물질의 형태는 얼마나 되나요? 변화의 조건은 무엇인가요?

1. 고체 상태

엄밀히 말하면 물리적 고체 상태는 다양한 결정의 상태인 '결정 상태'를 의미합니다. 가장 흔한 결정은 식염(화학 조성은 염화나트륨, 화학 기호는 NaCl)입니다. 식탁용 소금 한 알을 가져다가(가급적이면 굵은 소금) 살펴보면, 수많은 입방체 결정으로 이루어져 있음을 알 수 있습니다. 지질 박물관에 가면 다양한 색상과 모양의 규칙적인 결정체를 많이 볼 수 있는데 매우 아름답습니다. 고체 상태의 물질의 뛰어난 특징은 특정 부피와 기하학적 모양을 가지며 물리적 특성이 방향에 따라 다를 수 있다는 것입니다("이방성"이라고 함). 즉, 온도가 다릅니다. 녹을 때 변하지 않습니다.

고체에는 분자나 원자가 규칙적이고 주기적으로 배열되어 있는데, 마치 우리가 운동을 할 때 사람이 등거리로 배열되어 있는 것과 같습니다. 모든 분자나 원자가 고정된 위치에서 진동하는 것처럼 모든 사람은 특정 위치에서 움직입니다. 우리는 이러한 결정 구조를 "공간 격자" 구조라고 부릅니다.

2. 액체

액체는 액체이며 어떤 모양의 용기에 넣어도 같은 모양을 갖습니다. 또한, 고체와 달리 액체도 '등방성' 특성(다른 방향에서 동일한 물리적 특성)을 갖고 있습니다. 이는 물체가 고체 상태에서 액체 상태로 변할 때 온도가 상승하면 분자나 원자가 움직이기 때문입니다. 분자나 원자의 움직임에 영향을 주지 않고 격렬하게 원래의 고정된 위치를 유지하여 흐름을 생성할 수 있습니다. 그러나 이때 분자나 원자 사이의 인력은 여전히 ​​상대적으로 커서 멀리 흩어지지 않으므로 액체는 여전히 일정한 부피를 가지고 있습니다. 사실, 액체 내부의 많은 작은 영역, 즉 "탁토이드 영역"에는 여전히 결정과 같은 구조가 있습니다. 유동성은 서로 이동할 수 있는 "탁토이드 영역"에 의해 형성됩니다. 비유해 보겠습니다. 아스팔트 도로를 배웅하는 "교통 흐름"에서 각 자동차에 탄 사람들은 고정된 위치를 가진 "준사형 영역"이고 자동차는 서로에 대해 상대적으로 움직일 수 있습니다. 함대의 흐름.

3. 기체 상태

액체는 가열되면 기체가 됩니다. 이때 분자나 원자의 움직임은 더욱 강해지며 '탁토이드 존'은 더 이상 존재하지 않습니다. 분자나 원자 사이의 거리가 멀어질수록 그들 사이의 중력은 무시될 수 있다. 따라서 기체 상태는 주로 분자나 원자의 불규칙한 움직임으로 나타나며, 이는 우리가 알고 있는 기체의 특성인 유동성, 고정되지 않은 형태로 이어진다. 그리고 부피는 자동으로 모든 용기를 채울 수 있습니다. 물리적 특성은 "등방성"입니다.

분명히 액체 상태는 고체 상태와 기체 상태 사이에 있습니다.

4． 비정질 상태 - 특수 고체 상태

일반 유리도 고체인가요? 물론 견고하다고 분명히 말할 것입니다. 실제로는 고체상태(결정상태)가 아닙니다. 당신은 이것에 놀랄 것입니다.

유리와 크리스탈은 성질과 내부 구조가 다르기 때문이다.

실험을 통해 유리를 불에 가열하면 온도가 점차 높아지면서 먼저 부드러워지고 점차 녹게 됩니다. 즉, 유리에는 고정된 녹는점이 없습니다. 또한, 물리적 특성도 "등방성"입니다. 이는 크리스탈과 다릅니다.

연구 결과 유리의 내부 구조는 '공간 격자' 특성을 갖지 않고 액체의 구조와 유사하다는 사실이 밝혀졌습니다. 단지 "탁토이드 구역"이 서로 움직일 수 없기 때문에 유리에 유동성이 없습니다. 우리는 이 상태를 "비정질"이라고 부릅니다.

엄밀히 말하면 "비정질 고체"는 고체에 속하지 않습니다. 고체는 특히 결정을 지칭하기 때문에 점성이 매우 높은 액체로 간주될 수 있습니다. 따라서, 물질의 또 다른 상태로서 "비정질 상태"가 제안될 수 있다.

일반 유리 외에도 고무, 파라핀, 천연 수지, 아스팔트, 고분자 플라스틱 등 '비정질' 고체가 많이 있습니다.

5. 액정 상태 - 결정 상태와 액체 상태 사이의 형태

"액정"은 더 이상 우리에게 낯설지 않습니다. 전자시계, 계산기, 휴대폰, 호출기, 마이크로컴퓨터, 텔레비전 등에 사용됩니다. 등. 텍스트 및 그래픽 디스플레이에 널리 사용되었습니다.

'액정'이라는 물질은 유기화합물이며, 지금까지 인공적으로 합성된 액정의 종류는 5,000종 이상이다.

이 물질은 특정 온도 범위 내에서 '액정 상태'일 수 있습니다. 즉, 액체의 유동성과 결정의 광학적 특성인 '이방성'을 갖췄음을 의미합니다. 외부 요인(열, 전기, 빛, 압력 등)의 작은 변화에 민감합니다. 우리는 이러한 특성을 활용하여 다양한 측면에 적용할 수 있도록 합니다.

우리 모두는 일상적인 조건에서 위의 '물질 상태'를 관찰할 수 있습니다. 그러나 물리학 실험 기술의 발전으로 초고온, 초저온, 초고압 등의 조건에서 몇 가지 새로운 '물질 상태'가 발견되었습니다.

6. 초고온에서의 플라즈마 상태

가스들이 수백만도 정도의 극도로 높은 온도나 다른 입자들과 강한 충돌을 겪을 때 나타나는 물질의 상태이다. 이때 원자에서 전자가 방출되고, 자유전자가 됩니다. 플라즈마는 고도로 이온화된 가스이지만 "기체 상태", 즉 "플라즈마 상태"와는 다른 "물질 상태"입니다.

태양과 다른 많은 별들은 극도로 뜨거운 행성이며 플라즈마입니다. 우주에 있는 물질의 대부분은 플라즈마입니다. 지구상에는 고고도 전리층, 번개, 오로라 등 플라즈마도 있습니다. 형광등과 수은등의 이온화된 가스는 인공 플라즈마입니다.

7. 초고압 하의 초고체 상태

140만 기압의 압력에서 물질의 원자는 '분쇄'될 수 있습니다. 모든 전자는 원자에서 "압출"되어 전자 가스를 형성합니다. 노출된 원자핵은 촘촘하게 배열되어 있으며, 이는 초고체 상태입니다. 탁구공 크기의 초고체 물질 조각의 질량은 최소 1,000톤입니다.

덜 질량이 큰 별의 발달 후기 단계에 있는 백색 왜성이 이 초고체 상태에 있다는 것을 보여주는 충분한 증거가 있습니다. 평균 밀도는 물의 수만 배에서 1억 배에 달합니다.

8. 초고압 하의 중성자 상태

더 높은 온도와 압력에서는 원자핵도 '분쇄'될 수 있습니다. 우리는 원자핵이 중성자와 양성자로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 더 높은 온도와 압력에서 양성자는 전자를 흡수하여 중성자로 변환합니다. 이 물질은 중성자가 촘촘하게 배열된 상태를 나타내는데, 이를 '중성자 상태'라고 합니다.

중질량(태양질량의 1.44~2배) 별이 후기 단계에서 '중성자별'으로 발전하는 것이 확인됐다. 백색왜성이며 물리적 상태는 '중성자별'이다.

더 무거운 별의 후기 단계에서는 중성자별보다 밀도가 높은 '블랙홀'로 진화할 것이라는 이론이 예측되고 있습니다. 현재 그 존재를 확인할 수 있는 직접적인 관측은 없습니다. 초고압의 작용 하에 있는 "블랙홀"에 있는 물질의 물리적 상태에 관해서는 현재 알려진 바가 없으며 앞으로도 계속 관찰하고 연구해야 합니다.

물질이 고온, 고압에서 비정상적인 물리적 상태를 보이는데, 물질도 저온과 초저온에서 어떤 특별한 형태를 나타내게 될까요? 아래에 언급된 두 가지 물질 상태가 그러한 상황입니다.

9. 초전도 상태

초전도 상태는 초저온에서 일부 물질에 나타나는 물질의 특별한 상태입니다. 초전도 현상을 최초로 발견한 사람은 네덜란드 물리학자 Camerin Onnes(1853~1926)였습니다. 1911년 여름, 그는 수은을 실험한 결과 온도가 4.173K(약 -269°C)로 떨어지면 수은이 저항을 잃기 시작한다는 사실을 발견했습니다. 그런 다음 그는 많은 물질이 다음과 같은 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 특정 임계 온도(저온)에서 저항을 잃습니다(특별 주제인 "저온 및 초전도 연구의 진행"을 읽어보십시오). Kamerin Onnes는 특정 물질이 저온에서 저항이 전혀 나타나지 않는 현상을 "초전도성"이라고 불렀습니다. 초전도체가 위치한 물질의 상태를 '초전도 상태'라고 합니다. 초전도 상태는 고효율 전력 전송, 자기 부상 고속열차, 고정밀 탐지 장비 측면에서 인류에게 큰 혜택을 가져다 줄 것입니다.

초전도 상태, 특히 그 독특한 특성의 발견은 전 세계적으로 주목을 받고 있습니다. 초전도는 오늘날에도 여전히 매우 인기 있는 과학 연구 주제입니다. 지금까지 발견된 초전도 물질은 주로 일부 금속, 합금, 화합물로 수천 개가 넘는다. 각각의 '임계 온도'는 서로 다르다. 현재 최고 '임계 온도'는 130K(약 영하 143도)에 이른다. 다양한 국가의 과학자들은 임계온도인 실온(300K 또는 27℃)을 향해 필사적으로 노력하고 있습니다.

초전도 물질의 구조는 무엇인가요? 현재 이론적 연구는 아직 성숙되지 않았으며 더 많은 연구가 필요합니다.

10. 초유체 상태

초유체 상태는 현재 알려진 바와 같이 매우 특이한 물리적 상태로, 초저온의 개별 물질에서만 발생합니다.

1937년 구소련 물리학자 표트르 레오니도비치 카피차(1894~1984)는 액체 헬륨의 온도가 2.17K로 떨어지면 액체의 원래 일반 유동성이 갑자기 ''로 변하는 것을 발견하고 놀랐다. 초유체성": 가스도 아무런 방해 없이 통과할 수 없는 극히 작은 구멍이나 틈새(약 100,000분의 1cm)를 통과할 수 있습니다. 컵 벽을 따라 컵 입구 밖으로 "등반"합니다. 우리는 초유동성을 지닌 물질의 상태를 "초유체 상태"라고 부릅니다. 그러나 이러한 물질 상태는 2.17K 이하의 액체 헬륨에서만 발견되었습니다. 초유체 상태의 물질 구조 이론도 탐구되고 있습니다.

위에서는 지금까지 발견된 물질의 10가지 상태만을 소개하고 있는데, 일부 문헌에서는 공간적 제약으로 인해 초이온 상태, 방사선장 상태, 양자장 상태 등 더 많은 유형의 물질 상태가 있다고 요약하고 있습니다. , 여기에 모두 나열하지는 않겠습니다. 우리는 과학이 발전함에 따라 더 많은 물질 상태를 이해하고, 더 많은 미스터리를 풀며, 그 고유한 특성을 인류에게 이롭게 활용하게 될 것이라고 믿습니다.