Kütle ve enerjinin korunumu kanunu. Maddelerin kütlesinin korunumu kanunu Kimyada kütlenin korunumu kanunu

Atom ve moleküllerin varlığının kanıtlanmasından sonra atom-moleküler teorinin en önemli keşfi, 1748'de büyük Rus bilim adamı Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-1765) tarafından felsefi bir kavram olarak formüle edilen kütlenin korunumu yasasıydı. 1756'da kendisi tarafından deneysel olarak ve 1789'da Fransız kimyager A.L. Lavoisier tarafından ondan bağımsız olarak doğrulandı.

Kimyasal reaksiyona katılan tüm maddelerin kütlesi, tüm reaksiyon ürünlerinin kütlesine eşittir.

Lomonosov'dan önce gerçekleştirilen maddelerin yanması üzerine yapılan deneyler, reaksiyon sırasında madde kütlesinin korunmadığını ileri sürdü. Cıva, havada ısıtıldığında kütlesi metalin kütlesinden daha büyük olan kırmızı bir ölçeğe dönüştü. Ahşabın yanması sırasında oluşan külün kütlesi ise her zaman orijinal maddenin kütlesinden daha azdır.

Lomonosov, metalin yanmasının bir ilave reaksiyon olduğunu ve metalin kütlesindeki artışın havanın bir kısmının ilavesinden kaynaklandığını gösteren basit bir deney yaptı. Metalleri kapalı bir cam kapta kalsine etti ve kimyasal reaksiyon oluşmasına rağmen kabın kütlesinin değişmediğini buldu. Gemi açıldıktan sonra içeri hava girdi ve geminin kütlesi arttı. Böylece, reaksiyona katılan tüm katılımcıların kütlesinin dikkatli bir şekilde ölçülmesiyle, kimyasal reaksiyon sırasında maddelerin kütlesinin korunduğu ortaya çıkıyor. Kütlenin korunumu yasası atom-moleküler teori için büyük önem taşıyordu. Atomların bölünemez olduğunu ve kimyasal reaksiyonlar sırasında değişmediğini doğruladı. Moleküller bir reaksiyon sırasında atom değiştirirler, ancak her türden toplam atom sayısı değişmez ve bu nedenle reaksiyon sırasında maddelerin toplam kütlesi korunur.

Kütlenin korunumu yasası, genel bir doğa yasasının özel bir durumudur - izole edilmiş bir sistemin enerjisinin sabit olduğunu belirten enerjinin korunumu yasası. Enerji, farklı madde türlerinin hareketinin ve etkileşiminin bir ölçüsüdür. Yalıtılmış bir sistemdeki herhangi bir işlem sırasında enerji ne üretilir ne de yok edilir; yalnızca bir formdan diğerine geçebilir.

Enerjinin bir biçimi, Einstein'ın bağıntısıyla kütleyle ilişkilendirilen, dinlenme enerjisi olarak adlandırılan enerjidir.

E 0 = m 0 sn 2,

burada c, ışığın boşluktaki hızıdır (c = 3 10 8 m/s). Bu ilişki kütlenin enerjiye dönüşebileceğini ve bunun tersinin de mümkün olduğunu göstermektedir. Tüm nükleer reaksiyonlarda olan tam olarak budur ve bu nedenle nükleer süreçlerde kütlenin korunumu yasası ihlal edilir. Ancak bu durumda geri kalan enerjiyi de hesaba katarsak enerjinin korunumu yasası geçerliliğini korur.

Kimyasal reaksiyonlarda enerjinin salınması veya emilmesinden kaynaklanan kütle değişimi çok küçüktür. Bir kimyasal reaksiyonun büyüklük sırasına göre tipik termal etkisi 100 kJ/mol'dür. Kütlenin nasıl değiştiğini hesaplayalım:

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

Kütlenin korunumu yasası, insan faaliyetinin tüm alanlarındaki fiziksel süreçlerin hesaplanmasının temelidir. Geçerliliği fizikçiler, kimyacılar veya diğer bilimlerin temsilcileri tarafından tartışılmamaktadır. Bu yasa, katı bir muhasebeci gibi, bir maddenin tam kütlesinin diğer maddelerle etkileşiminden önce ve sonra korunmasını sağlar. Bu yasayı keşfetme onuru Rus bilim adamı M.V.

Maddelerin bileşimi hakkında ilk fikirler

Maddenin yapısı yüzyıllar boyunca her insan için bir sır olarak kaldı. Çeşitli hipotezler bilim adamlarının zihinlerini heyecanlandırdı ve bilgeleri uzun ve anlamsız tartışmalara sürükledi. Biri her şeyin ateşten oluştuğunu savunurken, diğeri bambaşka bir bakış açısını savundu. Antik Yunan bilgesi Demokritos'un, tüm maddelerin gözle görülmeyen küçük madde parçacıklarından oluştuğu teorisi, teoriler yığını arasında parladı ve haksız yere unutuldu. Demokritos onlara "bölünmez" anlamına gelen "atomlar" adını verdi. Ne yazık ki 23 yüzyıl kadar bir süre boyunca bu varsayım unutuldu.

Simya

Temel olarak Orta Çağ'ın bilimsel verileri önyargılara ve çeşitli varsayımlara dayanıyordu. En fantastik teorilerle tatlandırılmış, mütevazı bir pratik bilgi bütünü olan simya ortaya çıktı ve geniş çapta yayıldı. Örneğin o zamanın ünlü beyinleri kurşunu altına çevirmeye ve tüm hastalıklara şifa veren bilinmeyen bir filozof taşını bulmaya çalıştılar. Arama süreci sırasında, kimyasal elementlerin birçok açıklanamayan reaksiyonundan oluşan bilimsel deneyim yavaş yavaş birikti. Örneğin daha sonra basit olarak adlandırılan birçok maddenin bozunmadığı tespit edildi. Böylece maddenin bölünemez parçacıklarına ilişkin eski teori yeniden canlandırıldı. Bu bilgi deposunu tutarlı ve mantıklı bir teoriye dönüştürmek büyük bir zeka gerektirdi.

Lomonosov teorisi

Kimya, kesin niceliksel araştırma yöntemini Rus bilim adamı M.V. Parlak yetenekleri ve sıkı çalışması nedeniyle kimya profesörü unvanını aldı ve Rusya Bilimler Akademisi'ne üye oldu. Onun altında, ünlü madde kütlesinin korunumu yasasının keşfedildiği ülkenin ilk modern kimya laboratuvarı düzenlendi.

Lomonosov, kimyasal reaksiyonların akışını inceleme sürecinde başlangıç ​​​​kimyasallarını ve reaksiyondan sonra ortaya çıkan ürünleri tarttı. Aynı zamanda madde kütlesinin korunumu yasasını keşfetti ve formüle etti. 17. yüzyılda kütle kavramı sıklıkla "ağırlık" terimiyle karıştırılıyordu. Bu nedenle madde kütlelerine genellikle "ölçek" adı verildi. Lomonosov, bir maddenin yapısının doğrudan oluşturulduğu parçacıklara bağlı olduğunu belirledi. Aynı türden parçacıklar içeriyorsa, bilim adamı böyle bir maddeyi basit olarak adlandırdı. Taneciklerin bileşimi heterojen olduğunda karmaşık bir madde elde edilir. Bu teorik veriler Lomonosov'un kütlenin korunumu yasasını formüle etmesine izin verdi.

Law'un tanımı

Çok sayıda deneyden sonra M.V. Lomonosov, özü şu şekilde olan bir yasa oluşturdu: reaksiyona giren maddelerin ağırlığı, reaksiyondan kaynaklanan maddelerin ağırlığına eşittir.

Rus biliminde bu varsayıma "Lomonosov'un Madde Kütlesinin Korunumu Yasası" adı verilir.

Bu yasa 1748'de formüle edildi ve metallerin kapalı kaplarda pişirilmesinin reaksiyonuyla ilgili en doğru deneyler 1756'da gerçekleştirildi.

Lavoisier'in deneyleri

Avrupa bilimi, büyük Fransız kimyager Antoine Lavoisier'in çalışmalarının bir açıklamasının yayınlanmasından sonra kütlenin korunumu yasasını keşfetti.

Bu bilim adamı, deneylerinde o zamanın teorik kavramlarını ve fiziksel yöntemlerini cesurca uyguladı; bu, onun kimyasal bir isimlendirme geliştirmesine ve o dönemde bilinen tüm kimyasal maddelerin bir kaydını oluşturmasına olanak sağladı.

Lavoisier deneyleriyle, herhangi bir kimyasal reaksiyon sürecinde, bir bileşiğe giren maddelerin kütlesinin korunumu yasasına uyulduğunu kanıtladı. Ek olarak, korunum yasasının kapsamını, karmaşık maddelerin bir parçası olarak reaksiyona katılan her bir elementin kütlesine kadar genişletti.

Dolayısıyla maddelerin kütlelerinin korunumu yasasını kimin keşfettiği sorusu iki şekilde cevaplanabilir. M.V. Lomonosov, koruma yasasını açıkça gösteren ve onu teorik bir temele oturtan deneyler yapan ilk kişiydi. A. Lavoisier, 1789'da Rus bilim adamından bağımsız olarak, kütlenin korunumu yasasını bağımsız olarak keşfetti ve ilkesini kimyasal reaksiyona katılan tüm elementlere genişletti.

Kütle ve enerji

1905 yılında büyük A. Einstein bir maddenin kütlesi ile enerjisi arasındaki bağlantıyı gösterdi. Aşağıdaki formülle ifade edildi:

Einstein'ın denklemi kütle ve enerjinin korunumu yasasını doğruluyor. Bu teori, tüm enerjinin bir kütlesi olduğunu ve bu enerjideki bir değişikliğin cismin kütlesinde bir değişikliğe neden olduğunu belirtir. Herhangi bir cismin potansiyel enerjisi çok yüksektir ve ancak özel koşullar altında açığa çıkarılabilir.

Kütlenin korunumu yasası mikro ve makrokozmosun tüm cisimleri için geçerlidir. Herhangi bir kimyasal reaksiyon, bir maddenin iç enerjisinin dönüşümünde rol oynar. Bu nedenle, kimyasal reaksiyonlara katılan maddelerin kütlesini hesaplarken, belirli bir reaksiyonda enerjinin salınması veya emilmesinden kaynaklanan kütle artışını veya kaybını hesaba katmak gerekir. Aslında makrokozmosta bu etki o kadar önemsizdir ki, bu tür değişiklikler göz ardı edilebilir.

Kimyasal reaksiyona giren maddelerin kütlesi, reaksiyon sonucunda oluşan maddelerin kütlesine eşittir.

Kütlenin korunumu yasası, genel doğa yasasının, yani madde ve enerjinin korunumu yasasının özel bir durumudur. Bu yasaya dayanarak, kimyasal reaksiyonlar kimyasal denklemler, maddelerin kimyasal formülleri ve reaksiyona dahil olan maddelerin göreceli miktarlarını (mol sayısı) yansıtan stokiyometrik katsayılar kullanılarak temsil edilebilir.

Örneğin metanın yanma reaksiyonu şu şekilde yazılır:

Maddelerin kütlesinin korunumu kanunu

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

Kimyasal reaksiyona katılan tüm maddelerin kütlesi, tüm reaksiyon ürünlerinin kütlesine eşittir.

Atomik-moleküler teori bu yasayı şu şekilde açıklamaktadır: Kimyasal reaksiyonlar sonucunda atomlar kaybolmaz veya ortaya çıkmaz, ancak yeniden düzenlenmeleri meydana gelir (yani kimyasal dönüşüm, atomlar arasındaki bazı bağların kırılması ve diğerlerinin oluşması sürecidir, bunun sonucunda atomlar oluşur). maddeler, reaksiyon ürünlerinin molekülleri elde edilir). Reaksiyondan önceki ve sonraki atom sayısı değişmediğinden toplam kütlelerinin de değişmemesi gerekir. Kütle, madde miktarını karakterize eden bir miktar olarak anlaşıldı.

20. yüzyılın başında, kütlenin korunumu yasasının formülasyonu, bir cismin kütlesinin hızına bağlı olduğunu söyleyen görelilik teorisinin (A. Einstein, 1905) ortaya çıkışıyla bağlantılı olarak revize edildi ve bu nedenle yalnızca maddenin miktarını değil aynı zamanda hareketini de karakterize eder. Bir cismin aldığı enerji E, c'nin ışığın hızı olduğu E = m c 2 ilişkisi ile kütlesindeki m artışla ilişkilidir. Bu oran kimyasal reaksiyonlarda kullanılmaz çünkü 1 kJ enerji ~10 -11 g kütle değişimine karşılık gelir ve m pratik olarak ölçülemez. E'nin kimyasal reaksiyonlara göre ~10 6 kat daha büyük olduğu nükleer reaksiyonlarda m dikkate alınmalıdır.

Kütlenin korunumu yasasına dayanarak kimyasal reaksiyon denklemleri oluşturmak ve bunları kullanarak hesaplamalar yapmak mümkündür. Kantitatif kimyasal analizin temelidir.

Kompozisyonun Değişmezliği Yasası

Wikipedia'dan materyal - özgür ansiklopedi

Kompozisyonun değişmezliği yasası ( J.L. Proust'un, 1801 -1808.) - hazırlanma yöntemine bakılmaksızın kimyasal olarak saf herhangi bir bileşik aynı şeyden oluşur kimyasal elementler ve kütlelerinin oranları sabittir ve göreceli sayılar onların atomlar tamsayılar olarak ifade edilir. Bu temel yasalardan biri kimya.

Kompozisyonun değişmezliği yasası şu durumlarda karşılanmaz: Berthollidler(değişken bileşimli bileşikler). Ancak basitlik adına birçok Berthollid'in bileşimi sabit olarak yazılmıştır. Örneğin kompozisyon demir(II) oksit FeO olarak yazılır (daha kesin olan Fe 1-x O formülü yerine).

Katlar Kanunu

Katlı oranlar kanunu bunlardan biridir. stokiyometrik kanunlar kimya: eğer iki maddeler (basit veya karmaşık) birbirleriyle birden fazla bileşik oluşturuyorsa, bir maddenin her birinin kütlesi ile başka bir maddenin aynı kütlesi arasında şu şekilde ilişki vardır: tamsayılar genellikle küçüktür.

· Esneklik · Plastisite · Hooke Yasası · Reoloji · Viskoelastisite

Kütlenin Korunumu Kanunu- Tüm doğal ve yapay süreçler sırasında fiziksel bir sistemin kütlesinin korunduğunu söyleyen fizik kanunu.

Hiçbir şey yoktan var olamaz ve var olanın yok edilmesi de mümkün değildir.

Daha önce, Empedokles'in "korunum ilkesi", Miletli okulun temsilcileri tarafından her şeyin temeli olan ilksel madde hakkında teorik fikirleri formüle etmek için kullanıldı.

Daha sonra benzer bir tez Demokritos, Aristoteles ve Epikür tarafından dile getirildi (Lucretius Cara tarafından yeniden anlatıldığı gibi). Ortaçağ bilim adamları da bu yasanın doğruluğu konusunda herhangi bir şüphe dile getirmediler. 1630'da Périgord'lu bir doktor olan Jean Rey (1583-1645) Mersenne'e şunları yazdı:

Ağırlık, elementlerin içeriğine o kadar sıkı bağlıdır ki, birinden diğerine değişerek her zaman aynı ağırlığı korurlar.

Doğada meydana gelen tüm değişiklikler öyle bir şekilde gerçekleşir ki, bir şeye bir şey eklenirse, başka bir şeyden çıkarılır. Yani bir bedene ne kadar madde eklenirse, diğerinden de o kadar madde kayboluyor, kaç saatimi uykuda geçiriyorum, uyanıklıktan aynı miktarı alıyorum vb.

Daha sonra, mikro dünya fiziğinin yaratılmasına kadar, kütlenin korunumu yasasının doğru ve açık olduğu kabul edildi. Immanuel Kant bu yasayı doğa biliminin bir önermesi ilan etti (1786). Lavoisier, “Temel Kimya Ders Kitabı”nda (), maddenin kütlesinin korunumu yasasının kesin bir niceliksel formülasyonunu verir, ancak bunu yeni ve önemli bir yasa olarak ilan etmez, sadece iyi bilinen bir yasa olarak geçerken ondan bahseder. ve köklü bir gerçek. Kimyasal reaksiyonlar için Lavoisier yasayı şu şekilde formüle etti:

Ne yapay süreçlerde ne de doğal süreçlerde hiçbir şey olmaz ve her işlemde [kimyasal reaksiyonda] önce ve sonra aynı miktarda maddenin olduğu, ilkelerin nitelik ve niceliğinin aynı kaldığı, yalnızca Yer değiştirmeler ve yeniden gruplaşmalar meydana geldi. Kimyada deney yapma sanatının tamamı bu önermeye dayanmaktadır.

Başka bir deyişle, kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği kapalı bir fiziksel sistemin kütlesi korunur ve bu reaksiyona giren tüm maddelerin kütlelerinin toplamı, tüm reaksiyon ürünlerinin kütlelerinin toplamına eşittir (yani, aynı zamanda korunmuştur). Kütle katkı maddesi olarak kabul edilir.

Mevcut durum

20. yüzyılda kütlenin iki yeni özelliği keşfedildi.

(M1) Fiziksel bir nesnenin kütlesi, onun iç enerjisine bağlıdır (bkz. Kütle ve enerjinin denkliği). Dışarıdan enerji emildiğinde kütle artar, kaybolduğunda ise azalır. Buradan kütlenin yalnızca yalıtılmış bir sistemde, yani dış çevreyle enerji alışverişinin olmadığı durumlarda korunduğu sonucu çıkar. Nükleer reaksiyonlar sırasında kütledeki değişim özellikle dikkat çekicidir. Ancak ısının salınımının (veya emilmesinin) eşlik ettiği kimyasal reaksiyonlar sırasında bile kütle korunmaz, ancak bu durumda kütle kusuru ihmal edilebilir düzeydedir. Akademisyen L. B. Okun şöyle yazıyor:

Bir cismin iç enerjisi değiştiğinde kütlesinin de değiştiğini vurgulamak için iki yaygın örneği ele alalım:
1) Bir demir 200° ısıtıldığında kütlesi şu kadar artar;
2) Belirli bir miktar buz tamamen suya dönüştüğünde.

(M2) Kütle eklenen bir miktar değildir: Bir sistemin kütlesi, onu oluşturan bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşit değildir. Toplanabilirlik dışı örnekler:

• Her birinin kütlesi olan bir elektron ve bir pozitron, ayrı ayrı kütlesi olmayan, yalnızca sistem olarak kütleye sahip olan fotonlara yok olabilir.
• Bir proton ve bir nötrondan oluşan bir döteronun kütlesi, bileşenlerinin kütlelerinin toplamına eşit değildir, çünkü parçacıkların etkileşim enerjisi dikkate alınmalıdır.
• Güneş'in içinde meydana gelen termonükleer reaksiyonlarda hidrojenin kütlesi, ondan üretilen helyumun kütlesine eşit değildir.
• Özellikle çarpıcı bir örnek: Bir protonun kütlesi (≈938 MeV), onu oluşturan kuarkların kütlesinden (yaklaşık 11 MeV) onlarca kat daha fazladır.

Böylece, fiziksel yapıların parçalanması veya sentezinin eşlik ettiği fiziksel süreçler sırasında, sistemin bileşenlerinin (bileşenlerinin) kütlelerinin toplamı korunmaz, ancak bu (izole edilmiş) sistemin toplam kütlesi korunur:

• Yok olma sonucu ortaya çıkan foton sisteminin kütlesi, yok olan elektron ve pozitrondan oluşan sistemin kütlesine eşittir.
• Bir döterondan oluşan bir sistemin kütlesi (bağlanma enerjisi dikkate alınarak), ayrı ayrı bir proton ve bir nötrondan oluşan bir sistemin kütlesine eşittir.
• Termonükleer reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan helyumdan oluşan bir sistemin kütlesi, salınan enerji dikkate alındığında hidrojenin kütlesine eşittir.

Bu, modern fizikte kütlenin korunumu yasasının enerjinin korunumu yasasıyla yakından ilişkili olduğu ve aynı sınırlamayla yerine getirildiği anlamına gelir - sistem ile dış çevre arasındaki enerji alışverişi dikkate alınmalıdır.

Daha fazla ayrıntı

Modern fizikte kütlenin neden toplamsız olduğunu daha ayrıntılı olarak açıklamak için (sistemin kütlesi - genel olarak konuşursak - bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşit değildir), öncelikle terimin altında şunu belirtmek gerekir: ağırlık modern fizikte Lorentz-değişmez miktar anlaşılmaktadır:

enerji nerede, momentum nerede, ışık hızı nerede. Ve bu ifadenin noktasal yapısız (“temel”) bir parçacığa ve herhangi bir fiziksel sisteme eşit derecede kolaylıkla uygulanabileceğini ve ikinci durumda sistemin enerjisi ve momentumunun basitçe enerjiler ve momentumların toplanmasıyla hesaplandığını hemen not ediyoruz. sistemin bileşenlerinin (enerji ve momentum toplanır) .

• Bu arada sistemin momentum-enerji vektörünün 4'lü bir vektör olduğunu, yani terimlerinin bu şekilde dönüştürülmesi nedeniyle bileşenlerinin başka bir referans sistemine geçişte Lorentz dönüşümlerine uygun olarak dönüştürüldüğünü de not edebilirsiniz - 4 -sistemi oluşturan parçacıkların enerji-momentum vektörleri. Ve yukarıda tanımlanan kütle, bu vektörün Lorentz metriğindeki uzunluğu olduğundan, değişmez olduğu (Lorentz-değişmez), yani ölçüldüğü veya hesaplandığı raporlama sistemine bağlı olmadığı ortaya çıkar.

Ek olarak, bunun evrensel bir sabit olduğunu, yani asla değişmeyen bir sayı olduğunu unutmayın, bu nedenle prensip olarak böyle bir ölçü birimi sistemi seçebilirsiniz, böylece söz konusu formül daha az karmaşık olacaktır:

ve onunla ilişkili diğer formüller (ve aşağıda kısaca böyle bir birim sistemi kullanacağız).

Görünüşte kütlesel toplamsallığın ihlaliyle ilgili en paradoksal durumu zaten göz önünde bulundurmuşken - birkaç (basitlik için kendimizi ikiyle sınırlayacağız) kütlesiz parçacıklardan (örneğin fotonlar) oluşan bir sistemin sıfır olmayan bir kütleye sahip olabileceği durum, Kütlenin toplanamazlığına yol açan mekanizmayı görmek kolaydır.

Zıt momentumlu iki foton 1 b 2 olsun: . Bilindiği gibi her fotonun kütlesi sıfırdır, dolayısıyla şunu yazabiliriz:

yani her fotonun enerjisi momentum modülüne eşittir. Bu arada, sıfır olmayan niceliklerin kök işareti altında birbirinden çıkarılması nedeniyle kütlenin sıfıra eşit olduğunu belirtelim.

Şimdi bu iki fotonun sistemini bir bütün olarak ele alarak momentumunu ve enerjisini hesaplayalım. Gördüğümüz gibi, bu sistemin momentumu sıfırdır (birikmiş olan foton darbeleri yok edilmiştir, çünkü bu fotonlar zıt yönlerde uçmaktadır):

Fiziksel sistemimizin enerjisi, birinci ve ikinci fotonların enerjilerinin toplamı olacaktır:

Dolayısıyla sistemin kütlesi:

(dürtüler yok edildi, ancak enerjiler eklendi - farklı işaretlerde olamazlar).

Genel durumda her şey buna benzer şekilde gerçekleşir, en açık ve basit örnek. Genel olarak konuşursak, bir sistemi oluşturan parçacıkların mutlaka sıfır kütleye sahip olması gerekmez, kütlelerin küçük olması veya en azından enerjiler veya momentumlarla karşılaştırılabilir olması yeterlidir ve etki büyük veya fark edilebilir olacaktır. Çok özel durumlar dışında, kütlenin neredeyse hiçbir zaman kesin bir toplamsallığının olmadığı da açıktır.

Kütle ve eylemsizlik

Kütlenin toplamsallığının eksikliği zorluklara yol açıyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, yalnızca bu şekilde tanımlanan kütlenin (başka türlü değil, örneğin enerjinin ışık hızının karesine bölünmesiyle) Lorentz-değişmezinin, uygun ve biçimsel olarak güzel bir niceliğin ortaya çıkmasıyla kurtarılmazlar. , ama aynı zamanda ataletin bir ölçüsü olarak kütlenin olağan klasik anlayışına tam olarak karşılık gelen fiziksel bir anlama da sahiptir.

Yani, bir fiziksel sistemin geri kalanının referans sistemi (yani, fiziksel sistemin momentumunun sıfır olduğu referans sistemi) veya dinlenme sisteminin yavaş hareket ettiği (ışık hızına kıyasla) referans sistemleri için, yukarıda belirtilen kütle tanımı

Klasik Newton kütlesine tamamen karşılık gelir (Newton'un ikinci yasasına dahildir).

Bu, dışarıda (dış etkileşimler için) sıradan bir katı cisim olan, ancak içeride hızlı hareket eden parçacıklar içeren bir sistem dikkate alınarak özel olarak gösterilebilir. Örneğin, içinde fotonların (elektromanyetik dalgalar) bulunduğu, mükemmel yansıtıcı duvarlara sahip bir ayna kutusu düşünüldüğünde.

Basitlik ve etkinin daha net olması için kutunun kendisinin (neredeyse) ağırlıksız olmasına izin verin. O halde yukarıdaki paragrafta tartışılan örnekte olduğu gibi kutu içindeki fotonların toplam momentumu sıfır ise kutu genel olarak hareketsiz olacaktır. Üstelik dış kuvvetlerin etkisi altında (örneğin onu itersek), içindeki fotonların toplam enerjisinin bölü değerine eşit bir kütleye sahip bir cisim gibi davranması gerekir.

Buna niteliksel olarak bakalım. Kutuyu itelim ve bu nedenle sağa doğru bir miktar hız kazanmıştır. Basitlik açısından, şimdi yalnızca sağa ve sola doğru hareket eden elektromanyetik dalgalardan bahsedeceğiz. Sol duvardan yansıyan bir elektromanyetik dalga, frekansını (Doppler etkisi nedeniyle) ve enerjisini artıracaktır. Sağ duvardan yansıyan dalga ise yansıma sırasında frekansını ve enerjisini azaltacak, ancak tam bir telafi olmayacağından toplam enerji artacaktır. Sonuç olarak cisim (if) değerine eşit bir kinetik enerji elde edecektir, bu da kutunun klasik kütleli bir cisim gibi davrandığı anlamına gelir. Aynı sonuç, hızlı göreli ayrık parçacıkların duvarlardan yansıması (sıçraması) için de elde edilebilir (ve hatta daha kolay) (göreli olmayanlar için de geçerlidir, ancak bu durumda kütle, kütlelerin toplamı olacaktır) kutuda bulunan parçacıkların sayısı).

Notlar

Edebiyat

• Jammer M. Klasik ve modern fizikte kütle kavramı. - M.: Progress, 1967. (Yeniden basım: Editoryal URSS, 2003, ISBN 5-354-00363-6)
• Okun L.B. Kütle kavramı (Kütle, enerji, görelilik). Advances in Physical Sciences, No. 158 (1989).
• Spassky B.I. Fizik Tarihi. - M.: Yüksekokul, 1977.
  • Cilt 1: bölüm 1 bölüm 2
  • Cilt 2: bölüm 1 bölüm 2

Wikimedia Vakfı.

2010.

Diğer sözlüklerde “Kütlenin Korunumu Yasası”nın ne olduğuna bakın: KÜTLENİN KORUNUM KANUNU - göreli olmayan Newton mekaniğinin temel yasası, buna göre kapalı bir sisteme giren bir maddenin kütlesinin ya içinde biriktiği ya da onu terk ettiği, yani. sisteme giren maddenin kütlesi eksi ayrılan kütle... ...

Ekolojik sözlük

Atom ve moleküllerin varlığının kanıtlanmasından sonraki en önemli keşif, 1748'de büyük Rus bilim adamı Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-1765) tarafından felsefi bir kavram olarak formüle edilen ve 1756'da kendisi tarafından deneysel olarak doğrulanan kütlenin korunumu yasasıydı. ve bağımsız olarak Fransız kimyager A.L. 1789'da Lavoisier

Lomonosov'dan önce gerçekleştirilen maddelerin yanmasına ilişkin deneyler, reaksiyon sırasında maddenin (maddenin) kütlesinin değiştiğini (korunmadığını) öne sürdü. Lomonosov'dan önce deneyler bu şekilde yapılıyordu. Cıva havada ısıtıldığında kırmızı ölçeğe dönüştü (bildiğimiz gibi cıva oksit), ürünün kütlesi başlangıçtaki cıva kütlesinden daha büyüktü. Aksine, odunun yanması sırasında külün kütlesi her zaman orijinal maddenin kütlesinden daha azdır. Alman doktor ve kimyager Georg Ernst Stahl (1659-1734), yanıcı maddelerin, yanma işlemi sırasında buharlaşan veya birinden aktarılan belirli bir madde - flojiston (Yunan flojistonundan - yanıcı) içermesi gerçeğiyle değişiklikleri açıklamaya çalıştı. diğerine madde. Bu, bir maddenin yanmasının, flojiston ve yanıcı olmayan bir kalıntıya dönüşen bir ayrışma reaksiyonu olduğu anlamına geliyordu. Ancak daha sonra, yanma sırasında kütlenin azalmasına yol açan pozitif flojistonun (ahşapta bulunan) ve reaksiyondan sonra kütlenin artmasına yol açan negatif (metallerde) olduğu ortaya çıktı.

Lomonosov, bir metalin yanmasının bir ilave reaksiyon olduğunu ve havanın bir kısmının ilavesi sonucu metalin kütlesinde bir artış meydana geldiğini gösteren basit bir deney yaptı. Metalleri kapalı bir cam kapta kalsine ederken, reaksiyonun sonunda kabın kütlesinin değişmediğini keşfetti. Üstelik, gemi açıldıktan sonra oraya hava hücum etti ve geminin kütlesi arttı. Böylece, kütlenin korunumu kanunu reaksiyondaki ALL katılımcılarının kütlesi dikkatlice ölçülerek formüle edildi.

| Kimyasal tepkimelerde maddelerin kütlesi korunur.

Ne yazık ki, son 250 yılda birçok kez olduğu gibi, Rus bilim adamının keşfi yabancı bilim adamları tarafından fark edilmedi. Kütlenin korunumu yasası kimyada ancak metallerin yanması ve metal oksitlerin kömürle indirgenmesi reaksiyonlarını gerçekleştiren ve hiçbir durumda reaksiyonun kütlesinde bir azalma veya artış bulamayan Lavoisier'in dikkatli ve dikkatlice kanıtlanmış deneylerinden sonra oluşturulmuştur. Ürünlerin başlangıç ​​maddeleri ile karşılaştırılması.

Kütlenin korunumu yasası atom-moleküler teori için büyük önem taşıyordu. Atomların bölünemez olduğunu ve kimyasal reaksiyonlar sırasında değişmediğini doğruladı. Moleküller bir reaksiyon sırasında atom değiştirirler, ancak her türden toplam atom sayısı değişmez ve bu nedenle reaksiyon sırasında maddelerin toplam kütlesi korunur.

Kütlenin korunumu yasası, genel doğa yasasının özel bir durumudur. enerjinin korunumu kanunu.

| Yalıtılmış bir sistemin enerjisi sabittir.

Çeşitli madde türlerinin hareketi ve etkileşimlerine enerjideki değişiklikler eşlik eder, ancak izole bir sistemdeki tüm süreçler için Enerji ne üretilir ne de yok edilir, sadece bir formdan diğerine geçer.Örneğin, bir moleküle etki eden elektromanyetik radyasyonun enerjisi, atomların dönme hareketi enerjisine veya molekülün öteleme hareketine dönüştürülebilir; tam tersine, kimyasal bir reaksiyon sırasında açığa çıkan veya tüketilen enerji radyasyon enerjisine dönüştürülebilir.

Enerjinin bir şekli sözde dinlenme enerjisi, Hangi Einstein'ın ilişkisiyle kütle ile ilgili

Nerede İle- ışığın boşluktaki hızı (c = 3 10 8 m/s). Bu ilişki kütlenin enerjiye dönüşebileceğini ve bunun tersinin de mümkün olduğunu göstermektedir. Nükleer reaksiyonlarda olan tam olarak budur ve bu nedenle nükleer süreçlerde kütlenin korunumu yasası ihlal edilir. Ancak bu durumda geri kalan enerjiyi de hesaba katarsak enerjinin korunumu yasası geçerliliğini korur.

Kimyasal reaksiyonlarda enerjinin salınması veya emilmesinden kaynaklanan kütle değişimi çok küçüktür. Herhangi bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi ~100 kJ/mol mertebesindedir. Kütlenin nasıl değiştiğini hesaplayalım:

Kütledeki bu kadar küçük bir değişikliğin deneysel olarak tespit edilmesi zordur (her ne kadar mümkün olsa da). Bu nedenle, şu söylenebilir: Kimyasal reaksiyonlarda kütlenin korunumu yasası sağlanır neredeyse tam olarak.