אנו מסבירים מהו חומר ואנרגיה, המאפיינים של כל אחד מהם וכיצד הם נחקרו. כמו כן, מערכת היחסים בין השניים.
מה הם חומר ואנרגיה?
שֶׁלָנוּ עוֹלָם מספר שלם מורכב מ חוֹמֶר י אֵנֶרְגִיָה, על שלל צורותיו, מצגותיו ויכולותיה. למעשה, שתי הדיסציפלינות הבסיסיות שבאמצעותן אנו מנסים להבין את חוקי היסוד השולטים בו, ה גוּפָנִי וה כִּימִיָה, עוסקים ביחסים בין שני האלמנטים הללו: ה חומר שמרכיב דברים ויכולתם להעביר חוֹם או לעשות א עבודה.
מנקודת מבט אינטואיטיבית, אנו מבינים את החומר כזה שאנו יכולים לגעת בו, שהוא קונקרטי ותופס מקום ביקום. מצד שני, לא ניתן לגעת באנרגיה, הנתפסת רק בביטוייה השונים: חום, אוֹר, תְנוּעָה, וכו. לדברים שסביבנו יש בו זמנית א מסה משלו וכמות משתנה של אנרגיה, תלוי במידה רבה במצב שבו הם נמצאים.
אלו שני מושגי יסוד, הקשורים זה לזה באופן הדוק, שביניהם יש שווי ערך מסוים.לדוגמה, אפשר להפוך מסה לאנרגיה, משהו שקורה מדי יום בתוך כוכבים, דרך תגובות גרעיניות אינטנסיביות, או בתוך שלנו אורגניזמים, כאשר אנו מפרקים את מזון שאנו בולעים ומוציאים מהם אנרגיה כימית כדי לשמור אותנו בחיים
חוֹמֶר
החומר הוא המרכיב יצורים חיים, חפצים, אוויר ועוד.חומר מוגדר כחומר המשתרע באזור מסוים של מרחב-זמן, שיש לו כמות מסוימת של אנרגיה וכפוף ל שינויים בזמן. שמה בא מהלטינית מאטר, "אמא", שכן מדובר בחומר מַטרִיצָה של דברים, כלומר ממה שמקורו או מרכיב אותם.
באופן כללי, הפיזיקה מייחסת לחומר שלוש תכונות או תכונות בסיסיות:
- יש לו מסה ספציפית, אשר עדות א מִשׁקָל, א כרך וממדים ניתנים לכימות.
- זה תופס מקום ב מֶרחָב, שאי אפשר לתפוס בו זמנית על ידי גוף אחר.
- משתהה ב מזג אוויראם כי לא בהכרח באותו אופן: קרח הוא בהחלט חומר, והוא לא מפסיק להיות כזה כשהוא נמס או כשהמים המרכיבים אותו מתאדים. אלה שינויים במצב הגופני שלך (אוֹ מצב צבירה של חומר) תלוי בכמות האנרגיה שיש לך.
חקר החומר מתוארך לימי קדם הקלאסית, והעסיק הוגים ופילוסופים רבים לאורך ההיסטוריה. למעשה, היוונים הקדמונים הם שניסחו לראשונה את ה תיאוריה האטומית, כלומר, אלה שחשבו שהחומר יכול להיות מורכב מחלקיקים זעירים ובלתי ניתנים לחלוקה מסוגים שונים.
הרעיון הזה נחלץ הרבה יותר מאוחר, בפריחה שִׂכלְתָן של המאה השבע עשרה, והיה יסודי בתחום חקר הכימיה, יורש בתורו של אַלכִּימְיָה ימי הביניים.
על פי מודלים נוכחיים של לימודי פיזיקה, רק כ-5% מהיקום המוערך מורכב מחומר רגיל, בעוד מה שנקרא "חומר אפל"שפעילותו עדיין לא ידועה, תופסת 23%. זה האחרון אמור להיות צורה לא-המונית של חומר, כלומר נטולת מסה, שאת נוכחותו ניתן להבחין רק על פי האופן שבו הם משפיעים. כוכבים והאנרגיה סביבך.
אֵנֶרְגִיָה
בפיזיקה, אנרגיה מוגדרת כיכולת לעשות עבודה, כלומר לפעול, לקום או להניע. לגמרי הכל גופים יש להם כמות מסוימת של אנרגיה, הקשורה למצב המנוחה, התנועה או הרטט שלהם, למשל, אבל שמתבטאת בדרכים שונות מאוד.
לפיכך, ניתן לדבר על סוגים רבים של אנרגיה: אנרגיה קלורית, אנרגיה כימית, אנרגיה קינטית, כוח חשמלי, אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיה פנימית וכו'.
המילה אנרגיה באה מיוונית נִמרָץ, "פעילות", מונח שהופיע לראשונה בכתביו של אריסטו (384-322 לפנה"ס) במאה הרביעית לפנה"ס. ג, ונלקח מחדש על ידי חוקרי הטבע המודרניים ושל סוף ימי הביניים.
הוא קיבל שמות רבים אחרים במהלך ההיסטוריה, כמו "כוח חי" (vis viva), "כוח" או אפילו "רוח", תלוי בהקשר. הדבר נובע בעיקר מהעובדה שלמחקר סוגי האנרגיה השונים מקורם בנפרד, שכן התגלו יותר ויותר צורות אנרגיה הקיימות ביקום.
אנרגיה יכולה להיתפס, בדרך כלל, בביטוייה השונים, שכן במופשט היא לא משהו מורגש. במקום זאת, ניתן לתפוס חום, אור, תנועה או פעילות בעין בלתי מזוינת, וניתן לחקור את השפעותיהם על החומר ללא קושי. לפיכך, האנרגיה תהפוך לכמות פיזיקלית, שאנו יכולים למדוד בהופעותיה השונות.
עלינו גם לשקול כי כמות האנרגיה ב מערכת הוא נוטה להיות קבוע, כך שלא ניתן ליצור אותו או להרוס אותו, אלא רק להפוך אותו. למעשה, הוא נמצא בטרנספורמציה מתמשכת כל הזמן: האנרגיה הכימית האצורה במזון מומרת לאנרגיה מכנית כאשר אנו נעים, או לאנרגיה חשמלית במזון שלנו. מערכת עצבים.
כמו כן, האנרגיה החשמלית מהתקע מומרת לאנרגיית אור כאשר אנו מדליקים את המנורה, או לאנרגיית חום הודות למחמם המים.
חומר ואנרגיה
היחסים בין חומר ואנרגיה היו מושא מחקרם של פיזיקאים במשך מאות שנים. אנו יודעים ששינוי ברמות האנרגיה של החומר משפיע על צורתו ועל מצב הצבירה שלו, שראינו מאז שלמדנו להמיס מתכות.
מאוחר יותר, הידע בכימיה נתן לנו הבנה הרבה יותר גדולה כיצד להפוך חומר: לא לשנות עוד את תצורת החלקיקים שלו, אלא לשבור את הקשרים בין החלקיקים. אטומים ולקבל חומרים שונים.
למעשה, ההישג הגדול ביותר של האנושות בהקשר זה היה גילוי ה- אנרגיה אטומית והמניפולציה שלו למטרות שלום, כלומר בבניית תחנות כוח שבהן אטומים כבדים מתמזגים ליצירת כמויות גדולות של אנרגיית חום.
כל זה התאפשר הודות לתיאוריות של אלברט איינשטיין (1879-1955) ופיזיקאים חשובים אחרים, ובמיוחד הנוסחה שלהם לשוויון בין מסה לאנרגיה (E = mc2), הידועה בשם תורת היחסות.