Всесвіт, що включає в себе Землю та інші об'єкти в космічному просторі, складається з матерії. Матерією є все, що займає певний простір і має масу, яка визначає кількість матерії. Метричної одиницею вимірювання маси є грам (г). На Землі матерія приймає три основні форми: тверду, рідку і газоподібну. Вага об'єкта дозволяє визначити його масу. Чим більше його вага, тим більше маса. Зрозуміло, при однакових гравітаційних умовах. продовжуємо розпочате з роботи розповідь про енергію розповіддю про те, чому Всесвіт завжди містить однаковий обсяг маси і енергії. Ви зможете навіть перевірити це в ході дуже простого наукового експерименту.
Всесвіт немислима без енергії, і кожному слід знати про те, що це таке і якою вона буває. У цьому, безумовно, допомагає наукова і науково-популярна література, в якій складні речі подаються в доступній кожному, незалежно від віку, формі. Серед цих книг слід особливо виділити англомовний популяризаторської працю Дженіс Ванклив (Janice VanCleave) «Energy for Every Kid» ( «Про енергії - кожній дитині»). У цій своїй книзі вона докладно розповіла юним і не дуже читачам про особливості різних типів енергії. Англомовний веб-сайт «Energy and kids» зібрав на своїх сторінках все найцікавіше і найважливіше, що слід кожному знати про енергію. На його сторінках розглянуті принципи енергії, розказана історія наукової думки в галузі енергетики, розташовуються біографії вчених, які працювали в цій галузі знань. Крім того, сайт розглядає принципи енергозбереження. На ньому складена добірка експериментів, виконуваних школярами під керівництвом вчителя. Чимало цікавого там сказано також і про способи застосування енергії людською цивілізацією. Представлена там також і добірка фактів про енергію. На англомовному пізнавальному веб-сайті для дітей Penguin, в числі інших освітніх матеріалів, розташовується «Energy Guide for kids». Ця цікава добірка відповідає на ряд питань про енергію, які можуть виникнути у кожного допитливого людини.
З чого складається Всесвіт?
«Будівельними блоками» матерії є атоми. Базові хімічні речовини, що складаються з атомів одного типу, називаються елементами. З'єднуючись разом, атоми утворюють зв'язку. Речовини, що складаються з декількох типів атомів, називають складними. Існує два типи таких сполук - молекулярні та іонні сполуки.
Прикладом іонного з'єднання є хлорид натрію (кухонна сіль). Такі сполуки складаються з іонів (атомів або груп атомів, що володіють електричним зарядом). Молекулярні сполуки (наприклад вода), складаються з молекул. Молекула є найменшої фізичної часткою молекулярного з'єднання.
У вісімнадцятому столітті французький хімік Антуан Лавуазьє вперше в історії людської цивілізації виявив, що в ході хімічної реакції (процесу, в ході якого атоми формують нову речовину), матерія не утворюється і не зникає. Просто хімічні елементи в реагентах формують нову структуру.
При цьому загальна маса речовини в ході хімічної реакції зберігається, залишаючись незмінною. Маса підсумкового речовини дорівнює сумі мас реагентів. Це властивість матерії стало називатися законом збереження маси. Хімічні реактиви володіють хімічною енергією, яка утримує атоми разом. Хімічна енергія є однією з форм потенційної енергії і називається хімічної потенційною енергією. Ця енергія реалізується, коли зв'язок між атомами руйнується в процесі хімічної реакції.
У дев'ятнадцятому столітті це явище стали називати законом збереження енергії, який вперше був описаний німецьким вченим Юліусом Робертом фон Маєром. Згідно з цим фізичним законом, при звичайних умовах енергія може змінювати свою форму, але загальний її обсяг у Всесвіті завжди залишається незмінним.
Іншими словами, як і матерія, ніколи не виникає нової енергії і вона нікуди не зникає. Тільки трансформується, переходячи з однієї форми в іншу. Наприклад, коли ви піднімаєте коробку з підлоги, енергія, яку ви отримали від їжі, передається піднімається вами коробці.
Атом складається з ядра (центральна частина атома), яке містить протони (позитивно заряджені частинки) і нейтронів (частки без заряду), а також електронів (негативно заряджених частинок). У 1905 році Альберт Ейнштейн висунув теорію, згідно з якою при екстраординарних умовах маса може перетворитися в енергію, а енергія в масу. Ці спеціальні умови називаються ядерною реакцією, коли зміни відбуваються в ядрі атома.
Щоб врахувати ці виняткові умови, закони збереження були об'єднані в закон збереження маси і енергії. Цей фізичний закон стверджує, що матерія і енергія можуть переходити один в одного. При цьому сума всіх мас і всієї енергії у Всесвіті залишається незмінною. Якщо одного з них стає більше, то іншого - менше.
Втім, у повсякденному житті закони збереження маси і енергії застосовуються окремо. Коли мова йде про втрату або набуття енергії, зрозуміло, що йдеться про перехід енергії з одного стану в інший. Винятком є тільки ядерні реакції, в ході яких розщеплюється ядро атома і відбувається трансформація матерії в енергію або навпаки.
експеримент
А тепер самі переконаємося в тому, що маса зберігається. В ході експерименту слід дотримувати акуратність, весь посуд повинна бути одноразовою і утилізуватися після проведення експерименту.
Матеріали та обладнання
Два 90-міллілітрових картонних стаканчика
мірні ложки
Водопровідна вода
Одна столова ложка (5 мл) аптечного сульфату магнію
ложка
Рідкий шкільний клей
Кухонні ваги
Паперовий рушник
хід експерименту
1. В один з картонних стаканчиків додайте 2 столові ложки (10 мл) водопровідної води і сульфат магнію. Перемішайте доти, поки сульфат магнію не розчиниться або повністю, або принаймні його осад буде невеликим.
2. У другій стаканчик влийте 1 столову ложку (5 мл) рідкого шкільного клею.
3. Зважте обидва стаканчика на вагах. Запишіть масу кожного стаканчика і їх загальну масу. Зверніть увагу на зовнішній вигляд вмісту кожного з стаканчиків.
4. Влийте водний розчин сульфату магнію в стаканчик з клеєм. Перемішайте вміст стаканчика. Зверніть увагу на його зовнішній вигляд.
5. Зважте порожній стаканчик і стаканчик з розчином. Запишіть масу кожного з них окремо і загальну масу. Порівняйте загальну масу з тієї, яка була при попередньому зважуванні.
6. Тепер, зіставивши маси, витягніть лопаткою білий згусток твердої речовини, який утворився в стаканчику і перемістіть його на паперовий рушник. Оберніть рушник навколо згустку і стисніть його, щоб вичавити зайву рідину. Чим відрізняється згусток від тих речовин, якими він був утворений?
результат
Спочатку один із стаканчиків містить прозору рідину, утворену сульфатом магнію і водою, а другий - білий рідкий клей. Після змішування утворюється білий твердий згусток і деякий надлишок рідини. Маси стаканчиків залишаються без змін, поки і після змішування.
Чому так відбувається?
Суміш сульфату магнію і води формує розчин (речовина, розчинена в рідини). Рідкий клей теж є розчином, що складається з різних речовин, розчинених у воді. Коли ці два розчини з'єднуються, відбувається хімічна реакція між її компонентами, яка веде до утворення білого твердого матеріалу.
Навіть коли вихідні реагенти розпадаються на частинки і переформує в новому порядку, всі вони залишаються в стаканчику. З цієї причини, коли ви повторно зважуєте стаканчики, не відбувається ніяких змін в їх загальній масі. На цьому простому прикладі продемонстровано збереження маси в ході хімічної реакції.
загадок енергії чимало, читайте додаткові матеріали про них у відповідній рубриці, яка буде поповнюватися в міру розгляду все нових і нових питань, що стосуються енергії.
З чого складається Всесвіт?З чого складається Всесвіт?
Чим відрізняється згусток від тих речовин, якими він був утворений?
Чому так відбувається?
