt för forskare att studera partikel / vågparadoxen. En BEC har också många egenskaper hos en överflödig vätska eller en vätska som rinner utan friktion. BEC används också för att simulera förhållanden som kan förekomma i svarta hål.
Gå igenom en fas
Att lägga till eller ta bort energi från materien orsakar en fysisk förändring när materien rör sig från ett tillstånd till ett annat. Till exempel lägger till termisk energi (värme) till flytande vatten den ånga eller ånga (en gas). Och att ta bort energi från flytande vatten gör att det blir is (ett fast ämne). Fysiska förändringar kan också orsakas av rörelse och tryck.
Smälta och frysa
När värme appliceras på ett fast ämne börjar dess partiklar att vibrera snabbare och röra sig längre ifrån varandra. När ämnet når en viss kombination av temperatur och tryck, dess smältpunkt, kommer det fasta ämnet att börja smälta och förvandlas till en vätska.
När två tillstånd av materia, såsom fast och vätska, har jämviktstemperaturen och trycket, kommer ytterligare värme som tillsätts till systemet inte att ämnets totala temperatur ökar förrän hela provet når samma fysiska tillstånd. Till exempel när du lägger is i ett glas vatten och lämnar det ute vid rumstemperatur kommer isen och vattnet så småningom att komma till samma temperatur. När isen smälter från värme som kommer från vattnet, kommer den att förbli på noll grader tills hela isbiten smälter innan den fortsätter att värma.
När värme avlägsnas från en vätska, saknar dess partiklar och börjar sätta sig på en plats i ämnet. När ämnet når tillräckligt sval temperatur vid ett visst tryck, fryspunkten, blir vätskan ett fast ämne.
De flesta vätskor dras samman när de fryser. Vatten expanderar emellertid när det fryser till is, vilket får molekylerna att skjuta längre isär och minska densiteten, varför isen flyter ovanpå vattnet.
Att lägga till ytterligare ämnen, som salt i vatten, kan förändra både smält- och fryspunkter. Om du till exempel lägger salt till snö kommer det att minska temperaturen som vatten fryser på vägar, vilket gör det säkrare för förare.
Det finns också en punkt, känd som trippelpunkten, där alla fasta ämnen, vätskor och gaser finns samtidigt. Vatten existerar till exempel i alla tre tillstånd vid en temperatur på 273,16 Kelvin och ett tryck på 611,2 pascaler.
sublime
När ett fast ämne omvandlas direkt till en gas utan att gå igenom en vätskefas är processen känd som sublimering. Detta kan inträffa antingen när provets temperatur snabbt höjs utöver kokpunkten (flashförångning) eller när ett ämne "frystorkas" genom att kyla det under vakuumförhållanden så att vattnet i ämnet genomgår sublimering och avlägsnas från provexemplaret. Några flyktiga ämnen genomgår sublimering vid rumstemperatur och tryck, såsom fryst koldioxid eller torris.
Förångning
Förångning är omvandlingen av en vätska till en gas och kan ske genom antingen indunstning eller kokning.
Eftersom partiklarna i en vätska är i konstant rörelse, kolliderar de ofta med varandra. Varje kollision får också energi att överföras, och när tillräckligt med energi överförs till partiklar nära ytan kan de slås helt bort från provet som fria gaspartiklar. Vätskor svalnar när de avdunstar eftersom energin som överförs till ytmolekyler, vilket orsakar deras utrymning, föras med sig.
Vätska kokar när tillräckligt med värme tillsätts till en vätska för att orsaka ångbubblor bildas under ytan. Denna kokpunkt är temperaturen och trycket vid vilket en vätska blir en gas.
Kondensation och avsättning
Kondensation uppstår när en gas tappar energi och samlas för att bilda en vätska. Till exempel kondenserar vattenånga till flytande vatten.
Avlagring sker när en gas förvandlas direkt till ett fast ämne utan att gå igenom vätskefasen. Vattenånga blir is eller frost när luften som berör ett fast ämne, t.ex. ett gräsblad, är svalare än resten av luften.
