Kütlənin və enerjinin saxlanması qanunu. Maddələrin kütləsinin saxlanması qanunu Kimyada kütlənin saxlanması qanunu

Atom və molekulların mövcudluğunu sübut etdikdən sonra atom-molekulyar nəzəriyyənin ən mühüm kəşfi 1748-ci ildə böyük rus alimi Mixail Vasilyeviç Lomonosov (1711-1765) tərəfindən fəlsəfi konsepsiya kimi formalaşdırılmış kütlənin saxlanması qanunu olmuşdur. 1756-cı ildə özü tərəfindən və ondan müstəqil olaraq 1789-cu ildə fransız kimyaçısı A.L.Lavoisier tərəfindən eksperimental olaraq təsdiq edilmişdir.

Kimyəvi reaksiyada iştirak edən bütün maddələrin kütləsi bütün reaksiya məhsullarının kütləsinə bərabərdir.

Lomonosova qədər maddələrin yanması ilə bağlı aparılan təcrübələr reaksiya zamanı maddələrin kütləsinin saxlanmadığını irəli sürdü. Havada qızdırıldıqda, civə kütləsi metalın kütləsindən böyük olan qırmızı şkala çevrildi. Ağacın yanması zamanı əmələ gələn kül kütləsi, əksinə, həmişə orijinal maddənin kütləsindən az olur.

Lomonosov sadə bir təcrübə apardı ki, metalın yanması əlavə reaksiyadır və metalın kütləsinin artması havanın bir hissəsinin əlavə edilməsi hesabına baş verir. O, möhürlənmiş şüşə qabda metalları kalsine etdi və kimyəvi reaksiya baş versə də, qabın kütləsinin dəyişmədiyini aşkar etdi. Gəmi açıldıqdan sonra hava içəri daxil oldu və gəminin kütləsi artdı. Beləliklə, reaksiyanın bütün iştirakçılarının kütləsinin diqqətlə ölçülməsi ilə kimyəvi reaksiya zamanı maddələrin kütləsinin qorunduğu məlum olur. Kütlənin saxlanması qanunu atom-molekulyar nəzəriyyə üçün böyük əhəmiyyət kəsb edirdi. O təsdiq etdi ki, atomlar bölünməzdir və kimyəvi reaksiyalar zamanı dəyişmir. Reaksiya zamanı molekullar atomlar mübadiləsi aparır, lakin hər bir növün atomlarının ümumi sayı dəyişmir və buna görə də reaksiya zamanı maddələrin ümumi kütləsi saxlanılır.

Kütlənin saxlanması qanunu təbiətin ümumi qanununun xüsusi halıdır - təcrid olunmuş sistemin enerjisinin sabit olduğunu bildirən enerjinin saxlanması qanunudur. Enerji müxtəlif növ maddələrin hərəkəti və qarşılıqlı təsirinin ölçüsüdür. İzolyasiya edilmiş bir sistemdə hər hansı bir proses zamanı enerji nə istehsal olunur, nə də məhv edilir, yalnız bir formadan digərinə keçə bilər.

Enerjinin bir forması Eynşteyn münasibəti ilə kütlə ilə əlaqəli olan istirahət enerjisidir.

E 0 = m 0 s 2,

burada c işığın vakuumdakı sürətidir (c = 3 10 8 m/s). Bu əlaqə kütlənin enerjiyə və əksinə çevrilə biləcəyini göstərir. Bütün nüvə reaksiyalarında məhz belə olur və buna görə də nüvə proseslərində kütlənin saxlanması qanunu pozulur. Bununla belə, enerjinin saxlanması qanunu, əgər qalan enerjini nəzərə alsaq, bu halda qüvvədə qalır.

Kimyəvi reaksiyalarda enerjinin buraxılması və ya udulması nəticəsində yaranan kütlənin dəyişməsi çox kiçik olur. Kimyəvi reaksiyanın tipik istilik effekti miqyasına görə 100 kJ/mol təşkil edir. Kütlənin necə dəyişdiyini hesablayaq:

∆m = ∆E/s 2 = 10 5 / (3 10 8) 2 ~ 10 -12 kq/mol = 10 -9 q/mol.

Kütlənin saxlanması qanunu insan fəaliyyətinin bütün sahələrində fiziki proseslərin hesablanması üçün əsasdır. Onun etibarlılığı nə fiziklər, nə kimyaçılar, nə də başqa elmlərin nümayəndələri tərəfindən mübahisələndirilmir. Bu qanun, ciddi mühasib kimi, maddənin digər maddələrlə qarşılıqlı təsirindən əvvəl və sonra dəqiq kütləsinin saxlanmasını təmin edir. Bu qanunu kəşf etmək şərəfi rus alimi M.V.Lomonosova məxsusdur.

Maddələrin tərkibi haqqında ilkin fikirlər

Maddənin quruluşu əsrlər boyu hər bir insan üçün sirr olaraq qaldı. Müxtəlif fərziyyələr alimlərin zehnini həyəcanlandırdı və müdrikləri uzun və mənasız mübahisələrə sövq etdi. Biri hər şeyin oddan ibarət olduğunu müdafiə etdi, digəri tamam başqa nöqteyi-nəzərdən müdafiə etdi. Qədim yunan alimi Demokritin bütün maddələrin kiçik, gözə görünməyən, maddənin xırda hissəciklərindən ibarət olması nəzəriyyəsi nəzəriyyələr kütləsi arasından keçərək unudulub. Demokrit onları "atomlar" adlandırdı, yəni "bölünməz" deməkdir. Təəssüf ki, 23 əsr ərzində onun fərziyyəsi unudulub.

kimyagərlik

Əsasən orta əsrlərin elmi məlumatları qərəzlərə və müxtəlif fərziyyələrə əsaslanırdı. Kimyagərlik yarandı və geniş yayıldı, bu, təvazökar praktiki biliklər toplusu idi, ən fantastik nəzəriyyələrlə sıx şəkildə tatlandırıldı. Məsələn, o dövrün məşhur ağılları qurğuşunu qızıla çevirməyə və bütün xəstəliklərə şəfa verən naməlum bir filosof daşı tapmağa çalışdılar. Axtarış prosesində kimyəvi elementlərin çoxlu izah olunmayan reaksiyalarından ibarət elmi təcrübə tədricən toplanır. Məsələn, məlum olub ki, sonralar sadə adlanan bir çox maddələr çürümür. Beləliklə, maddənin bölünməz hissəcikləri haqqında qədim nəzəriyyə yenidən canlandırıldı. Bu məlumat anbarını ardıcıl və məntiqli bir nəzəriyyəyə çevirmək böyük ağıl tələb edirdi.

Lomonosov nəzəriyyəsi

Kimya öz dəqiq kəmiyyət tədqiqat metodunu rus alimi M.V.Lomonosova borcludur. Parlaq qabiliyyətlərinə və zəhmətkeşliyinə görə kimya professoru adını aldı və Rusiya Elmlər Akademiyasının üzvü oldu. Onun nəzdində ölkənin ilk müasir kimya laboratoriyası təşkil edildi, burada maddələrin kütləsinin məşhur saxlanması qanunu kəşf edildi.

Lomonosov kimyəvi reaksiyaların gedişatını öyrənmək prosesində başlanğıc kimyəvi maddələri və reaksiyadan sonra yaranan məhsulları çəkdi. Eyni zamanda, o, maddənin kütləsinin saxlanma qanununu kəşf etdi və formalaşdırdı. 17-ci əsrdə kütlə anlayışı tez-tez "çəki" termini ilə qarışdırılırdı. Buna görə də, maddələrin kütlələrinə çox vaxt "tərəzi" deyilirdi. Lomonosov müəyyən etdi ki, maddənin quruluşu onun qurulduğu hissəciklərdən birbaşa asılıdır. Əgər onun tərkibində eyni tipli hissəciklər varsa, o zaman alim belə bir maddəni sadə adlandırıb. Korpuskulların tərkibi heterojen olduqda mürəkkəb maddə alınır. Bu nəzəri məlumatlar Lomonosova kütlənin saxlanması qanununu formalaşdırmağa imkan verdi.

Qanunun tərifi

Çoxsaylı təcrübələrdən sonra M.V.Lomonosov bir qanun yaratdı, onun mahiyyəti belə idi: reaksiyaya daxil olan maddələrin çəkisi reaksiya nəticəsində yaranan maddələrin çəkisinə bərabərdir.

Rus elmində bu postulat “Lomonosovun maddələrin kütləsinin saxlanması qanunu” adlanır.

Bu qanun 1748-ci ildə tərtib edilmiş və möhürlənmiş qablarda yandırılan metalların reaksiyası ilə bağlı ən dəqiq təcrübələr 1756-cı ildə aparılmışdır.

Lavuazyenin təcrübələri

Böyük fransız kimyaçısı Antuan Lavuazyenin əsərinin təsviri dərc edildikdən sonra Avropa elmi kütlənin saxlanması qanununu kəşf etdi.

Bu alim öz təcrübələrində o dövrün nəzəri anlayışlarını və fiziki üsullarını cəsarətlə tətbiq etdi ki, bu da ona kimyəvi nomenklaturanı işləyib hazırlamağa və o dövrdə məlum olan bütün kimyəvi maddələrin reyestrini yaratmağa imkan verdi.

Lavuazye öz təcrübələri ilə sübut etdi ki, hər hansı kimyəvi reaksiya prosesində birləşməyə daxil olan maddələrin kütləsinin saxlanma qanununa əməl olunur. Bundan əlavə, o, mürəkkəb maddələrin bir hissəsi kimi reaksiyada iştirak edən elementlərin hər birinin kütləsinə qorunma qanununun genişlənməsini genişləndirdi.

Beləliklə, maddələrin kütləsinin saxlanma qanununu kimin kəşf etdiyi sualına iki cür cavab vermək olar. M.V.Lomonosov ilk dəfə olaraq qorunma qanununu aydın şəkildə nümayiş etdirən və onu nəzəri əsaslara qoyan təcrübələr aparmışdır. A.Lavuazye 1789-cu ildə rus alimindən asılı olmayaraq müstəqil olaraq kütlənin saxlanma qanununu kəşf etdi və onun prinsipini kimyəvi reaksiyada iştirak edən bütün elementlərə şamil etdi.

Kütlə və enerji

1905-ci ildə böyük A.Einstein maddənin kütləsi ilə enerjisi arasında əlaqəni göstərdi. Bu düsturla ifadə edildi:

Eynşteyn tənliyi kütlənin və enerjinin saxlanması qanununu təsdiqləyir. Bu nəzəriyyə bildirir ki, bütün enerjinin kütləsi var və bu enerjinin dəyişməsi bədənin kütləsinin dəyişməsinə səbəb olur. Hər hansı bir cismin potensial enerjisi çox yüksəkdir və o, yalnız xüsusi şəraitdə sərbəst buraxıla bilər.

Kütlənin saxlanması qanunu mikro və makrokosmosun istənilən cisimləri üçün etibarlıdır. Hər hansı kimyəvi reaksiya maddənin daxili enerjisinin çevrilməsində iştirak edir. Buna görə də, kimyəvi reaksiyalarda iştirak edən maddələrin kütləsini hesablayarkən, müəyyən bir reaksiyada enerjinin ayrılması və ya udulması nəticəsində yaranan kütlənin artması və ya itkisini nəzərə almaq lazımdır. Əslində, makrokosmosda bu təsir o qədər əhəmiyyətsizdir ki, bu cür dəyişiklikləri nəzərə almamaq olar.

Kimyəvi reaksiyaya girən maddələrin kütləsi reaksiya nəticəsində əmələ gələn maddələrin kütləsinə bərabərdir.

Kütlənin saxlanması qanunu təbiətin ümumi qanununun - maddənin və enerjinin saxlanması qanununun xüsusi halıdır. Bu qanuna əsasən kimyəvi reaksiyalar kimyəvi tənliklərdən, maddələrin kimyəvi formullarından və reaksiyada iştirak edən maddələrin nisbi kəmiyyətlərini (molların sayını) əks etdirən stexiometrik əmsallardan istifadə etməklə təmsil oluna bilər.

Məsələn, metanın yanma reaksiyası aşağıdakı kimi yazılır:

Maddələrin kütləsinin saxlanması qanunu

(M.V.Lomonosov, 1748; A.Lavoisier, 1789)

Kimyəvi reaksiyada iştirak edən bütün maddələrin kütləsi bütün reaksiya məhsullarının kütləsinə bərabərdir.

Atom-molekulyar nəzəriyyə bu qanunu belə izah edir: kimyəvi reaksiyalar nəticəsində atomlar yox olmur və ya meydana çıxmır, lakin onların yenidən təşkili baş verir (yəni kimyəvi çevrilmə atomlar arasında bəzi bağların qırılması və digərlərinin əmələ gəlməsi prosesidir, nəticədə maddələr, reaksiya məhsullarının molekulları alınır). Reaksiyadan əvvəl və sonra atomların sayı dəyişməz qaldığından, onların ümumi kütləsi də dəyişməməlidir. Kütlə maddənin miqdarını xarakterizə edən kəmiyyət kimi başa düşülürdü.

20-ci əsrin əvvəllərində cismin kütləsi onun sürətindən və cismin kütləsindən asılı olan nisbilik nəzəriyyəsinin (A.Einstein, 1905) yaranması ilə əlaqədar olaraq kütlənin saxlanması qanununun tərtibinə yenidən baxıldı. , buna görə də təkcə maddənin miqdarını deyil, həm də onun hərəkətini xarakterizə edir. Cismin aldığı E enerjisi onun kütləsinin m artması ilə E = m c 2 münasibəti ilə bağlıdır, burada c işıq sürətidir. Bu nisbət kimyəvi reaksiyalarda istifadə edilmir, çünki 1 kJ enerji kütlənin ~10 -11 q dəyişməsinə uyğundur və m praktiki olaraq ölçülə bilməz. E kimyəvi reaksiyalardan ~10 6 dəfə böyük olan nüvə reaksiyalarında m nəzərə alınmalıdır.

Kütlənin saxlanması qanununa əsaslanaraq kimyəvi reaksiyaların tənliklərini tərtib etmək və onlardan istifadə etməklə hesablamalar aparmaq olar. O, kəmiyyət kimyəvi analizinin əsasını təşkil edir.

Kompozisiyanın sabitliyi qanunu

Vikipediyadan material - pulsuz ensiklopediya

Tərkibinin sabitliyi qanunu ( J.L. Prust, 1801 -1808.) - hazırlanma üsulundan asılı olmayaraq hər hansı xüsusi kimyəvi cəhətdən təmiz birləşmə eyni birləşmədən ibarətdir kimyəvi elementlər, və onların kütlələrinin nisbətləri sabitdir və nisbi rəqəmlər onların atomlar tam ədədlərlə ifadə edilir. Bu, əsas qanunlardan biridir kimya.

Tərkibinin sabitliyi qanunu təmin edilmir Bertollidlər(dəyişən tərkibli birləşmələr). Lakin sadəlik üçün bir çox Bertollidin tərkibi sabit kimi yazılır. Məsələn, kompozisiya dəmir (II) oksidi FeO kimi yazılmışdır (daha dəqiq Fe 1-x O düsturunun əvəzinə).

Çoxluqlar Qanunu

Çoxlu nisbətlər qanunu bunlardan biridir stoxiometrik qanunlar kimya: əgər iki maddələr (sadə və ya kompleks) bir-biri ilə birdən çox birləşmə əmələ gətirir, onda bir maddənin eyni kütləsi üçün başqa bir maddənin kütlələri aşağıdakı kimi əlaqələndirilir. tam ədədlər, adətən kiçik.

· Elastiklik · Plastiklik · Huk qanunu · Reologiya · Özlü elastiklik

Kütlənin Saxlanılması Qanunu- bütün təbii və süni proseslər zamanı fiziki sistemin kütləsinin saxlandığı fizika qanunu.

Heç bir şey yoxdan yarana bilməz və mövcud olanı məhv etmək mümkün deyil.

Əvvəllər Empedoklun “mühafizə prinsipi” Mileziya məktəbinin nümayəndələri tərəfindən hər şeyin əsası olan ilkin maddə haqqında nəzəri fikirləri formalaşdırmaq üçün istifadə olunurdu.

Sonralar oxşar tezisi Demokrit, Aristotel və Epikur (Lukreti Karanın təkrar etdiyi kimi) ifadə etmişlər. Orta əsr alimləri də bu qanunun doğruluğuna şübhə etmirdilər. 1630-cu ildə Perigorddan olan həkim Jean Rey (1583-1645) Mersennə yazırdı:

Çəki elementlərin mahiyyəti ilə o qədər sıx bağlıdır ki, birindən digərinə dəyişdikdə həmişə eyni çəki saxlayırlar.

Təbiətdə baş verən bütün dəyişikliklər elə baş verir ki, bir şeyə bir şey əlavə olunarsa, başqa bir şeydən götürülür. Belə ki, bir bədənə nə qədər maddə əlavə olunursa, digərindən də o qədər itki olur, mən neçə saat yatıram, oyaq olmaqdan o qədər alıram və s.

Sonradan mikrodünya fizikası yaranana qədər kütlənin saxlanması qanunu doğru və aşkar hesab olunurdu. İmmanuel Kant bu qanunu təbiət elminin postulatı elan etdi (1786). Lavuazye özünün “İbtidai Kimya Dərsliyi”ndə () maddənin kütləsinin saxlanması qanununun dəqiq kəmiyyət ifadəsini verir, lakin bu qanunu hansısa yeni və mühüm qanun elan etmir, sadəcə olaraq tanınmış qanun kimi qəbul edərkən qeyd edir. və çoxdan təsdiqlənmiş faktdır. Kimyəvi reaksiyalar üçün Lavoisier qanunu aşağıdakı kimi tərtib etdi:

İstər süni proseslərdə, istərsə də təbii proseslərdə heç nə baş vermir və belə bir mövqe irəli sürmək olar ki, hər əməliyyatda [kimyəvi reaksiya] əvvəl və sonra eyni miqdarda maddə var, prinsiplərin keyfiyyət və kəmiyyəti eyni qalır, yalnız yerdəyişmələr və yenidən qruplaşmalar baş verdi. Kimyada təcrübələr etmək sənəti bu təklifə əsaslanır.

Başqa sözlə, kimyəvi reaksiyanın baş verdiyi qapalı fiziki sistemin kütləsi saxlanılır və bu reaksiyaya daxil olan bütün maddələrin kütlələrinin cəmi bütün reaksiya məhsullarının kütlələrinin cəminə bərabərdir (yəni, o da qorunur). Kütləvi əlavə hesab olunur.

Hazırkı vəziyyət

20-ci əsrdə kütlənin iki yeni xüsusiyyəti kəşf edildi.

(M1) Fiziki cismin kütləsi onun daxili enerjisindən asılıdır (bax: Kütlənin və enerjinin ekvivalentliyi). Xarici enerji udulduqda kütlə artır, itirildikdə isə azalır. Buradan belə çıxır ki, kütlə yalnız təcrid olunmuş sistemdə, yəni xarici mühitlə enerji mübadiləsi olmadıqda saxlanılır. Nüvə reaksiyaları zamanı kütlənin dəyişməsi xüsusilə nəzərə çarpır. Ancaq istiliyin buraxılması (və ya udulması) ilə müşayiət olunan kimyəvi reaksiyalar zamanı belə kütlə qorunmur, baxmayaraq ki, bu vəziyyətdə kütlə qüsuru əhəmiyyətsizdir. Akademik L. B. Okun yazır:

Daxili enerji dəyişdikdə cismin kütləsinin dəyişdiyini vurğulamaq üçün iki ümumi nümunəni nəzərdən keçirək:
1) dəmir dəmiri 200° qızdırdıqda onun kütləsi miqdar artır;
2) müəyyən miqdarda buz tamamilə suya çevrildikdə.

(M2) Kütlə əlavə kəmiyyət deyil: sistemin kütləsi onun komponentlərinin kütlələrinin cəminə bərabər deyil. Əlavəsizliyə nümunələr:

• Hər biri kütləsi olan elektron və pozitron ayrı-ayrılıqda kütləsi olmayan, ancaq sistem şəklində olan fotonlara çevrilə bilər.
• Bir proton və bir neytrondan ibarət deytron kütləsi onun komponentlərinin kütlələrinin cəminə bərabər deyil, çünki hissəciklərin qarşılıqlı təsir enerjisi nəzərə alınmalıdır.
• Günəşin daxilində baş verən termonüvə reaksiyalarında hidrogenin kütləsi ondan əmələ gələn heliumun kütləsinə bərabər deyil.
• Xüsusilə parlaq bir nümunə: protonun kütləsi (≈938 MeV) onu təşkil edən kvarkların kütləsindən (təxminən 11 MeV) bir neçə on dəfə çoxdur.

Beləliklə, fiziki strukturların parçalanması və ya sintezi ilə müşayiət olunan fiziki proseslər zamanı sistemin tərkib hissələrinin (komponentlərinin) kütlələrinin cəmi saxlanılmır, lakin bu (təcrid olunmuş) sistemin ümumi kütləsi saxlanılır:

• Annigilyasiya nəticəsində yaranan fotonlar sisteminin kütləsi, məhv edən elektron və pozitrondan ibarət sistemin kütləsinə bərabərdir.
• Deytrondan ibarət olan sistemin kütləsi (bağlanma enerjisi nəzərə alınmaqla) ayrı-ayrılıqda bir proton və bir neytrondan ibarət sistemin kütləsinə bərabərdir.
• Sərbəst buraxılan enerji nəzərə alınmaqla termonüvə reaksiyaları nəticəsində yaranan heliumdan ibarət sistemin kütləsi hidrogenin kütləsinə bərabərdir.

Bu o deməkdir ki, müasir fizikada kütlənin saxlanması qanunu enerjinin saxlanması qanunu ilə sıx bağlıdır və eyni məhdudiyyətlə yerinə yetirilir - sistemlə xarici mühit arasında enerji mübadiləsi nəzərə alınmalıdır.

Daha ətraflı

Müasir fizikada kütlənin niyə qeyri-additiv olduğunu daha ətraflı izah etmək üçün (sistemin kütləsi, ümumiyyətlə, komponentlərin kütlələrinin cəminə bərabər deyil), əvvəlcə qeyd etmək lazımdır ki, termin altında çəki Müasir fizikada Lorentz-invariant kəmiyyət başa düşülür:

enerji haradadır, impulsdur, işığın sürətidir. Və dərhal qeyd edirik ki, bu ifadə nöqtə struktursuz (“elementar”) hissəcik üçün və hər hansı fiziki sistemə eyni dərəcədə asanlıqla tətbiq olunur və sonuncu halda sistemin enerjisi və impulsu sadəcə olaraq enerji və momentaların cəmlənməsi ilə hesablanır. sistemin komponentlərinin (enerji və impuls əlavədir) .

• Keçid zamanı onu da qeyd edə bilərsiniz ki, sistemin impuls-enerji vektoru 4 vektordur, yəni onun komponentləri Lorentz çevrilmələrinə uyğun olaraq başqa istinad sisteminə keçid zamanı çevrilir, çünki onun şərtləri bu şəkildə çevrilir - 4 -sistemi təşkil edən hissəciklərin enerji impulsunun vektorları. Və yuxarıda müəyyən edilmiş kütlə bu vektorun Lorentz metrikasındakı uzunluğu olduğundan, o, invariantdır (Lorentz-invariant), yəni ölçüldüyü və ya hesablandığı hesabat sistemindən asılı deyil.

Əlavə olaraq qeyd edək ki, bu universal sabitdir, yəni heç vaxt dəyişməyən bir ədəddir, buna görə də, prinsipcə, belə bir ölçü vahidləri sistemini seçə bilərsiniz ki, , və sonra qeyd olunan düstur daha az qarışıq olacaq:

eləcə də onunla əlaqəli digər düsturlar (və aşağıda, qısalıq üçün, məhz belə bir vahid sistemindən istifadə edəcəyik).

Kütləvi aşqarların pozulmasının ən paradoksal görünən halını - bir neçə (sadəlik üçün özümüzü iki ilə məhdudlaşdıracağıq) kütləsiz hissəciklərin (məsələn, fotonların) sıfırdan fərqli kütləsi ola biləcəyi halını nəzərdən keçirdik. kütlənin əlavə olunmamasına səbəb olan mexanizmi görmək asandır.

Əks momentli iki foton 1 b 2 olsun: . Hər bir fotonun kütləsi, məlum olduğu kimi, sıfırdır, buna görə də yaza bilərik:

yəni hər bir fotonun enerjisi onun impulsunun moduluna bərabərdir. Keçiddə qeyd edək ki, kök işarəsi altında sıfırdan fərqli kəmiyyətlərin bir-birindən çıxarılmasına görə kütlə sıfıra bərabərdir.

İndi bu iki fotonun sistemini bütövlükdə nəzərdən keçirək, onun impulsunu və enerjisini hesablayaq. Gördüyümüz kimi, bu sistemin impulsu sıfırdır (bu fotonlar əks istiqamətlərdə uçduqları üçün foton impulsları toplanaraq məhv edildi):

Fiziki sistemimizin enerjisi sadəcə birinci və ikinci fotonların enerjilərinin cəmi olacaq:

Beləliklə, sistemin kütləsi:

(impulslar məhv edildi, lakin enerjilər əlavə edildi - fərqli əlamətlər ola bilməz).

Ümumi halda, hər şey buna bənzər şəkildə baş verir, ən aydın və sadə nümunə. Ümumiyyətlə, bir sistemi meydana gətirən hissəciklərin mütləq sıfır kütləsi olması şərt deyil, kütlələrin kiçik olması və ya heç olmasa enerji və ya momenta uyğun olması kifayətdir və təsir böyük və ya nəzərə çarpacaq dərəcədə olacaqdır. Həm də aydındır ki, çox xüsusi hallar istisna olmaqla, demək olar ki, heç vaxt kütlənin dəqiq əlavəsi yoxdur.

Kütlə və ətalət

Kütlənin aşqarının olmaması çətinliklər yaradır. Bununla belə, onlar təkcə bu şəkildə müəyyən edilmiş kütlənin (və başqa cür deyil, məsələn, enerjinin işıq sürətinin kvadratına bölünməsi kimi) Lorentz-invariant olması ilə deyil, rahat və formal olaraq gözəl bir kəmiyyətdir. , həm də ətalət ölçüsü kimi kütlənin adi klassik anlayışına tam uyğun gələn fiziki mənaya malikdir.

Məhz, fiziki sistemin istirahətinin istinad sistemi (yəni fiziki sistemin impulsunun sıfır olduğu istinad sistemi) və ya istirahət sisteminin yavaş hərəkət etdiyi (işığın sürəti ilə müqayisədə) istinad sistemləri üçün yuxarıda qeyd olunan kütlənin tərifi

Klassik Nyuton kütləsinə tam uyğun gəlir (Nyutonun ikinci qanununa daxildir).

Bunu xaricdə (xarici qarşılıqlı təsirlər üçün) adi bərk cisim olan, lakin içərisində sürətli hərəkət edən hissəciklər olan bir sistem nəzərə alınmaqla xüsusi olaraq təsvir edilə bilər. Məsələn, içərisində fotonlar (elektromaqnit dalğaları) olan mükəmməl əks etdirən divarları olan bir güzgü qutusunu nəzərə alaraq.

Effektin sadəliyi və daha aydın olması üçün qutunun özü (demək olar ki,) çəkisiz olsun. Sonra, yuxarıdakı paraqrafda müzakirə edilən nümunədə olduğu kimi, qutunun içindəki fotonların ümumi impulsları sıfırdırsa, qutu ümumiyyətlə hərəkətsiz olacaqdır. Üstəlik, xarici qüvvələrin təsiri altında (məsələn, onu itələsək) içərisindəki fotonların ümumi enerjisinə bölünmüş kütləyə bərabər olan bir cisim kimi davranmalıdır.

Gəlin buna keyfiyyətcə baxaq. Qutunu itələyək və buna görə də o, sağa doğru müəyyən sürət əldə etdi. Sadəlik üçün indi yalnız ciddi şəkildə sağa və sola yayılan elektromaqnit dalğaları haqqında danışacağıq. Sol divardan əks olunan elektromaqnit dalğası onun tezliyini (Doppler effektinə görə) və enerjisini artıracaq. Sağ divardan əks olunan dalğa, əksinə, əks olunma zamanı tezliyini və enerjisini azaldacaq, lakin tam kompensasiya olmayacağından ümumi enerji artacaq. Nəticədə, bədən (əgər) bərabər kinetik enerji əldə edəcək, bu o deməkdir ki, qutu özünü klassik kütlə cismi kimi aparır. Sürətli relyativistik diskret hissəciklərin divarlardan əks olunması (sıçraması) üçün də eyni nəticə (və daha asan) əldə edilə bilər (relativistik olmayanlar üçün də, lakin bu halda kütlə sadəcə kütlələrin cəminə çevriləcək. qutuda yerləşən hissəciklərin).

Qeydlər

Ədəbiyyat

• Jammer M. Klassik və müasir fizikada kütlə anlayışı. - M.: Tərəqqi, 1967. (Yenidən çap: Redaksiya URSS, 2003, ISBN 5-354-00363-6)
• Okun L.B. Kütlə anlayışı (kütlə, enerji, nisbilik). Fizika elmlərində irəliləyişlər, № 158 (1989).
• Spassky B.I. Fizika tarixi. - M.: Ali məktəb, 1977.
  • 1-ci cild: 1-ci hissə 2-ci hissə
  • 2-ci cild: 1-ci hissə 2-ci hissə

Wikimedia Fondu.

2010.

Digər lüğətlərdə "Kütlənin Saxlanılması Qanunu"nun nə olduğuna baxın: KÜTƏLƏRİN SAXLANMASI QANUNU - qeyri-relativistik Nyuton mexanikasının əsas qanunu, buna görə qapalı sistemə daxil olan maddənin kütləsi ya orada toplanır, ya da onu tərk edir, yəni sistemə daxil olan maddənin kütləsindən çıxan kütlə çıxılmaqla... ...

Ekoloji lüğət

Atomların və molekulların varlığını sübut etdikdən sonra ən mühüm kəşf 1748-ci ildə böyük rus alimi Mixail Vasilyeviç Lomonosov (1711-1765) tərəfindən fəlsəfi konsepsiya kimi formalaşdırılmış və 1756-cı ildə özü tərəfindən eksperimental olaraq təsdiq edilmiş kütlənin saxlanması qanunu olmuşdur. və müstəqil olaraq fransız kimyaçısı A.L. 1789-cu ildə Lavoisier

Maddələrin yanması ilə bağlı Lomonosova qədər aparılan təcrübələr reaksiya zamanı maddənin (maddənin) kütləsinin dəyişdiyini (saxlanılmır) təklif edirdi. Təcrübələr Lomonosovdan əvvəl belə aparılırdı. Havada qızdırıldıqda civə qırmızı şkala çevrildi (bildiyimiz kimi civə oksidi), məhsulun kütləsi civənin ilkin kütləsindən çox idi. Ağacın yanması zamanı kül kütləsi, əksinə, həmişə orijinal maddənin kütləsindən azdır. Alman həkimi və kimyaçısı Georg Ernst Stahl (1659-1734) dəyişiklikləri yanan maddələrin tərkibində müəyyən bir maddənin olması ilə izah etməyə çalışdı - phlogiston (yunan phlogistos-dan - yanar) yanma prosesi zamanı buxarlanır və ya birindən ötürülür. maddəni başqasına. Bu o demək idi ki, maddənin yanması phlogistona və yanmayan qalığa parçalanma reaksiyasıdır. Ancaq sonra məlum oldu ki, yanma zamanı kütlənin azalmasına səbəb olan müsbət phlogiston (ağacda olan) və reaksiyadan sonra kütlənin artmasına səbəb olan mənfi (metallarda) var.

Lomonosov, metalın yanmasının əlavə reaksiya olduğunu və metalın kütləsinin artmasının havanın bir hissəsinin əlavə edilməsi nəticəsində baş verdiyini göstərən sadə bir təcrübə apardı. Möhürlənmiş şüşə qabda metalları kalsifikasiya edərkən, o, reaksiyanın sonunda qabın kütləsinin dəyişmədiyini aşkar etdi. Üstəlik, gəmini açdıqdan sonra hava ora qaçdı - və gəminin kütləsi artdı. Beləliklə, kütlənin saxlanması qanunu reaksiyanın BÜTÜN iştirakçılarının kütləsinin diqqətlə ölçülməsi ilə tərtib edilmişdir.

| Kimyəvi reaksiya zamanı maddələrin kütləsi saxlanılır.

Təəssüf ki, son 250 ildə bir dəfədən çox baş verdiyi kimi, rus aliminin kəşfi xarici alimlər tərəfindən nəzərə alınmadı. Kütlənin saxlanması qanunu kimyada yalnız metalların yanması və metal oksidlərinin kömürlə azaldılması reaksiyalarını aparan və heç bir halda reaksiyanın kütləsində azalma və ya artım tapmayan Lavuazyenin diqqətlə və diqqətlə əsaslandırılmış təcrübələrindən sonra quruldu. məhsullar başlanğıc maddələrlə müqayisədə.

Kütlənin saxlanması qanunu atom-molekulyar nəzəriyyə üçün böyük əhəmiyyət kəsb edirdi. O təsdiq etdi ki, atomlar bölünməzdir və kimyəvi reaksiyalar zamanı dəyişmir. Reaksiya zamanı molekullar atomlar mübadiləsi aparır, lakin hər bir növün atomlarının ümumi sayı dəyişmir və buna görə də reaksiya zamanı maddələrin ümumi kütləsi saxlanılır.

Kütlənin qorunması qanunu təbiətin ümumi qanununun xüsusi halıdır - enerjinin saxlanması qanunu.

| İzolyasiya edilmiş sistemin enerjisi sabitdir.

Müxtəlif növ maddələrin hərəkəti və qarşılıqlı təsiri enerjinin dəyişməsi ilə müşayiət olunur, lakin təcrid olunmuş bir sistemdəki hər hansı bir proses üçün enerji nə istehsal olunur, nə də məhv olur, ancaq bir formadan digərinə keçir. Məsələn, molekula təsir edən elektromaqnit şüalanmanın enerjisi atomların fırlanma hərəkətinin və ya molekulun translyasiya hərəkətinin enerjisinə çevrilə bilər; əksinə, kimyəvi reaksiya zamanı ayrılan və ya istehlak edilən enerji radiasiya enerjisinə çevrilə bilər.

Enerjinin bir forması sözdə olandır istirahət enerjisi, hansı Eynşteyn əlaqəsi ilə kütlə ilə əlaqələndirilir

Harada ilə- vakuumda işığın sürəti (c = 3 10 8 m/s). Bu əlaqə kütlənin enerjiyə və əksinə çevrilə biləcəyini göstərir. Nüvə reaksiyalarında məhz belə olur və buna görə də nüvə proseslərində kütlənin saxlanması qanunu pozulur. Bununla belə, enerjinin saxlanması qanunu, əgər qalan enerjini nəzərə alsaq, bu halda qüvvədə qalır.

Kimyəvi reaksiyalarda enerjinin sərbəst buraxılması və ya udulması nəticəsində kütlənin dəyişməsi çox kiçik olur. Hər hansı kimyəvi reaksiyanın istilik effekti ~100 kJ/mol miqyasındadır. Kütlənin necə dəyişdiyini hesablayaq:

Kütlənin belə kiçik dəyişməsini eksperimental olaraq aşkar etmək çətindir (baxmayaraq ki, mümkündür). Buna görə də iddia etmək olar ki, içində Kimyəvi reaksiyalarda kütlənin saxlanması qanunu yerinə yetirilir demək olar ki, dəqiq.