Materia (fizyka)

Materia to substancja, z której zbudowana jest cała materia. Oznacza to obiekty, które mają masę. Dokładniej, muszą one mieć masę spoczynkową, która jest formą energii, jaką posiada materia nawet wtedy, gdy się nie porusza (nie ma energii kinetycznej), jest bardzo zimna (nie ma energii termicznej) itp. Materia jest słowem, które bywa używane w różny sposób w życiu codziennym, podczas gdy masa jest dobrze zdefiniowanym pojęciem i wielkością, przynajmniej w fizyce. Nie są to te same rzeczy, choć są powiązane.

Zwykła materia zbudowana jest z maleńkich cząsteczek zwanych atomami. Atomy mają przestrzenie między sobą i poruszają się lub wibrują przez cały czas. Cząsteczki poruszają się szybciej i oddalają się od siebie, gdy są podgrzewane, i odwrotnie, gdy są schładzane.

Materia barionowa

Prawie cała materia, z którą można się zetknąć w życiu codziennym, jest materią barionową. Obejmuje ona atomy każdego rodzaju i nadaje im własność masy. Materia niebarionowa, jak sugeruje nazwa, to każdy rodzaj materii, która nie składa się głównie z barionów. Mogą to być neutrina i swobodne elektrony, ciemna materia, taka jak cząstki supersymetryczne, aksjony i czarne dziury.

Samo istnienie barionów jest istotnym zagadnieniem w kosmologii. Przyjmuje się, że Wielki Wybuch wytworzył stan, w którym ilość barionów i antybarionów była równa. Proces, w którym bariony zaczęły przeważać liczebnie nad swoimi antycząstkami nazywamy bariogenezą.

Właściwości materii

Materia może być bezpośrednio doświadczana przez zmysły. Ma ona właściwości, które można zmierzyć, takie jak masa, objętość, gęstość, oraz właściwości jakościowe, takie jak smak, zapach i kolor.

Przykłady materii

Wszystkie ciała fizyczne we wszechświecie zbudowane są z materii: galaktyki, gwiazdy i planety, skały, woda i powietrze. Żywe organizmy, takie jak rośliny, zwierzęta i ludzie, również składają się z materii.

W fizyce, wszechświat zawiera również rzeczy, które nie są materią, w tym pewne cząstki elementarne, które nie mają masy spoczynkowej. Znanym przykładem są fotony (promieniowanie elektromagnetyczne, takie jak światło).

Oprócz masy spoczynkowej, materia może zawierać inne formy energii, które nie są materią, ale pozwalają jej oddziaływać ze sobą poprzez wymianę energii kinetycznej, ciepła, światła, fal dźwiękowych itp.

Poza naukami fizycznymi może istnieć wiele innych rzeczy, które nie są materią lub energią. Na przykład, można doświadczać emocji lub mieć idee.

Skład

Strukturę i skład materii bada się poprzez rozbijanie jej na coraz mniejsze kawałki. Dlatego też organizmy żywe składają się z komórek. Komórki składają się z cząsteczek, które są zbiorami atomów połączonych ze sobą. Każdy atom z kolei jest zbiorem cząstek elementarnych.

Stany skupienia materii

Fizycy klasyfikują również materię w kilku szerokich kategoriach, zwanych stanami, o całkiem różnych właściwościach:

Ciała stałe to obiekty materialne składające się z cząsteczek i atomów tak silnie ze sobą związanych, że mają tendencję do utrzymywania swojego kształtu nawet podczas poruszania się, choć mogą się odkształcać pod wpływem naprężeń. Przykłady: skała, stół, nóż, bryła lodu.
Płyny to masy materii składające się z cząsteczek i atomów słabo ze sobą powiązanych. Nie mają one odpowiedniego kształtu. Istnieją dwa rodzaje płynów:

Do cieczy zaliczamy skondensowane formy materii, podobnie jak ciała stałe, ale w których wiązania między tworzącymi je elementami (cząsteczkami, atomami) pozwalają im poruszać się względem siebie, a jednocześnie nadal przylegać do siebie masowo: zachowują określoną powierzchnię. Ciecze przyjmują kształt zbiorników, w których się znajdują. Przykłady: woda, olej, krew, lawa, napoje bezalkoholowe.
Gazy to takie ilości materii, w których wiązania pomiędzy tworzącymi je elementami (cząsteczkami, atomami) są na tyle luźne lub słabe, że mogą one poruszać się niezależnie od siebie. Gazy nie mają właściwej powierzchni, mają tendencję do rozszerzania się i zajmowania całej dostępnej objętości. Przykłady: powietrze, para wodna, hel.

Plazmy są zbudowane z materii zjonizowanej, są one głównie przedmiotem zainteresowania naukowców. Przykłady: jonosfera Ziemi, korona słoneczna. Cząsteczki w plazmie są mieszaniną pomiędzy cieczą a gazem. Cząsteczki mogą się swobodnie poruszać, jak w cieczy, a przyciąganie jest słabe, jak w gazie. Ten stan materii nie jest do końca poznany. Przykładem plazmy może być błyskawica.
Kondensat Bosego-Einsteina (BEC) to stan materii składający się z rozrzedzonego gazu bozonów schłodzonego do temperatury bardzo bliskiej zeru bezwzględnemu (0 K lub -273,15 °C)

Dana ilość materii może przechodzić z jednego stanu w drugi w zależności od temperatury i ciśnienia. Na Ziemi woda może występować jednocześnie w trzech stanach skupienia: stałym (lód), ciekłym (jeziora, oceany) i gazowym (para wodna).

Powiązane strony

Pytania i odpowiedzi

P: Czym jest materia?

O: Materia jest substancją, z której zbudowane są wszystkie materiały. Odnosi się do obiektów, które mają masę i masę spoczynkową, która jest formą energii, niezależnie od tego, czy jest w ruchu, czy ma energię cieplną.

P: Czym różni się materia od masy?

O: Materia jest często używana w języku potocznym, podczas gdy masa jest precyzyjnie zdefiniowanym pojęciem i wielkością w fizyce. Masa odnosi się konkretnie do ilości materii w danym obiekcie.

P: Czym jest masa spoczynkowa?

O: Masa spoczynkowa jest formą energii, którą materia posiada nawet wtedy, gdy się nie porusza lub nie posiada energii cieplnej.

P: Z czego składa się zwykła materia?

O: Zwykła materia składa się z maleńkich cząsteczek zwanych atomami, które poruszają się i wibrują w sposób ciągły.

P: Jak zachowują się cząsteczki zwykłej materii po podgrzaniu?

O: Po podgrzaniu cząsteczki zwykłej materii poruszają się szybciej i oddalają się od siebie.

P: A jak zachowują się po schłodzeniu?

O: Po schłodzeniu cząsteczki zwykłej materii poruszają się wolniej i są bliżej siebie.

P: Jak nazywają się przestrzenie między atomami w zwykłej materii?

O: Przestrzenie między atomami w zwykłej materii nazywane są przestrzeniami międzywęzłowymi.