#физика | Загадочная энергия. Закон сохранения массы и энергии

14 Июля 2014 в 18:30, Олег Довбня 16 866 просмотров 24

Вселенная в искусстве

Вселенная, включающая в себя Землю и другие объекты в космическом пространстве, состоит из материи. Материей является все, что занимает определенное пространство и обладает массой, определяющей количество материи. Метрической единицей измерения массы является грамм (г). На Земле материя принимает три основные формы: твердую, жидкую и газообразную. Вес объекта позволяет определить его массу. Чем больше его вес, тем больше масса. Разумеется, при одинаковых гравитационных условиях. Продолжаем начатое с работы повествование об энергии рассказом о том, почему Вселенная всегда содержит одинаковый объем массы и энергии. Вы сможете даже проверить это в ходе очень простого научного эксперимента.

Пища - источник энергии

Вселенная немыслима без энергии, и каждому следует знать о том, что это такое и какой она бывает. В этом, безусловно, помогает научная и научно-популярная литература, в которой сложные вещи подаются в доступной каждому, вне зависимости от возраста, форме. Среди этих книг следует особо выделить англоязычный популяризаторский труд Дженис Ванклив (Janice VanCleave) «Energy for Every Kid» («Об энергии — каждому ребенку»). В этой своей книге она обстоятельно рассказала юным и не очень читателям об особенностях различных типов энергии. Англоязычный веб-сайт «Energy and kids» собрал на своих страницах все самое интересное и важное, что следует каждому знать об энергии. На его страницах рассмотрены принципы энергии, поведана история научной мысли в области энергетики, располагаются биографии ученых, трудившихся в этой области знаний. Кроме того, сайт рассматривает принципы энергосбережения. На нем составлена подборка экспериментов, выполняемых школьниками под руководством учителя. Немало интересного там сказано также и о способах применения энергии человеческой цивилизацией. Представлена там также и подборка фактов об энергии. На англоязычном познавательном веб-сайте для детей Penguin, в числе прочих образовательных материалов, располагается «Energy Guide for kids». Эта интереснейшая подборка отвечает на ряд вопросов об энергии, которые могут возникнуть у каждого любознательного человека.

Из чего состоит Вселенная?

«Строительными блоками» материи являются атомы. Базовые химические вещества, состоящие из атомов одного типа, называются элементами. Соединяясь вместе, атомы образуют связи. Вещества, состоящие из нескольких типов атомов, называют сложными. Существует два типа таких соединений — молекулярные и ионные соединения.

Примером ионного соединения является хлорид натрия (поваренная соль). Такие соединения состоят из ионов (атомов или групп атомов, обладающих электрическим зарядом). Молекулярные соединения (например вода), состоят из молекул. Молекула является мельчайшей физической частицей молекулярного соединения.

В восемнадцатом столетии французский химик Антуан Лавуазье впервые в истории человеческой цивилизации обнаружил, что в ходе химической реакции (процесса, в ходе которого атомы формируют новое вещество), материя не образуется и не исчезает. Просто химические элементы в реагентах формируют новую структуру.

При этом общая масса вещества в ходе химической реакции сохраняется, оставаясь неизменной. Масса итогового вещества равна сумме масс реагентов. Это свойство материи стало называться законом сохранения массы. Химические реактивы обладают химической энергией, которая удерживает атомы вместе. Химическая энергия является одной из форм потенциальной энергии и называется химической потенциальной энергией. Эта энергия реализуется, когда связь между атомами разрушается в процессе химической реакции.

В девятнадцатом столетии это явление стали называть законом сохранения энергии, который впервые был описан немецким ученым Юлиусом Робертом фон Майером. Согласно этому физическому закону, при обычных условиях энергия может менять свою форму, но общий ее объем во Вселенной всегда остается неизменным.

Иными словами, как и материя, никогда не возникает новой энергии и она никуда не исчезает. Только трансформируется, переходя из одной формы в другую. К примеру, когда вы поднимаете коробку с пола, энергия, которую вы получили от пищи, передается поднимаемой вами коробке.

Атом состоит из ядра (центральная часть атома), которое содержит протоны (положительно заряженные частицы) и нейтронов (частицы без заряда), а также электронов (отрицательно заряженных частиц). В 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул теорию, согласно которой при экстраординарных условиях масса может преобразоваться в энергию, а энергия в массу. Эти специальные условия называются ядерной реакцией, когда изменения происходят в ядре атома.

Чтобы учесть эти исключительные условия, законы сохранения были объединены в закон сохранения массы и энергии. Этот физический закон утверждает, что материя и энергия могут переходит друг в друга. При этом сумма всех масс и всей энергии во Вселенной остается неизменной. Если одного из них становится больше, то другого — меньше.

Впрочем, в повседневной жизни законы сохранения массы и энергии применяются раздельно. Когда речь идет о потере или обретении энергии, понятно, что говорится о переходе энергии из одного состояния в другое. Исключением являются только ядерные реакции, в ходе которых расщепляется ядро атома и происходит трансформация материи в энергию или наоборот.

Эксперимент

А теперь сами убедимся в том, что масса сохраняется. В ходе эксперимента следует соблюдать аккуратность, вся посуда должна быть одноразовой и утилизироваться после проведения эксперимента.

Материалы и оборудование
Два 90-миллилитровых картонных стаканчика
Мерные ложки
Водопроводная вода
Одна столовая ложка (5 миллилитров) аптечного сульфата магния
Ложка
Жидкий школьный клей
Кухонные весы
Бумажное полотенце

Ход эксперимента
1. В один из картонных стаканчиков добавьте 2 столовые ложки (10 миллилитров) водопроводной воды и сульфат магния. Перемешивайте до тех пор, пока сульфат магния не растворится или полностью, или по крайней мере его осадок будет небольшим.

2. Во второй стаканчик влейте 1 столовую ложку (5 миллилитров) жидкого школьного клея.

3. Взвесьте оба стаканчика на весах. Запишите массу каждого стаканчика и их общую массу. Обратите внимание на внешний вид содержимого каждого из стаканчиков.

4. Влейте водный раствор сульфата магния в стаканчик с клеем. Перемешайте содержимое стаканчика. Обратите внимание на его внешний вид.

5. Взвесьте пустой стаканчик и стаканчик с раствором. Запишите массу каждого из них по отдельности и общую массу. Сравните общую массу с той, которая была при предыдущем взвешивании.

6. Теперь, сопоставив массы, извлеките лопаткой белый сгусток твердого вещества, который образовался в стаканчике и переместите его на бумажное полотенце. Оберните полотенце вокруг сгустка и сожмите его, чтобы выжать лишнюю жидкость. Чем отличается сгусток от тех веществ, которыми он был образован?

Результат
Вначале один из стаканчиков содержит прозрачную жидкость, образованную сульфатом магния и водой, а второй — белый жидкий клей. После смешивания образуется белый твердый сгусток и некоторый излишек жидкости. Массы стаканчиков остаются прежними до и после смешивания.

Почему так происходит?
Смесь сульфата магния и воды формирует раствор (вещество, растворенное в жидкости). Жидкий клей тоже является раствором, состоящим из различных веществ, растворенных в воде. Когда эти два раствора соединяются, происходит химическая реакция между ее компонентами, которая ведет к образованию белого твердого материала.

Даже когда исходные реагенты распадаются на частицы и переформируются в новом порядке, все они остаются в стаканчике. По этой причине, когда вы повторно взвешиваете стаканчики, не происходит никаких изменений в их общей массе. На этом простом примере продемонстрировано сохранение массы в ходе химической реакции.

Загадок энергии немало, читайте дополнительные материалы о них в соответствующей рубрике, которая будет пополняться по мере рассмотрения все новых и новых вопросов, касающихся энергии.

#физика | Загадочная энергия. Закон сохранения массы и энергии

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

24 комментария

  1. Andreykapro

    Да ладно вам)) это все известно с 7 класса . На кого рассчитана статья?) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • qqqqqq qqqqqqqq

      Для не просвещенных ))

      • vassa

        "В 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул теорию, согласно которой при экстраординарных условиях масса может преобразоваться в энергию, а энергия в массу.."
        "К примеру, когда вы поднимаете коробку с пола, энергия, которую вы получили от пищи, передается поднимаемой вами коробке."
        А теперь сами убедимся в том, что энергия преобразовалась в массу, взвесим коробку до ее поднятия и после и убедимся в том что коробка стала тяжелее, разность в весе наглядно докажет правоту Эйнштейна.

        • arhadmin

          Читать научись. Масса в энергию переходит только при ядерных реакциях. Ты понимаешь коробку с помощью ядерной реакции? Круто.

          • vassa

            Автор статьи историк и программист. Соискатель ученой степени кандидата исторических наук. В физике полный профан, но это не останавливает его поучительно нести в широкие массы полный бред.
            ------
            "На Земле материя принимает три основные формы: твердую, жидкую и газообразную."
            Материя существует в трех формах - в виде поля, частиц и вещества.
            Вещество же бывает твердым, жидким, газообразным и в плазменном состоянии.
            Энергия (др.-греч. — «действие, деятельность, сила, мощь») — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
            Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.
            Согласно специальной теории относительности между массой и энергией существует связь, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна E=mc2, где E — энергия системы, m — её масса, c — скорость света в вакууме. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя, а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.
            Прежде чем поучать, желательно изучать матчасть, чтоб не выглядеть Митрофанушкой.

            • alex30ya

              Так ведь этот соискатель высказывает не свои мысли а какого-то англоязычного сайта. Я не готов сравнивать достоинства англоязычного и русскоязычного сайтов, но своё все же как-то ближе и понятнее.

        • spb73

          Масса в энергию переходить не может. Масса -это материи, энергия - это мера движения материи. Одно свойство не может перейти в другое. Это все равно, если бы тяжелый перешло бы в быстрый. Теорию Эйнштейна нужно трактовать немного иначе.
          Гляньте...
          http://svo.spb.ru/otdyx/ischeznovenie-veshhestva-transformaciya-materii.html

    • romankozloff

      наверно для первоклашек

  2. Artem_dc

    Поднял коробку 10 раз, она стала настолько тяжелой что теперь не поднять. Как теперь сделать её легкой? Опустить 10 раз? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  3. Andrekv2009

    Магнитные явления ещё до конца не изучены, так что возможно, что этот закон можно будет обойти и в итоге создать вечный двигатель. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  4. freetown113

    Я может не в курсе последних событий, а какая связь между магнитными явлениями и вечным двигателем?

  5. arhadmin

    Школота одна что ли собралась ))

    • romankozloff

      в дневнике у себя посмотри

    • Dasha2000

      Не Одна, но есть...
      Статья необычный подход несет!
      А может это верно для Мира с мерностью более ( чем наш!)?
      Раздвинем грницы восприятия!

  6. vip

    Цитата: Вселенная, включающая в себя Землю и другие объекты в космическом пространстве, состоит из материи.

    Комментарий: Это верно. Однако, как зародилась материя? Ответ прост – в процессе флуктуации энергии.
    Справка: Флуктуацией мы называем случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений.
    Подробнее в простой и доступной форме здесь: http://vip46.livejournal.com/1527.html

    Цитата: Материей является все, что занимает определенное пространство и обладает массой, определяющей количество материи.

    Комментарий: Не совсем так, ибо масса является всего лишь мерой инертности соответствующего сгустка энергии.
    Подробнее в популярной форме здесь: http://vip46.livejournal.com/2308.html

    Цитата: «Строительными блоками» материи являются атомы.

    Комментарий: Атом, в свою очередь, состоит из ядра и окружающих его электронов, которые являются потенциальным полем ядра. Масса электронов и определяет массу потенциального поля ядра. Более того, само ядро состоит из протонов и нейтронов, которые тоже являются сгустками потенциальных полей внутри ядра.
    Подробнее в популярной форме здесь: http://vip46.livejournal.com/3114.html

    И ещё. Если вспомнить, что сила гравитации является лишь градиентом потенциальной энергии, то становится ясно, почему эта сила используется в качестве источника энергии.
    Самый показательный пример использования потенциальной энергии в Природе - броуновское движение, ибо именно флуктуация потенциальной энергии заставляет метаться броуновскую частицу с огромными ускорениями, но без деформаций.
    Именно это Природное явление мы могли бы использовать для космических полётов с огромными ускорениями, но без деформаций (иначе человек не выживет).
    Подробнее здесь:http://vip46.livejournal.com/3856.html

  7. ivanovich-6056@mail.ru

    Уважаемые! --- Убедительно прошу опубликовать ниже следующею информацию --- у Вас и везде, где только можно в интернете в математические разделы или в общие на ваше усмотрение.

    APPEAL TO WORLD
    PUBLIC !!!
    WARNING !!!ALL,
    Dear you cann't do nothing, nothing to help, that does not change, and did not respond to my request --- necessarily go to my website
    http://2357111317.jimdo.com/

    ---- But, then, as firmly proved there --- EARTH, all of humanity including YOU --- perish and destroy them all --- until 2039. !!! --- FULL cooling core and decay of the magnetosphere. ---

    ---IF, do not fix it in textbooks, and thus in the nature on EARTH --- false picture NUMBERS !!!

    ALL are detailed described and found on this website.
    I warn you that I have the copyright svidetelsto on these discoveries.

    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    ОБРАЩЕНИЕ К МИРОВОЙ
    ОБЩЕСТВЕННОСТИ !!!
    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ВСЕМ !!!
    Уважаемые, Вы можите ничего не делать, ничем не помогать, ни чего не менять и никак не реагировать на мою просьбу --- в обязательном порядке зайти на мой сайт http://2357111317.jimdo.com/

    ---- Но, тогда, как твёрдо доказал там --- ЗЕМЛЯ, всё ЧЕЛОВЕЧЕСТВО в том числе и ВЫ --- ПОГИБНИТЕ И ВСЕХ ПОГУБИТЕ --- ДО 2039 ГОДА!!! --- ОТ ПОЛНОГО ОСТЫВАНИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ И РАСПАДА МАГНИТОСФЕРЫ. ---

    --- ЕСЛИ, НЕ ИСПРАВИТЕ В УЧЕБНИКАХ, А ЗНАЧИТ И В ПРИРОДЕ НА ЗЕМЛЕ --- ЛОЖНУЮ КАРТИНУ ЧИСЕЛ !!!

    ВСЁ ПОДРОБНО УКАЗАНО, ОПИСАНО И НАЙДЁТЕ НА ЭТОМ САЙТЕ. ----
    http://2357111317.jimdo.com/

    Предупреждаю, что имею авторское свидетельсто на эти открытия.

    • alex30ya

      Представляется, что полное остывание ядра Земли и распад магнитосферы произойдут через 2039 триллионов лет!!! в нашем исчислении. Вот тогда уж точно все и всё погибнет. А пока надо просто жить, или даже очень просто и иногда читать всякую ересь.

  8. Evrica

    Встретил пару интересных человек, уже хорошие:-)

  9. Dasha2000

    Самое офигительное на этом милом сайте, это читать комментарии !
    Полный улет и ржака!

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.