物质状态
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物质有三种状态——固态、液态和气态。
固体
具有固定体积和形状的物质称为固体。例如——石头、木头、砖、冰、糖、盐、煤等。除汞和镓外,所有金属都是固体。
固体性质
- 固体有固定的体积。
- 固体有固定的形状。
- 固体密度大。
- 固体很重。
- 固体不流动。
液体
体积固定而形状不定的物质称为液体。例如,牛奶、水、汽油、煤油、酒精、油等。因为液体可以流动,所以也叫液体。
液体性质
- 液体有一定的体积。
- 液体没有固定的形状。
- 液体的形状取决于它被保存的容器。
- 液体不能被大量压缩。
- 液体的密度比固体小。
- 液体比固体轻。
- 液体流动,因此被称为流体。
气体
形状和体积不定的物质叫做气体。例如空气、氧气、氢气、氮气、二氧化碳等。
气体性质
- 气体形状不定
- 气体没有固定的体积。
- 气体得到容器的形状和体积。
- 气体充满了容器。
- 气体的密度很低。
- 由于密度低,气体很轻。
- 气体易于流动,因此被称为流体。
物质不同物理状态的原因
物质的物理状态取决于三个主要因素:
- 粒子间的引力。
- 粒子之间的空间。
- 粒子的动能。
固体:
- 固体颗粒之间的引力非常大。
- 固体颗粒之间的空隙最小。
- 固体粒子的动能最小。
由于强大的引力,固体颗粒紧密地挤在一起。这使得固体颗粒之间的空间几乎可以忽略不计。粒子的最低动能不能移动固体的粒子。
因此,固体的引力大,粒子之间的距离小,粒子的动能小,使粒子保持在固定的位置。由于这些特性的结合,物质以固态存在。
液体:
- 固体颗粒之间的引力很强,但没有固体那么强。
- 粒子之间的空间比固体的空间大,但也不会太大。
- 粒子的动能大于固体。
强大的引力使液体颗粒挤在一起。但是固体颗粒之间的引力比固体颗粒之间的引力弱。正因为如此,液体颗粒比固体颗粒松散。液体粒子的动能大于固体粒子的动能。
由于颗粒之间的空间更大,而且比固体有更多的动能,液体的颗粒就会互相滑过。这些特性使物质以液态存在。液体可以流动,因为它的颗粒可以互相滑动。
气体
- 气体粒子之间的引力几乎可以忽略不计。
- 固体颗粒之间的距离最大。
- 气体粒子的动能最大。
由于引力可以忽略不计,气体粒子被松散地包裹,因此它们的粒子之间有很多空间。由于具有最大的动能,气体粒子以很高的速度运动。
由于粒子间的引力可以忽略不计,且有较大的动能,气体粒子总有逸出的倾向。由于这些特性,物质以气态存在。
- 物质以固态存在,是因为粒子之间存在着巨大的引力,使得粒子紧密地排列在一起。
- 物质以液态存在,因为它的粒子之间的吸引力比固体小,这使得粒子紧密地包裹在一起,但可以互相滑动。
- 物质以气态存在是因为其粒子间的引力几乎可以忽略不计,这种引力无法使粒子结合在一起。
物质的其他状态
等离子体和玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)被认为是固体、液体和气体以外的物质状态。这被称为物质的第四态和第五态。
等离子体
它被认为是物质的第四种状态。等离子体与气体类似。等离子体粒子是由自由电子和离子构成的。
等离子体没有确定的形状和体积,除非装在容器里。
等离子体可以定义为正负粒子的电中性介质。
等离子体是宇宙中最常见的物质状态之一。等离子体自然存在于恒星中。所有的恒星都是由等离子体构成的。由于等离子体的存在,恒星会发光。等离子体是由恒星的核聚变形成的。我们的太阳之所以发光是因为等离子体的存在。
等离子电视因其含有等离子体而得名。荧光灯和霓虹灯中也有等离子体。当电流通过荧光灯管或霓虹灯时,等离子体就形成了,这使它们发光。
玻色-爱因斯坦凝聚
它可以被认为是物质的第五种状态。Satyendra Nath Bose和Albert Einstein预言了这种物质状态,这就是为什么它被命名为Bose-Einstein凝聚态(BEC)。
等离子体和BEC具有相反的特征。等离子体是超热和超激发的原子,而凝聚态原子是超冷和超未激发的原子。
BEC是由Eric Cornell和Carl Wieman于1995年6月5日通过在超低温下冷却铷-87蒸汽而得到的。后来Wolfgang Ketterle在美国麻省理工学院从钠-23中获得了BEC。康奈尔、威曼和凯特勒因这一成就在2001年获得了诺贝尔物理学奖。