Stav hmoty verzus fáza hmoty
Vo fyzike možno niečo, čo má pokojovú hmotnosť, považovať za záležitosť; je to látka vo vesmíre. Môžu to byť buď najmenšie častice s hmotnosťou alebo najväčšie hviezdy vo vesmíre. Hmota, ktorá nás znepokojuje, pozostáva len zo 4,6 % vesmíru a zvyšok hmoty leží v zatiaľ nedetegovateľných formách.
Rovnako ako energia, aj hmota môže existovať v mnohých formách. Tieto formy sú známe ako stavy hmoty. V rámci stavu hmoty môžu mať atómy a molekuly rôzne konfigurácie. Tieto sú známe ako fázy.
Čo je to fáza hmoty?
Homogénna časť heterogénneho systému oddelená rozlíšiteľnou hranicou je známa ako fáza. Všeobecne sa vzťahuje na objem v priestore, kde sú všetky vlastnosti hmoty jednotné a fyzikálne vlastnosti odlišné.
Zvážte napríklad vnútro kanvice na vodu, keď voda vrie. Voda (tekutina) zaberá spodnú časť kanvice a je oddelená stenami kanvice a horným povrchom vody. A v celej tejto oblasti sú chemické a fyzikálne vlastnosti jednotné. Tesne nad vodnou hladinou je oblasť vyplnená zmesou pary a vzduchu. Aj v tejto oblasti steny kanvice a vodná hladina vytvárajú rozlíšiteľnú hranicu a vlastnosti v celej oblasti možno považovať za jednotné. V tomto prípade je vriaca voda jednou fázou a zmes pary a vzduchu jednou fázou. Takže tento systém možno považovať za dvojfázový systém. Predstavte si vodu a benzín naliate do priehľadnej fľaše. Toto je tiež dvojfázový systém, kde sú dve kvapaliny jasne oddelené okrajom.
Skúmanie fáz hmoty je dôležité pri určovaní fyzikálnych vlastností látky po transformáciách. Počas procesov môžu nastať fázové prechody a prechody môžu byť znázornené fázovým diagramom. Fázový diagram je graf, ktorý ukazuje, ako sa môžu vyskytnúť odlišné fázy v rôznych rovnovážnych podmienkach. Keď zloženie viacfázového systému zostáva nezmenené, hovorí sa, že je vo fázovej rovnováhe.
Čo je stav hmoty?
Odlišné formy, ktoré hmota v rôznych fázach môže nadobudnúť, sa považujú za stav hmoty. Tri klasické stavy hmoty sú pevné, kvapalné a plynné.
V pevných látkach a kvapalinách sú medzimolekulové sily silné a považujú sa za kondenzované stavy. Pevné látky majú najsilnejšie medzimolekulové sily; preto je konštrukcia týmito silami pevne držaná pohromade. Preto je tvar telesa nemenný.
V kvapalinách sú medzimolekulové sily relatívne slabé; preto sú mierne držané pohromade. Molekuly sa môžu navzájom posúvať, ale sily sú dostatočne silné, aby im nedovolili uniknúť. V plynoch sú medzimolekulové sily slabé na takej úrovni, že sú veľmi ľahko držané pohromade. A môžu sa posúvať jedna cez druhú a úplne zaberať objem, do ktorého sú vložené.
Hmota mení stav v závislosti od úrovne vnútornej energie a teploty, ktorá je indikátorom vnútornej energie. Pri vyššej teplote sú vibrácie v molekulách silné, že súťažia s medzimolekulovými silami o uvoľnenie z väzieb. V pevných látkach je vnútorná energia nižšia a keď sa vnútorná energia na určitej úrovni zvýši, väzby sa uvoľnia a pevný ľad sa stane tekutým. S ďalším zvýšením vnútornej energie/teploty sa kvapalina premení na plyn.
Plazma sa tiež považuje za fyzikálny stav hmoty, kde sú elektróny z plynu stripované a elektróny aj jadrá sú na veľmi vysokej energetickej úrovni. Väčšina hmoty vo vesmíre je v tejto forme; v obrovských oblakoch medzi hviezdami, ktoré sa nazývajú medzihviezdne oblaky, a vo hviezdach, kde ich generované teplo premieňa na plazmu.
Sklo a tekuté kryštály sa vo fyzike tiež považujú za samostatné stavy. A pri veľmi nízkych teplotách tvorí hmota rôzne stavy ako supratekuté látky a Bose-Einsteinove kondenzáty. V extrémnych prípadoch sa čierne diery považujú aj za ďalší stav hmoty, ktorého presné fyzikálne vlastnosti nepoznáme.
Aký je rozdiel medzi stavom hmoty a fázou hmoty?
• Fáza je oblasť s jednotnými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami a je oddelená rozlíšiteľnými hranicami.
• Stavy hmoty sú formy, v ktorých môžu existovať rôzne fázy. Pevná látka, kvapalina a plyn sú najbežnejšie stavy hmoty na Zemi.
• V jednom stave hmoty môže existovať mnoho foriem fáz. Zvážte napríklad fľašu s benzínom a vodou. Obe sú v tekutom stave, ale v rôznych fázach. Rovnaký koncept možno použiť na tuhé látky, aj keď plyny to majú tendenciu porušovať, ale nie explicitne.
