物質狀態描述了某些粒子組在不同溫度和力下排列自身的不同方式。
從歷史上看,這些描述主要集中在材料的形狀和體積上,只給了我們三種傳統狀態:固體、液體和氣體。
什麼是固體?
固態描述了具有相當固定的體積和形狀的材料,例如,顆粒以高度有序的方式結合在一起(如果是晶體,像鑽石一樣)或相對無序(如果它是無定形固體,如玻璃) 配置。
什麼是液體?
液態描述的是體積相對恆定的材料,但其形狀更容易貼合容器當受到重力拉動時。
連接粒子的力允許比固體更大程度的運動,從而使它們能夠流動。
什麼是氣體?
氣態描述了沒有固定體積的材料,其形狀由其容器的邊緣或周圍的力決定。它們的粒子之間的力允許在大範圍內進行大量的隨機運動。
改變材料中的能量或改變外力(例如透過升高壓力或溫度)會影響顆粒相對於將它們結合在一起的力的運動。
例如,增加溫度可以將固體變成液體。另一方面,向氣體施加足夠的壓力可以迫使粒子足夠接近,從而在稱為冷凝的狀態變化中形成液態。
什麼是昇華?
當固體直接進入氣態而不先變成液體時,稱為昇華。這種情況發生在低於物質三相點的壓力或溫度下——該物質的所有三種狀態平衡共存的溫度和壓力。
物質有多少種狀態?
根據用於定義狀態的屬性類型,有可能有幾十個在整個宇宙的平凡和極端環境中發現的不同例子。
電導率等特性甚至量子性質的特性已經開始定義新的狀態,包括等離子體和玻色愛因斯坦凝聚。
什麼是等離子體?
電漿例如,與氣體類似,它們的粒子沒有固定的形狀或體積,粒子帶著巨大的能量飛馳而過。
與傳統氣體不同,構成等離子體的粒子被還原為帶電形式,帶負電的電子被拉走並留下帶正電的原子核。
在更高的溫度下,構成原子核的基本粒子——夸克和稱為膠子的力粒子——會發現很難黏在一起,形成所謂的夸克-膠子湯。據信,這種物質狀態在炎熱、稠密的環境中最為常見。宇宙仍處於嬰兒期。
什麼是玻色愛因斯坦凝聚態?
一個玻色愛因斯坦凝聚當某些材料的溫度降低到足以使能量運動幾乎停止時,就會發生這種情況。透過如此小的運動,材料中每個粒子的量子特性是共享的,賦予「雲」單一身份。
物質的相和狀態有什麼差別?
雖然條款物質相和物質狀態有時互相代替使用,是有差別的。
物質狀態描述了材料的體積和形狀等屬性,物質相描述了特定空間區域內粒子屬性的相似性。
想像兩個容器,每個容器都裝有冰塊。每個容器中的水都處於相同的狀態(固體),並且每個容器共享相同的相(固體形式的水)。
如果我們融化一個冰塊,狀態將會不同(液態和固態),相也會不同(水的液態和固態)。
如果我們用一塊鐵交換冰塊,狀態將是相同的(固態水和固態鐵),但每個容器內的相將由不同的密度、磁性和反射率定義。
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