Aine (füüsika)

Materjal on aine, millest on tehtud kogu materjal. See tähendab esemeid, millel on mass. Täpsemalt öeldes peab neil olema puhkemass, mis on energia vorm, mida aine omab isegi siis, kui see ei liigu (tal puudub kineetiline energia), on äärmiselt külm (tal puudub soojusenergia) jne. Aine on sõna, mida mõnikord kasutatakse igapäevaelus erinevalt, samas kui mass on vähemalt füüsikas täpselt määratletud mõiste ja suurus. Need ei ole üks ja sama asi, kuigi nad on omavahel seotud.

Tavaline aine koosneb tillukestest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks. Aatomite vahel on ruumid ja nad liiguvad või vibreerivad kogu aeg. Osakesed liiguvad kiiremini ja kaugemale üksteisest, kui neid kuumutatakse, ja vastupidi, kui neid jahutatakse.

Baryooniline aine

Peaaegu kogu aine, mida võib kogeda igapäevaelus, on barjooniline aine. See hõlmab igasuguseid aatomeid ja annab neile massi omaduse. Mittebaryooniline aine, nagu nimigi viitab, on igasugune aine, mis ei koosne peamiselt baryoonidest. Siia võivad kuuluda neutriinod ja vabad elektronid, tumeaine, näiteks supersümmeetrilised osakesed, aksioonid ja mustad augud.

Baryonide olemasolu on kosmoloogias oluline küsimus. Eeldatakse, et Suur Pauk tekitas võrdses koguses baryone ja antibaryone. Protsessi, mille käigus baryonide arvukus ületas nende antiosakeste arvu, nimetatakse baryogeneesiks.

Aine omadused

Ainet saab vahetult kogeda meelte kaudu. Sellel on omadusi, mida saab mõõta, nagu näiteks mass, ruumala, tihedus, ja kvalitatiivseid omadusi, nagu maitse, lõhn ja värvus.

Näiteid aine kohta

Kõik füüsilised kehad universumis koosnevad ainest: galaktikad, tähed ja planeedid, kivimid, vesi ja õhk. Ka elusorganismid, nagu taimed, loomad ja inimesed, koosnevad ainest.

Füüsikas sisaldab universum ka asju, mis ei ole aine, sealhulgas mõningaid elementaarosakesi, millel ei ole puhkemassi. Tuntud näide on fotoonid (elektromagnetiline kiirgus, näiteks valgus).

Lisaks oma puhkemassile võib aine sisaldada ka muid energiavorme, mis ei ole aine, kuid võimaldavad neil omavahel suhelda, vahetades kineetilist energiat, soojust, valgust, helilainet jne.

Väljaspool füüsikalisi teadusi võib olla palju muid asju, mis ei ole aine või energia. Lihtsalt näiteks võib kogeda emotsioone või ideid.

Koostis

Aine struktuuri ja koostist uuritakse, purustades aine üha väiksemateks ja väiksemateks tükkideks. Seega koosnevad elusorganismid rakkudest. Rakud koosnevad molekulidest, mis on omavahel seotud aatomite kogumid. Iga aatom on omakorda elementaarosakeste kogum.

Aine olekud

Füüsikud liigitavad aineid ka mõnda laia kategooriasse, mida nimetatakse olekuteks ja millel on üsna erinevad omadused:

Tahked kehad on molekulidest ja aatomitest koosnevad materiaalsed objektid, mis on omavahel nii tugevalt seotud, et nad säilitavad oma kuju isegi liikumisel, kuigi võivad pinge all deformeeruda. Näited: kivi, laud, nuga, jääplokk.
Vedelikud on ainekogused, mis koosnevad nõrgalt seotud molekulidest ja aatomitest. Neil ei ole korralikku kuju. Vedelikke on kahte liiki:

Vedelikud hõlmavad tahkete ainete sarnaselt tahketele ainetele kondenseeritud ainevorme, kuid mille moodustavate elementide (molekulide, aatomite) vahelised sidemed võimaldavad neil üksteise suhtes liikuda, jäädes samal ajal lahtiselt kokku: nad säilitavad kindla pinna. Vedelikud võtavad vastu nende sisaldavate ainete kuju. Näited: vesi, õli, veri, laava, karastusjoogid.
Gaasid on ainekogused, mille moodustavate elementide (molekulide, aatomite) vahelised sidemed on nii lõdvad või nõrgad, et nad võivad üksteisest sõltumatult liikuda. Gaasidel ei ole korralikku pinda, nad kipuvad laienema, et hõivata kogu olemasolev ruumala. Näited: õhk, veeaur, heelium.

Plasmad koosnevad ioniseeritud ainest, need pakuvad enamasti huvi teadlastele. Näited: Maa ionosfäär, Päikese koroona. Plasmas olevad osakesed on vedeliku ja gaasi segu. Osakesed on vabalt liikuvad nagu vedelik ja tõmbed on nõrgad nagu gaas. See aine seisund ei ole täielikult mõistetav. Plasma näide võib leida välkudest.
Bose-Einsteini kondensaat (BEC) on bosoonide lahjendatud gaasi olek, mis on jahutatud temperatuurini, mis on väga lähedal absoluutsele nullile (0 K või -273,15 °C).

Teatav kogus ainet võib muutuda ühest olekust teise sõltuvalt selle temperatuurist ja rõhust. Maal võib vesi eksisteerida samaaegselt kolmes olekus: tahkes (jää), vedelas (järved, ookeanid) ja gaasilises (aur või aur).

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on aine?

V: Materjal on aine, millest on tehtud kõik ained. See viitab objektidele, millel on mass ja puhkemass, mis on energia vorm, sõltumata sellest, kas see on liikuv või omab soojusenergiat.

K: Kuidas erineb aine massist?

V: Tavakeeles kasutatakse ainet sageli varieeruvalt, samas kui füüsikas on mass täpselt määratletud mõiste ja suurus. Mass viitab konkreetselt aine kogusele konkreetses objektis.

K: Mis on puhkemass?

V: Puhkemass on energia vorm, mida aine omab ka siis, kui ta ei liigu või kui tal puudub soojusenergia.

K: Millest koosneb tavaline aine?

V: Tavaline aine koosneb tillukestest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks, mis liiguvad ja vibreerivad pidevalt.

K: Kuidas käituvad tavalise aine osakesed kuumutamisel?

V: Kuumutamisel liiguvad tavalise aine osakesed üksteisest kiiremini ja kaugemale.

K: Ja kuidas käituvad nad, kui neid jahutatakse?

V: Jahutamisel liiguvad tavalise aine osakesed aeglasemalt ja üksteisele lähemale.

K: Kuidas nimetatakse tavalise aine aatomite vahelisi tühimikke?

V: Aatomitevahelisi ruume tavalises aines nimetatakse vaheruumideks.