事

一切物质都是由微小的单位原子。每个原子由一个巨大的、带正电中心叫做原子核,围绕一个或多个飞带负电荷的电子。

核本身包含至少一个质子,一个带正电的粒子。在所有原子除普通氢,细胞核也包含至少一个中子,一个没有电荷的粒子。一个中性原子有相同数量的电子和质子,因此电荷取消。

原子的特性和它的原子序数是由原子核中质子的数量。例如,有一个氢原子的原子核中的质子,所以氢原子序数1。氧气,有八个质子,原子序数8;汞原子序数80;和铀原子序数92。

物质只由一种被称为原子元素。地球上只有92个元素自然发生在大量。最轻的是氢;最重的是铀。

给定元素的原子核都有相同数量的质子但可能有不同的中子数。例如,在自然界中大约99.8%的氧核包含8个中子以及8个质子。但是极少数氧核包含九个中子,甚至一些包含10个中子。每一种核是一个不同的同位素的氧气。每个同位素都有不同数量的中子。

大多数氢原子由一个质子和一个电子环绕它。然而,氢同位素之一包含一个中子。调用此同位素氘。因为中子有大约相同的质量质子,氘原子有两倍质量的普通氢的同位素。极其罕见的氢,称为氚,有一个原子核中质子和两个中子。这是一个不稳定的安排,所以放射性氚原子核。随着时间的推移,它给了一个带负电荷的粒子和一个稳定的氦核的变化与两个质子和一个中子。

其他各种元素的同位素放射性。他们可以给不同类型的辐射,改变其他元素或同一元素的不同核素。许多放射性同位素是人为的,在核反应堆和生产粒子加速器。

除了92年的天然元素,科学家们合成超过24人。(后来被发现存在两种合成元素在自然界中只有微量)。他们被称为“超铀元素,因为它们都是由原子构成的,质量比铀原子。超铀元素,因此,原子序数大于92。所有这些元素都是不稳定和放射性衰变;他们中的许多人存在只有几分之一秒。

物质是由多个原子的化合物或混合物。原子在化合物化学结合在一起了。在一个类型的化合物,离子(带电原子或原子团)在一起;在另一种类型的化合物,原子被连接起来形成分子。这种化学物质结合的结果之间的电力量离子或电子的引力另一个原子的原子核的一个原子。例如,在一个类型的结合两个氢原子和一个氧原子分享电子和形成一个水分子。水的化学符号,H₂啊,表示这种组合(看到化学)。

原子、离子或分子混合物混合在一起但不加入化学。海水是一种叫做混合物解决方案。盐是由离子组成的,他们遍布水盐溶解。

不管水的固体、液体,或气态,其分子总是由一个氧原子和两个氢原子。固体水、液态水和气态水都有相同的化学成分。相反,这些物理状态之间的区别取决于能量更大:能量与分子之间的吸引力或热能。

所有分子之间存在一定的吸引力。如果斥力比这些分子间吸引力的力量较弱,分子粘在一起。然而,分子在常数随机运动,因为他们的热,或热,能量。随着物质的温度增加,这种分子运动变得更大。分子扩散和不太可能团结起来。随着温度降低,运动变得越来越小。因此分子更可能在彼此附近徘徊和绑定在一起。

互动

在一个固体,分子间吸引力的力量克服了破坏性的热能量的分子。在大多数固体分子绑定在一起,刚性,排列有序的晶体。这些类型的固体称为结晶固体。(在其他固体,如眼镜,凝胶,和许多塑料、晶体的分子也不安排。)虽然分子晶体进行严格到位,他们仍然震动,因为他们的热能。这可能很难认为冰是热能。但即使在冰每一个水分子,尽管牢牢控制住在水晶模式中,振动在固定位置。这个振动运动是冰的热能的表达。

随着固体的温度增加,其分子振动与能量越来越大,直到他们获得足够的振动能量来克服分子间吸引力的力量。然后他们挣脱从晶体的固定位置安排和自由走动或多或少。现在这种物质假定它的容器的形状但体积保持不变。换句话说,这种物质已经融化了,他现在是液体。

融化是一种变化的状态,或一个阶段的变化。融化的温度发生变化从物质到物质。水和铁,例如,在不同的温度下融化。融化的温度是相同的,然而,对于一个给定的材料在给定的压力。水在大气压力总是会融化在32°F (0°C)。

在反向相变可以工作。如果液体的温度逐渐降低,最终到达一个点的分子间作用力是强大到足以把分子尽管破坏性的热运动。然后一个水晶形式:物质已经冻结。这个液体到固体温度相变发生是冰点。一种物质的冰点发生在相同的温度作为它的熔点。

这一理论的物质也可以解释到气体的变化状态,这一过程被称为蒸发或蒸发。随着热应用于液体,一些分子获得足够的热能来克服分子间attraction-surface tension-exerted液体表面的分子。这些高能分子从液体和打破离开。现在这样的分子是气态。随着更多的热量,多分子获得足够的能量转移到温度称为沸点的液体分子可以获得足够的能量来逃避液态。

气态分子间的平均距离是非常大的大小分子相比,所以气体很弱的分子间作用力。这就解释了为什么一个气体填充整个体积的容器。由于分子间作用力是如此之小,气体分子运动,直到罢工另一个气体分子或容器壁。许多的净效应分子的墙壁是观察到的压力容器。

有时一种物质会通过直接从固态不经过液态气态。这个过程称为升华。干冰(固体二氧化碳)在大气压力升华物。液态二氧化碳可以形成气体是否受到大气压力在5倍。

在极高的温度下原子可能撞上这种力电子摆脱原子核。免费的正面和负面的粒子的混合的结果不是一个气体根据通常的定义。这种材料被称为等离子体。一些科学家认为等离子体状态是第四个物质状态。事实上,大约99%的宇宙中已知的物质处于等离子体状态。在恒星物质足够热,在星际空间足够分散,为电子完全脱离原子核。从天文学的角度看,地球上有些不寻常的条件存在,难以产生等离子体。

艾萨克·牛顿第一定律描述了惯性。作用,静止的物体会保持静止;身体在运动往往会继续以同样的速度和一条直线。休息为了移动身体或停止移动身体,一些努力,称为一种力量,是必需的。身体保持静止的倾向,或者一旦移动,保持运动的惯性。

身体的惯性与质量有关。更大的身体拥有更大的惯性比巨大的身体。身体的质量可以被身体上施加一个力测量的加速度和观察结果。牛顿第二运动定律指出,质量(米)=力(F)除以加速度(一个):米=F/一个。

原则上,这种测量可以在宇宙的任何地方。无论实验被执行时,同样的力量用于相同的身体产生加速度。因此,身体的质量相同的无处不在。(根据相对论,一个移动身体的质量实际上增加的速度,将在下面讨论)。然而,但是极高speeds-those接近质量轻的速度变化太小,无法观察到)。

所有物质施加一个引力在其他问题上吸引力。重力疲弱相比其他三个因素所导致的电磁力,强大的力量(这是一个原子的原子核),和弱力(参与某些形式的放射性物质)。一个小磁铁的磁力,例如,可以举起一个销对整个地球的引力。然而,在地球附近的日常用品的规模或天体的引力是占主导地位的四种已知的力之一。的身体释放出地球表面的高度是万有引力的最熟悉的例子。地球围绕太阳公转轨道和太阳的运动也引力的力量的结果。

身体的重量是由引力施加在其上。身体在地球表面引力向经历地球的中心。如果身体移动远离地球的中心的一座高山,例如),重力下降,所以它的体重减少。如果身体移动到一个较低的点在地球表面(例如深谷,),重力增加,所以它的重量增加。增加更大如果身体移动到一个巨大的星球的引力场,木星。一个物体的重量可以改变;它随强度的引力场的身体。

重要的是要理解质量和重量之间的区别。虽然身体到处都是相同的质量,身体的重量取决于当地的引力场的力量。宇航员站在月球表面重量不到他时站在地球上,但是他的质量是一样的在这两个地方。

然而,有一个质量和体重之间的关系。质量和重量成正比。更大规模的身体,它将权衡在任何给定的点在空间。

物理性质是特点,可以观察或测量不改变物质的组成。质量和体积物理特性的例子。测量物质的质量或体积不改变其组成。如果一个立方体的纯铁质量分为三100克300克的块,每个小块仍将由铁原子组成的。

一些物理属性对一个给定的特定物质,可用于帮助识别它。这些包括颜色、气味、质地、硬度、密度、温度和电导率。大多数金属举个例子,有一个高密度(单位体积质量很高)。热、电conductivity-the传热能力和电关键金属的物理性质和在事实上帮助区别于非金属矿物。硬度、耐药的物质是如何抓,是几个物理属性用于标识之一矿物质。

熔点和沸点是所有物质的基本物理性质。一种物质的熔点的温度变化从固体到液体。冰(固体形态水)融化,或从固体变为液体,在32°F (0°C)。一种物质的温度变化从液体到气体沸点。水的沸点温度液体水改变蒸汽212°F (100°C)。

熔点和沸点都是属性表明物质状态的变化但不构成。状态的改变是一个物理变化;它改变了一种物质的物理性质,但不是它的成分。水是否在固态、液态或气态的形式,它仍然是由两个氢原子和一个氧原子组成的。

物质的化学性质是这些特征,使其有能力生产(或不能)进行化学变化成分的变化。一种物质的化学性质预测化学反应是否会或不会发生。

燃烧性(容易物质如何燃烧)是一种化学性质的例子。例如,木材容易燃烧,形成灰尘和烟雾。木材的化学成分也在形成的火山灰和烟尘,但是他们排列不同。由于木材的成分已经改变,它发生了化学变化。

另一个化学性质是腐蚀或生锈或损害的能力,是另一个化学性质。当铁暴露在水,它经历了一个与氧原子在水中的化学反应,形成一种新物质称为氧化铁,即铁锈。氧化铁包含铁原子和氧原子,因此有不同的成分比铁(只包含铁原子)或水(含有氢和氧的原子)。

阿尔伯特·爱因斯坦特殊的理论相对论认为物质和能源等效,大大延长科学家们对问题的理解。这一理论指出,任何有能量有质量和数量的身体的质量(米)相关的能量(E)。确切的关系是由爱因斯坦著名的方程,E=mc²,在那里c光的速度是每秒186300英里(3×10吗⁸米/秒)。

科学家们已经习惯于认为物质和能量是宇宙的两个单独的数量。但狭义相对论的理论联系。根据这一理论,一个物体的质量随着速度的改变而改变。旅行一个对象在一个较高的速度将会有一个更大的质量比相同的对象以较低的速度。最小的质量体可以是静止时的质量。这个最小质量称为身体的静止质量,且不会改变。

甚至速度,通常被认为很很高——喷气式飞机的速度,对提高质量的质量太小检测。但在高能粒子加速器,当一个粒子传播速度接近光速,粒子的质量显著地增加。

世纪的实验也让科学家们相信宇宙中物质的量没有变化。他们表示这个概念了质量守恒定律:物质既不能创造也不能毁灭。类似于这个定律是能量守恒定律,即能量既不能创造也不能毁灭。爱因斯坦的相对论的一个原因是如此难以接受的是这些法律是错误的,这些能量可以转化为物质,物质可以转化为能量。实验观察结果已经证实了这一事实。

物质的转换可以在能源核反应。单个质子和中子的质量经常以相对原子质量单位(12)。一个12¹/₁₂质量的一个原子的碳12(最常见的碳)。自由质子的质量是1.007277阿姆河。自由中子的质量略大:1.008665阿姆河。当两个质子和两个中子加入形成一个氦核,也许有人会认为,氦核的质量等于总和两个质子和两个中子的质量,或4.0319阿姆河。但是实验表明,一个氦核的质量是4.0017阿姆河,或0.0302小于它们的和。科学家推测,失踪的0.0302阿姆河被转化为能量。

氦核能量小于其孤立的组件。能量差异有助于稳定的氦核,称为其结合能。的能量是在形成氦核必须提供打破它,也就是说,克服结合能。科学家们已经学会了如何转换为质量和能量的值之间的值。因此,1 12等于931伏(百万电子伏特),或1.49×10³基本特性。

物质变化能量在化学反应中,原子或分子形成时,以及在核反应。例如,当一个氢原子是由一个质子和一个电子,产生的氢原子的质量小于的和孤立的电子和质子的质量。然而,在这种情况下,质量损失tiny-only约2.4×10^-32年克或1.5×10⁸阿姆河。由于这个原因,在化学反应中物质的损失不是观察到。

实验让科学家们相信,质量和能量是等价的,可以互换。质量守恒定律和能量守恒因此被组合成一个单一的法律,质能守恒定律。这个州的和宇宙中质量和能量是一个常数。质量和能量之间的转换是由方程E=mc²。

像所有类型的电磁辐射,光是能量的一种形式。在20世纪初,光被认为由电磁波。但在1905年,爱因斯坦指出光常常表现得好象它是由粒子而不是波。例如,在光电效应、光的行为就像一系列的光粒子罢工一个金属的电子。这样的粒子的电磁辐射被称作光子。

根据的理论相对论,因为光的能量,它也应该有质量。虽然光子的质量是零(理论上)静止时,光子运动的质量可以从爱因斯坦的方程计算。它很小,大约10^-33年克可见光的光子。但是如果光质量,应该对引力。事实上,当恒星发出的光必须通过太阳到达地球附近,光束偏离直线路径,它遵循当太阳不是恒星和地球之间。这被认为是因为太阳的巨大的引力场吸引光光子的质量足够强烈弯曲梁。的影响很小,这就是为什么身体一样巨大的太阳需要观察它。

这种发展提出了一个伟大的困境,因为这似乎表明,光粒子的行为。然而,众所周知,产生所谓的光衍射和干涉图样,这是专门波的特征。光,然后,被视为一个波还是粒子?

答案是,根据现代物理学。粒子方面与光的波动方面是相辅相成的。都需要一个完整的理解的光。然而,它是不可能衡量光的粒子性和波动性方面在同一时间。这两个方面的观察取决于特定的现象,正在研究。衍射波的行为的一个例子,而光电效应是粒子行为的一个例子。

在1923年,大约二十年后发现,曾经被认为是波表现出粒子的性质,路易德布罗意先进的假设反过来也可能是真的。他认为,曾经被视为粒子表现出波的性质。四年后“物质波”实际上是观察。

电子束旨在晶体,其挠度和散射观察的模式。这些模式看起来好像他们已经形成的波的偏转,支持理论,电子可以像波。在其他的实验中,观察衍射模式。像光,物质具有粒子和波的性质。

电子波用于巨大的优势电子显微镜。因为海浪比光波短甚至紫外线波,电子显微镜具有更大的比光学显微镜分辨能力。电子显微镜显示更多的细节比光学显微镜。

所有物质是由小学粒子。原子不是基本粒子,因为他们本身就是由小particles-electrons,质子和中子。等粒子,光子,原子除了普遍存在。

作为科学家开发方法研究放射性粒子,打破原子分开,从太空和探测粒子(宇宙射线),他们认为一定存在其他粒子除了光子,电子,质子和中子。在1930年代早期沃尔夫冈·泡利和恩里科费米假定中微子的粒子没有电荷与很少或没有质量,比光子与物质交互更弱。他们认为,只有这种粒子的存在可以解释时丢失的能量和动量的中子核衰变到一个质子和一个自由电子,这一过程被称为β衰变。粒子的特征由泡利和费米假设检测非常困难,但1956年实验进行证实了他们的存在。

自那以后,发现数百种不同的粒子碰撞产生的结果在宇宙射线和粒子加速器实验的反应。他们被称为亚原子粒子,因为它们比原子还小。这些粒子是高度不稳定,现有的不到1000000秒。有三种不同类型的亚原子粒子:,夸克、轻子和玻色子。轻子和夸克组成原子,所以他们被认为是物质的基本构建块。六个已知类型的轻子电子,μ介子,τ,三种类型的中微子。也有六种夸克。夸克构成质子和中子。玻色子包括光子(光),引力子,胶子。引力子是一个理论尚未发现的粒子。如果存在,引力子带着重力,就像光子携带的电磁力和胶子带着强大的力量。

1928年P.A.M.狄拉克声称一个粒子与电子相同的质量,但有一个正电荷可以存在。四年后一个积极的电子、正电子被检测到。这是第一个实验证据反物质的存在。如果一个粒子具有一个电荷,其反粒子拥有一个与之对应的相反电荷。许多其他种类的反物质粒子已经被发现了。粒子物理学家现在,假设每一个亚原子粒子发生在自然界中存在一个对应的反粒子,即使反粒子没有被观察到。年之后发现一个反粒子可能对应的粒子。科学家们还发明了反原子,由反粒子。

问题的一个重要属性是当一个电子和正电子的相遇。他们彼此湮灭。两个粒子消失。质能守恒定律指出,如果质量是摧毁了等量的能量必须被创造,所以转换之前和之后的和毁灭是完全平等的。

这正是会发生什么。当一个电子和正电子彼此湮灭,大量的能量,相应的两个粒子的质量,总是发出。类似的湮灭发生在其他粒子满足他们的反粒子。

匡威的正反粒子湮灭的过程被称为一对生产、辐射消失和创建问题。最常见的例子是正负电子对的创建从一个光子。会发生这样的情况,最低光子能量,对应两个电子的质量,是必要的。

银河系,地球所属,显然是主要由颗粒组成而不是反粒子。它显然不能由等量的粒子和反粒子,因为如果它是会有一个灾难性的毁灭和星系的物质会转化为辐射。也没有证据表明在宇宙其他星系是由主要的反粒子。宇宙中物质显然主导反物质。

相对论是至关重要的大规模研究宇宙,当极高的速度或伟大的密度,和理解重力。另一方面,物理学的分支称为量子力学研究物质和能量最小的尺度,包括亚原子粒子和过程。已经很难完全加入两个物理成一个统一的框架。为了发展一个统一的理论,许多物理学家转向弦理论。根据这一理论,基本粒子不是无因次点但是小维stringlike对象。虽然这些“字符串”如此之小,以至于他们似乎点,他们有一个很小的长度。如果10亿亿亿亿的端到端了他们一起将只有0.4英寸(1厘米)长。

根据弦理论,这些字符串组成所有物质,他们震动。字符串的特定模式的振动对应于一个特定类型的粒子。字符串形式的电子都有一个振动模式,例如,而那些形式夸克有不同的模式,和另一个光子。

在弦理论中,宇宙是由以上的三维空间和一维时间的观察。相反,在大多数版本的理论有11个维度(10的空间和时间)。额外维度蜷缩,听不清。

弦理论最初是在1970年代开发的描述强相互作用。理论在1980年代开始流行时,表明它可能是一种将所有类型的物质和所有四个已知的部队,包括重力,成一个框架。这样一个全面的物理理论被称为统一场理论或一个“理论”。

虽然弦理论的数学证明伟大的承诺,这一理论尚未被实验验证。字符串,如果他们存在,非常小。物理学家希望最新一代的粒子加速器可以探测到这样的小物件。他们也在寻求其他方法来证实弦理论。与此同时,它仍然是一个完全的理论构建。