สสารคือ "สิ่งของ" ที่ประกอบเป็นจักรวาล - ทุกสิ่งที่ใช้พื้นที่และมีมวลเป็นเรื่อง
สสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมซึ่งประกอบไปด้วยโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน
อะตอมมารวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลซึ่งเป็นหน่วยการสร้างสำหรับสสารทุกประเภทตามที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน ทั้งอะตอมและโมเลกุลถูกรวมเข้าด้วยกันโดยรูปแบบของพลังงานศักย์ที่เรียกว่าพลังงานเคมี ซึ่งแตกต่างจากพลังงานจลน์ซึ่งเป็นพลังงานของวัตถุที่เคลื่อนที่พลังงานศักย์คือพลังงานที่เก็บไว้ในวัตถุ
สสารห้าขั้นตอน
สสารมีสี่สถานะตามธรรมชาติ: ของแข็งของเหลวก๊าซและพลาสมา สถานะที่ห้าคือ Bose-Einstein ที่ควบแน่นโดยมนุษย์
ของแข็ง
ในของแข็งอนุภาคบรรจุแน่นเข้าด้วยกันเพื่อให้พวกเขาไม่ย้ายมาก อิเล็กตรอนของอะตอมแต่ละอะตอมมีการเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลาดังนั้นอะตอมจึงมีการสั่นสะเทือนเล็กน้อย แต่จะถูกตรึงอยู่ในตำแหน่ง ด้วยเหตุนี้อนุภาคในของแข็งจึงมีพลังงานจลน์ต่ำมาก
ของแข็งมีรูปร่างที่แน่นอนรวมถึงมวลและปริมาตรและไม่สอดคล้องกับรูปร่างของภาชนะที่วางไว้ ของแข็งยังมีความหนาแน่นสูงซึ่งหมายความว่าอนุภาคจะถูกอัดแน่นเข้าด้วยกัน
ของเหลว
ในของเหลวอนุภาคจะถูกบรรจุอย่างอิสระมากกว่าในของแข็งและสามารถไหลไปรอบ ๆ กันทำให้ของเหลวมีรูปร่างไม่แน่นอน ดังนั้นของเหลวจะสอดคล้องกับรูปร่างของภาชนะบรรจุ
เช่นเดียวกับของแข็งของเหลว (ซึ่งส่วนใหญ่มีความหนาแน่นต่ำกว่าของแข็ง) ยากที่จะบีบอัดได้อย่างเหลือเชื่อ
ก๊าซ
ในก๊าซอนุภาคมีช่องว่างมากมายระหว่างพวกเขาและมีพลังงานจลน์สูง แก๊สไม่มีรูปร่างหรือปริมาตรแน่นอน หากไม่มีการ จำกัด อนุภาคของก๊าซจะกระจายออกไปเรื่อย ๆ หากถูก จำกัด ก๊าซจะขยายตัวเพื่อเติมเต็มภาชนะ เมื่อก๊าซถูกกดดันโดยการลดปริมาตรของภาชนะช่องว่างระหว่างอนุภาคจะลดลงและก๊าซถูกบีบอัด
พลาสมา
พลาสมาไม่ใช่สถานะทั่วไปของสสารที่นี่บนโลก แต่อาจเป็นสสารที่พบได้บ่อยที่สุดในเอกภพตามห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สัน ดาวเป็นลูกบอลที่มีความร้อนสูงมากในพลาสมา
พลาสม่าประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุสูงและพลังงานจลน์สูงมาก ก๊าซมีตระกูล (ฮีเลียม, นีออน, อาร์กอน, คริปทอน, ซีนอนและเรดอน) มักจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสัญญาณเรืองแสงโดยใช้ไฟฟ้าเพื่อทำให้เป็นไอออนในสถานะพลาสมา
Bose-Einstein คอนเดนเสท
The Bose-Einstein condensate (BEC) สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ในปี 1995 โดยใช้ส่วนผสมของเลเซอร์และแม่เหล็ก Eric Cornell และ Carl Weiman นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันร่วมเพื่อการทดลองทางดาราศาสตร์ดาราศาสตร์ (JILA) ใน Boulder, Colorado ทำให้ตัวอย่างรูบิเดียมเย็นลง ภายในไม่กี่องศาของศูนย์สัมบูรณ์ ที่อุณหภูมิต่ำมากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะหยุดลง เนื่องจากเกือบจะไม่มีพลังงานจลน์ที่ถูกถ่ายโอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งจึงเริ่มรวมตัวกันเป็นก้อน ไม่มีอะตอมอีกนับพันที่แยกจากกันอีกต่อไปมีเพียง "อะตอมสุดยอด"
BEC ใช้เพื่อศึกษากลศาสตร์ควอนตัมในระดับมหภาค แสงจะชะลอตัวลงเมื่อผ่านบีอีซีทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาอนุภาค / คลื่นความขัดแย้ง บีอีซียังมีคุณสมบัติหลายอย่างของ superfluid หรือของเหลวที่ไหลโดยไม่มีแรงเสียดทาน บีอีซียังใช้เพื่อจำลองสภาพที่อาจมีอยู่ในหลุมดำ
จะผ่านขั้นตอน
การเพิ่มหรือลบพลังงานจากสสารทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเมื่อสสารเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ตัวอย่างเช่นการเพิ่มพลังงานความร้อน (ความร้อน) ลงในน้ำของเหลวทำให้มันกลายเป็นไอน้ำหรือไอ (แก๊ส) และการกำจัดพลังงานจากน้ำของเหลวทำให้มันกลายเป็นน้ำแข็ง (ของแข็ง) การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพอาจเกิดจากการเคลื่อนไหวและความดัน
ละลายและแช่แข็ง
เมื่อความร้อนถูกนำไปใช้กับของแข็งอนุภาคของมันจะเริ่มสั่นสะเทือนได้เร็วขึ้นและเคลื่อนที่ห่างกันมากขึ้น เมื่อสารมีอุณหภูมิและความดันรวมกันจุดหลอมเหลวของของแข็งจะเริ่มละลายและกลายเป็นของเหลว
เมื่อสสารสองสถานะเช่นของแข็งและของเหลวอยู่ที่อุณหภูมิและความดันสมดุลความร้อนที่เพิ่มเข้ามาในระบบจะไม่ทำให้อุณหภูมิโดยรวมของสารเพิ่มขึ้นจนกว่าตัวอย่างทั้งหมดจะถึงสถานะทางกายภาพเดียวกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อคุณใส่น้ำแข็งลงในแก้วน้ำและปล่อยให้มันอยู่ที่อุณหภูมิห้องน้ำแข็งและน้ำในที่สุดจะมาถึงอุณหภูมิเดียวกัน เมื่อน้ำแข็งละลายจากความร้อนที่มาจากน้ำมันจะยังคงอยู่ที่ศูนย์องศาเซลเซียสจนกระทั่งน้ำแข็งทั้งหมดละลายก่อนที่จะอบอุ่น
เมื่อความร้อนถูกลบออกจากของเหลวอนุภาคของมันจะชะลอตัวลงและเริ่มตั้งถิ่นฐานในที่เดียวภายในสาร เมื่อสารไปถึงอุณหภูมิที่เย็นพอที่ความดันหนึ่งจุดเยือกแข็งของเหลวจะกลายเป็นของแข็ง
ของเหลวส่วนใหญ่หดตัวเมื่อแช่แข็ง อย่างไรก็ตามน้ำขยายตัวเมื่อน้ำแข็งแข็งตัวทำให้โมเลกุลแยกตัวออกห่างและลดความหนาแน่นซึ่งเป็นสาเหตุที่น้ำแข็งลอยอยู่เหนือน้ำ
การเพิ่มสารเพิ่มเติมเช่นเกลือในน้ำสามารถเปลี่ยนได้ทั้งจุดหลอมเหลวและจุดเยือกแข็ง ตัวอย่างเช่นการเพิ่มเกลือลงบนหิมะจะช่วยลดอุณหภูมิที่น้ำค้างบนถนนทำให้ปลอดภัยสำหรับผู้ขับขี่
นอกจากนี้ยังมีจุดที่เรียกว่าจุดสามจุดที่ซึ่งของแข็งของเหลวและก๊าซทั้งหมดมีอยู่พร้อมกัน ตัวอย่างเช่นน้ำมีอยู่ในทั้งสามสถานะที่อุณหภูมิ 273.16 เคลวินและความดัน 611.2 ปาสคาล
การระเหิด
เมื่อของแข็งถูกแปลงเป็นก๊าซโดยตรงโดยไม่ต้องผ่านขั้นตอนของเหลวกระบวนการนี้เรียกว่าการระเหิด สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของตัวอย่างเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเกินกว่าจุดเดือด (การระเหยของไอระเหยของแฟลช) หรือเมื่อสารนั้น "แห้ง" โดยการทำให้เย็นลงภายใต้สภาวะสุญญากาศเพื่อให้น้ำในสารผ่านการระเหิดและถูกลบออกจาก ตัวอย่าง. สารระเหยบางอย่างจะผ่านการระเหิดที่อุณหภูมิห้องและความดันเช่นคาร์บอนไดออกไซด์แช่แข็งหรือน้ำแข็งแห้ง
การกลายเป็นไอ
การระเหยกลายเป็นไอของของเหลวไปเป็นแก๊สและสามารถเกิดขึ้นได้จากการระเหยหรือการเดือด
เนื่องจากอนุภาคของของเหลวอยู่ในการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องพวกมันจึงชนกันบ่อยครั้ง การชนกันแต่ละครั้งทำให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานและเมื่อมีการถ่ายโอนพลังงานที่เพียงพอไปยังอนุภาคที่อยู่ใกล้พื้นผิว ของเหลวจะเย็นตัวลงเมื่อพวกมันระเหยเพราะพลังงานที่ถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของพื้นผิว
ของเหลวเดือดเมื่อมีความร้อนมากพอที่จะเพิ่มเข้าไปในของเหลวเพื่อทำให้เกิดฟองไอระเหยที่จะก่อตัวใต้พื้นผิว จุดเดือดนี้คืออุณหภูมิและความดันที่ของเหลวจะกลายเป็นก๊าซ
การควบแน่นและการสะสม
การควบแน่นเกิดขึ้นเมื่อก๊าซสูญเสียพลังงานและรวมตัวกันเป็นของเหลว ตัวอย่างเช่นไอน้ำควบแน่นเป็นน้ำของเหลว
การสะสมเกิดขึ้นเมื่อก๊าซเปลี่ยนเป็นของแข็งโดยตรงโดยไม่ต้องผ่านเฟสของเหลว ไอน้ำกลายเป็นน้ำแข็งหรือน้ำค้างแข็งเมื่ออากาศสัมผัสกับของแข็งเช่นใบหญ้าเย็นกว่าส่วนที่เหลือของอากาศ
