Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Закон збереження маси


BernoullisLawDerivationDiagram.svg

План:


Введення

Закон збереження маси - історичний закон фізики, згідно з яким маса як міра кількості речовини зберігається при всіх природних процесах, тобто несотворимость і незнищенність. В метафізичної формі закон відомий з найдавніших часів. Пізніше з'явилася кількісна формулювання, де в якості міри маси об'єкта спочатку використовувався його вага.

В даний час відомий ряд умов, при яких даний закон порушується - наприклад, при радіоактивному розпаді сукупна маса речовини зменшується. У сучасній фізиці закон збереження маси є окремим випадком закону збереження енергії, і він виконується тільки в консервативних фізичних системах, тобто при відсутності енергообміну із зовнішнім середовищем.


1. Історичний нарис

Закон збереження маси історично бачили як одне з формулювань закону збереження матерії. Одним з перших його сформулював давньогрецький філософ Емпедокл ( V століття до н.е..):

Ніщо не може статися з нічого, і ніяк не може те, що є, знищитися [1].

Пізніше аналогічна теза висловлювали Демокріт, Аристотель і Епікур (у переказі Лукреція Кара). Середньовічні вчені також не висловлювали жодних сумнівів в істинності цього закону. В 1630 Жан Ре (Jean Rey, 1583-1645), доктор з Перигора, писав Мерсенну [2] :

Вага настільки тісно прив'язаний до речовини елементів, що, перетворюючись з одного в інший, вони завжди зберігають той же самий вагу.

З появою поняття маси як міри кількості речовини, пропорційної вазі, формулювання закону збереження матерії була уточнена: маса є інваріант, тобто при всіх процесах загальна маса не зменшується і не збільшується (вага, як припускав вже Ньютон, інваріантом не є, оскільки форма Землі далека від ідеальної сфери).

У середині XVIII століття досліди Роберта Бойля поставили закон збереження маси під сумнів - у нього при хімічної реакції вага речовини збільшився. Однак М. В. Ломоносов та інші фізики незабаром вказали Р. Бойлю на його помилку: збільшення ваги відбувалося за рахунок повітря, а в запаяному посудині вага зберігався незмінним. Ломоносов писав Л. Ейлера :

Всі зустрічаються в природі зміни відбуваються так, що якщо до чого-небудь щось додалося, то це віднімається в чогось іншого. Так, скільки матерії додається до якого-небудь тілу, стільки ж втрачається в іншого, скільки годин я витрачаю на сон, стільки ж забираю від неспання і т. д.

Надалі, аж до створення фізики мікросвіту, закон збереження маси вважався дійсним і очевидним. Іммануїл Кант оголосив цей закон постулатом природознавства [3] (1786). Лавуазьє в "Початковому підручнику хімії" ( 1789), призводить точну кількісну формулювання закону збереження маси речовини, проте не оголошує його якимось новим і важливим законом, а просто згадує мимохідь як про добре відомий і давно встановлений факт. Для хімічних реакцій Лавуазьє сформулював закон так [4] :

Ніщо не твориться ні в штучних процесах, ні в природних, і можна виставити положення, що у всякій операції [хімічної реакції] є однакова кількість матерії до і після, що якість і кількість почав залишилися тими ж самими, відбулися лише переміщення, перегрупування. На цьому положенні грунтується все мистецтво робити досліди в хімії.

Іншими словами, маса всіх речовин, що вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.


2. Сучасний стан

У XX столітті виявилися два нових властивості маси.

(M1) Маса фізичного об'єкта залежить від його внутрішньої енергії (див. Еквівалентність маси та енергії). При поглинанні зовнішньої енергії маса зростає, при втраті - зменшується. Звідси випливає, що в загальнофізичної сенсі закон збереження маси невірний. Особливо відчутно зміна маси при ядерних реакціях. Але навіть при хімічних реакціях, які супроводжуються виділенням (або поглинанням) тепла, маса не зберігається, хоча в цьому випадку дефект маси незначний. Маса зберігається тільки в консервативних системах, тобто при відсутності обміну енергією з зовнішнім середовищем. Академік Л. Б. Окунь пише: [5]

Щоб підкреслити, що маса тіла змінюється завжди, коли змінюється його внутрішня енергія, розглянемо два буденних прикладу:
1) при нагріванні залізного праски на 200 його маса зростає на величину \ Delta m / m \ approx 10 ^ {-12} ;
2) при повному перетворенні деякої кількості льоду в воду \ Delta m / m \ approx 3.7 \ cdot 10 ^ {-12} .

(M2) Маса не є адитивною величиною: маса системи не дорівнює масі її складових. Приклади неаддитивности:

  • Електрон і позитрон, кожен з яких має масу, можуть анігілювати в фотони, не мають маси поодинці, а володіють нею лише як система.
  • Маса дейтрона, що складається з одного протона і одного нейтрона, не дорівнює сумі мас своїх складових, оскільки слід врахувати енергію взаємодії частинок.
  • При термоядерних реакціях, що відбуваються всередині Сонця, маса водню не дорівнює масі отриманого з нього гелію.
  • Особливо яскравий приклад: маса протона (≈ 938 МеВ) у кілька десятків разів більше маси складових його кварків (близько 11 МеВ).

Таким чином, при фізичних процесах, які супроводжуються розпадом або синтезом фізичних структур, загальна маса не зберігається.

Сказане означає, що в сучасній фізиці закон збереження маси є приватним і обмеженим випадком закону збереження енергії і не завжди виконується.


Примітки

  1. Пер. Е. Радлова (див., напр. п. 346 тут - www.biblioclub.ru/cats/main/book/6912/10).
  2. Лист Жана Ре - historyofscience.free.fr/Lavoisier-Friends/a_chap2_lavoisier.html
  3. І. Кант. Метафізичні початки природознавства. Соч., Том VI, стор 148.
  4. Лавуазьє. - him.1september.ru/article.php? ID = 200403701
  5. Окунь Л. Б. Поняття маси, указ. соч р., стор. 519.

Література


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Закон збереження імпульсу
Закон збереження енергії
Закон збереження енергії
Закон збереження моменту імпульсу
Дефект маси
Чверть (одиниця маси)
Атомна одиниця маси
Одиниці виміру маси
Еквівалентність маси та енергії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru