Τι είναι Ύλη; Οδηγός για παιδιά

Πρόσφατα εξερευνήσαμε Τι είναι ένα στοιχείο; Ενώ μαθαίναμε για τα Elements, ακούσαμε για την Ύλη. Αν και αγγίξαμε εν συντομία την ύλη, πιστεύαμε ότι αυτό ήταν ένα σημαντικό θέμα, ένα θέμα στο οποίο θα έπρεπε να σκάψουμε λίγο βαθύτερα. Ας εξερευνήσουμε λοιπόν σήμερα: Τι είναι η Ύλη;

Τι είναι η ύλη στην επιστήμη;

Αποποίηση ευθύνης: Αυτό το άρθρο μπορεί να περιέχει συνδέσμους προμήθειας ή συνεργατών. Ως συνεργάτης της Amazon κερδίζω από αγορές που πληρούν τις προϋποθέσεις.
Δεν βλέπετε τα βίντεό μας; Απενεργοποιήστε τυχόν προγράμματα αποκλεισμού διαφημίσεων για να διασφαλίσετε ότι η ροή βίντεο μας είναι ορατή. Ή επισκεφθείτε μας Κανάλι YouTube για να δούμε αν το βίντεο έχει ανέβει εκεί. Ανεβάζουμε σιγά σιγά τα αρχεία μας. Ευχαριστώ!

Ο ορισμός της ύλης

Ως γρήγορος ορισμός, ύλη είναι οποιαδήποτε φυσική ουσία ή το υλικό από το οποίο αποτελούνται τα πράγματα. Η ύλη έχει μάζα και όγκο, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να καταλαμβάνει χώρο.

Τι είναι Ύλη; Η ύλη είναι οτιδήποτε έχει μάζα και καταλαμβάνει χώρο. Μπορεί να οριστεί ως η φυσική ουσία που συνθέτει το σύμπαν και τα πάντα σε αυτό, συμπεριλαμβανομένων των αντικειμένων, των υγρών, των αερίων και του πλάσματος. Όλη η ύλη αποτελείται από άτομα και μόρια.

Η ύλη αποτελείται από άτομα

Τα πάντα γύρω σας που μπορείτε να αγγίξετε είναι ύλη. Τα άτομα είναι τα δομικά στοιχεία της ύλης. Ένας συνδυασμός ατόμων σχηματίζει ένα μόριο. Μεγάλες ομάδες ατόμων και μορίων αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της καθημερινής ζωής στον φυσικό κόσμο.

Ένα άτομο είναι μέρος ενός στοιχείου και ενός μορίου. Ποια είναι λοιπόν η διαφορά μεταξύ ενός στοιχείου και ενός μορίου; Ένα συγκεκριμένο στοιχείο, όπως το Υδρογόνο (Η) αποτελείται από έναν μόνο τύπο ατόμου, ενώ ένα μόριο μπορεί να έχει μόνο έναν τύπο ατόμου ή διαφορετικούς τύπους ατόμων, όπως το νερό (Η₂Ο). Μάθαμε για στοιχεία στο άρθρο μας, Τι είναι ένα στοιχείο;

Αν και υπάρχουν μερικοί διαφορετικοί τρόποι ορισμού της ύλης, ως απλοποιημένος ορισμός μπορούμε να πούμε ότι η ύλη αποτελείται από άτομα και οτιδήποτε αποτελείται από άτομα και σωματίδια που έχουν και μάζα και όγκο. Αν πιάνει χώρο, είναι ύλη!

Πόσες καταστάσεις ύλης υπάρχουν;

Υπάρχουν τέσσερις κύριες καταστάσεις (ονομάζονται επίσης φάσεις) της ύλης, αλλά υπάρχουν περισσότερες λιγότερο κοινές καταστάσεις της ύλης και ακόμη και ορισμένες θεωρητικές καταστάσεις της ύλης που μελετώνται από τους επιστήμονες.

Η ύλη υπάρχει σε διάφορες καταστάσεις, οι πιο συνηθισμένες με τις οποίες εργάζονται οι μαθητές είναι στερεά, υγρή και αέρια. Για παράδειγμα, ένα από τα αγαπημένα μας πράγματα για χρήση σε επιστημονικά πειράματα είναι το νερό που μπορεί να υπάρχει ως στερεός πάγος, υγρό νερό και αέριος ατμός. Μια άλλη κοινή κατάσταση της ύλης είναι το πλάσμα.

Αλλά και άλλα κράτη είναι πιθανά, συμπεριλαμβανομένων Συμπυκνώματα Bose–Einstein, Φερμιονικά Συμπυκνώματακαι Πλάσμα Κουάρκ-Γλουονίου. Επιπλέον, ακόμη περισσότερα που οι επιστήμονες συνεχίζουν να ανακαλύπτουν και να μελετούν!

Η κατάσταση ή η φάση στην οποία υπάρχει ένας τύπος ύλης επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Σε θερμοκρασία δωματίου, κάτι σαν ατσάλι είναι στερεό, ενώ το νερό είναι υγρό. Αυξήστε τη θερμοκρασία και ο χάλυβας αρχίζει να υγροποιείται, ενώ το νερό μετατρέπεται σε αέριο. Όταν η ύλη αλλάζει από τη μια κατάσταση στην άλλη, όπως όταν ένα υγρό μετατρέπεται σε αέριο ή ένα στερεό μετατρέπεται σε υγρό, συμβαίνει αλλαγή κατάστασης.

Ας εξετάσουμε τους διαφορετικούς τύπους ύλης με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τι είναι ένα Στερεό;

Στερεό είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποία τα σωματίδια είναι στενά συσκευασμένα μεταξύ τους και δονούνται στη θέση τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα συγκεκριμένο σχήμα και όγκο (σκεφτείτε ένα παγάκι). Σε αντίθεση με τα υγρά και τα αέρια, τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα και όγκο και δεν ρέουν ούτε διαστέλλονται για να γεμίσουν το δοχείο τους. Τα στερεά έχουν υψηλή πυκνότητα και πίεση σε σύγκριση με τα υγρά και τα αέρια. Η συμπεριφορά των στερεών καθορίζεται από τις ισχυρές ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων που τα συγκρατούν στη θέση τους. Αυτό κάνει τα στερεά να είναι ισχυρά και άκαμπτα, καθιστώντας τα χρήσιμα για ποικίλες εφαρμογές, όπως δομικά υλικά και εξαρτήματα μηχανημάτων. Παραδείγματα στερεών περιλαμβάνουν βράχο, μέταλλο και πάγο.

Τι είναι ένα Υγρό;

Ένα υγρό είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποία τα σωματίδια είναι κοντά μεταξύ τους αλλά δεν είναι σταθερά στερεωμένα στη θέση τους όπως σε ένα στερεό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα έναν καθορισμένο όγκο αλλά όχι ένα σταθερό σχήμα. Σε αντίθεση με τα στερεά, τα υγρά παίρνουν το σχήμα του δοχείου τους (σκεφτείτε να γεμίσετε ένα ποτήρι με νερό) αλλά έχουν καθορισμένο όγκο. Έχουν μια ενδιάμεση πυκνότητα και πίεση, ακριβώς ανάμεσα σε αυτά που θα βρείτε με τα στερεά και τα αέρια. Η συμπεριφορά των υγρών καθορίζεται από διαμοριακές δυνάμεις, οι οποίες είναι ισχυρότερες από ό,τι στα αέρια αλλά πιο αδύναμες από ό,τι στα στερεά. Αυτό δίνει στα υγρά μια ρευστότητα και την ικανότητα να ρέουν, καθιστώντας τα χρήσιμα για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως η λίπανση και η ψύξη. Παραδείγματα υγρών περιλαμβάνουν νερό, λάδι και αλκοόλ.

Τι είναι το Αέριο;

Ένα αέριο είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποία τα σωματίδια βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση και σε συνεχή κίνηση, με αποτέλεσμα την απουσία σταθερού σχήματος ή όγκου. Τα αέρια μπορούν να εξαπλωθούν για να γεμίσουν οποιοδήποτε δοχείο έχουν τοποθετηθεί (εικόνα ατμού από μια κατσαρόλα που βράζει). Έχουν χαμηλή πυκνότητα και πίεση σε σύγκριση με τα στερεά και τα υγρά. Τα αέρια βρίσκονται φυσικά στην ατμόσφαιρα της Γης (όπως υδρατμοί και οξυγόνο) και μπορούν επίσης να παραχθούν στο εργαστήριο μέσω διαφόρων διεργασιών, όπως η θέρμανση ενός στερεού ή ενός υγρού. Παραδείγματα αερίων περιλαμβάνουν αέρα, οξυγόνο, άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα.

Η Τέταρτη Κατάσταση της Ύλης – Πλάσμα

Το πλάσμα είναι μια κατάσταση ύλης κατά την οποία ένα αέριο έχει θερμανθεί σε τόσο υψηλή θερμοκρασία που μερικά ή όλα τα ηλεκτρόνια του έχουν απογυμνωθεί από τα μητρικά άτομα ή μόριά τους, αφήνοντας πίσω μια σούπα θετικά φορτισμένων ιόντων και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Το πλάσμα βρίσκεται φυσικά σε αστέρια και κεραυνούς. Το πλάσμα μπορεί επίσης να δημιουργηθεί στο εργαστήριο. Συχνά αναφέρονται ως η τέταρτη κατάσταση της ύλης, μαζί με στερεά, υγρά και αέρια, αν και οι μαθητές στο σχολείο συνήθως διδάσκονται μόνο τα πρώτα 3 μέχρι να φτάσουν σε πιο προχωρημένες σπουδές. Τα πλάσματα χαρακτηρίζονται από την υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ικανότητά τους να δημιουργούν και να ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, τα πλάσματα έχουν ένα ευρύ φάσμα πρακτικών εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας σύντηξης, της κοπής πλάσματος και των οθονών πλάσματος.

Τώρα εξερευνήσαμε τους 4 κύριους τύπους ύλης, ας εξερευνήσουμε την ύλη με έναν τρόπο!

Παράδειγμα καταστάσεων ύλης με νερό

Για να εξερευνήσετε τις καταστάσεις της ύλης όταν πρόκειται για στερεά, υγρά και αέρια, το καλύτερο που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είναι το νερό. Σκεφτείτε το νερό σε αυτές τις διάφορες πολιτείες, είναι ακόμα νερό. Είτε είναι ένα ποτήρι νερό που πίνετε, είτε τα παγάκια στο ποτό σας είτε ο ατμός όταν βράζετε το νερό για να φτιάξετε λίγο τσάι. Είναι ακόμα νερό.

Ένα μόριο νερού αποτελείται από 2 υδρογόνο και 1 άτομο οξυγόνου, H₂Ο. Αυτός ο χημικός τύπος δεν αλλάζει καθώς το νερό αλλάζει από στερεό, σε υγρό, σε αέριο. Είναι ακόμα H₂O εκτός εάν συμβεί χημική αντίδραση. Αυτό που αλλάζει είναι η ποσότητα ενέργειας στις διάφορες καταστάσεις λόγω των αλλαγών στη θερμοκρασία.

Ένα διασκεδαστικό πείραμα με καταστάσεις ύλης και νερού είναι το πείραμά μας Simple Melting Snow.

Τι κατάσταση της ύλης είναι το Oobleck;

Μας αρέσει να παίζουμε με τον Oobleck όταν εξερευνούμε καταστάσεις της ύλης. Γιατί; Γιατί σπάει όλους τους κανόνες! Το Oobleck είναι ένα μη νευτώνειο ρευστό που παρουσιάζει ιδιότητες τόσο ενός στερεού όσο και ενός υγρού. Όταν ασκείται μια δύναμη σε αυτό αργά, συμπεριφέρεται σαν υγρό, αλλά όταν η δύναμη ασκείται γρήγορα, λειτουργεί σαν στερεό. Το Oobleck είναι απλό μείγμα αμύλου και νερού (δείτε το Oobleck Science Lab που συγκρίνει διαφορετικές συνταγές Oobleck) και είναι ένα παράδειγμα ιξωδοελαστικού υλικού. Δεν ταιριάζει καλά σε καμία κατάσταση της ύλης, καθώς παρουσιάζει συμπεριφορές τόσο σε στερεά όσο και σε υγρά. Η δημιουργία και το παιχνίδι με το Oobleck είναι μια εξαιρετική προσθήκη στις σπουδές σας στις καταστάσεις της ύλης. Μπορείτε να βρείτε όλες τις διασκεδαστικές μας δραστηριότητες στο Oobleck εδώ.

Εκτυπώσιμα State of Matter

Έχουμε μερικά διαφορετικά εκτυπώσιμα για να συμπληρώσουμε τις σπουδές σας στις καταστάσεις της ύλης. Μπορείτε να τα βρείτε στο STEAM Powered Family Shopαπλώς κάντε κλικ στις εικόνες για να μάθετε περισσότερα για καθένα από αυτά τα εκτυπώσιμα.