هل يمكن الحفاظ على التغيير الشامل: لماذا وكيف ومتى وأين


تركز هذه المقالة بشكل أساسي على لماذا وكيف ومتى وأين يمكن الحفاظ على التغيير الشامل.

يعتبر حفظ الكتلة صالحًا في جميع التفاعلات العادية تقريبًا ولكن هناك حالات يحدث فيها انحراف عن التحويل الشامل. بالنسبة للكتل المشاركة في التفاعلات النووية ، على سبيل المثال ، في المفاعلات النووية ، ومسرعات الجسيمات ، وعملية الاندماج الحراري النووي في الشمس ، وما إلى ذلك ، فإن الحفاظ على الكتلة غير صالح.

هل يمكن الحفاظ على التغيير الشامل: أسئلة يتكرر طرحها

متى يمكن الحفاظ على الكتلة التغيير؟

يظل الحفاظ على الكتلة ساريًا للتفاعلات التي يتم ملاحظتها بشكل شائع. لكن الكتلة تتحول إلى طاقة في بعض التفاعلات.

عندما تخضع النواة المشعة لتفاعل نووي مثل الانشطار أو الاندماج ، يتم فقد كمية ضئيلة من الكتلة. الكتلة الكلية قبل وبعد التفاعل لا تبقى كما هي. يتم تحويل الكتلة المفقودة إلى طاقة ويتم إعطاء التعبير الخاص بتحديد الطاقة المنبعثة من خلال معادلة أينشتاين

E = MC2

أين،

م هو الفرق في الكتلة بالكيلوغرام ،

ج هي سرعة الضوء في الفراغ بوحدة م / ث ،

E هي الطاقة المنتجة.

قد يكون التغيير في الكتلة صغيرًا جدًا ، لكن الطاقة المنبعثة قد تكون هائلة.

الحفاظ على الكتلة في التفاعلات الكيميائية العادية
اعتمادات الصورة: ويكيميديا ​​كومنز

كيف يمكن الحفاظ على الكتلة التغيير؟

يخضع الحفاظ على الكتلة للتنوع في سياقات معينة.

ل التفاعلات النووية ، يصبح الحفاظ على الكتلة غير صالح ، وبدلاً من ذلك ، تظل الطاقة الإجمالية محفوظة. القوى النووية القوية يتم التغلب عليها خلال تفاعل نووي ويتم تحويل كتلة صغيرة إلى طاقة. لذلك ، فإن التغيير في الكتلة الكلية قبل وبعد التفاعل يتم تحريره في شكل طاقة هائلة.

وفقًا لقانون حفظ الكتلة ،

"لا يمكن خلق المادة أو تدميرها ؛ لا يمكن إعادة ترتيبها إلا ".

لكن أينشتاين أثبت ذلك حفظ الكتلة غير صالح لجميع ردود الفعل. هناك تفاعلات يتم فيها تحويل الكتلة إلى طاقة ، وبالتالي يتم تعديل مبدأ الحفاظ على الكتلة للحفاظ على طاقة الكتلة. على الرغم من أن هذا صحيح بالنسبة للتفاعلات الكيميائية العادية ، نظرًا لأن التغيير في الكتلة لا يكاد يُلاحظ ، يظل الحفظ الشامل صالحًا للتفاعلات العادية.

لماذا حفظ التغيير الشامل؟

بشكل عام ، يتطلب مبدأ الحفظ الشامل أن تظل الكتلة الكلية أو كمية المادة قبل وبعد التفاعل الكيميائي كما هي. التفاعلات الكيميائية المتوازنة هي نتيجة لمبدأ الحفظ الشامل هذا. ولكن في التفاعلات النووية وبعض الظواهر الفيزيائية الفلكية ، يتم انتهاك الحفاظ على الكتلة حيث يتم تحويل بعض الكتلة إلى طاقة.

معادلة الكتلة والطاقة
اعتمادات الصورة: فليكر

وفقًا لنظريات النسبية ، يعد تحويل الطاقة الكتلي أمرًا شائعًا في جميع التفاعلات ، ومع ذلك ، في التفاعلات الكيميائية العادية ، يكون فرق الكتلة السائد بين جميع المواد المتفاعلة وجميع المنتجات في حدود 0.1 جزء في المليار أو أقل. نتيجة لذلك ، يبدو أن الكتلة محفوظة في مثل هذه التفاعلات الكيميائية. في حين أن فرق الكتلة يمكن أن يصل إلى حدود 1٪ في ردود الفعل النووية ومن ثم فإن تحويل الكتلة إلى طاقة واضح بشكل واضح.

أين حفظ التغيير الشامل؟

عندما تكون مفاهيم النسبية ، فإن مبدأ الحفظ غير صالح.

نووي تفاعل الاندماج ، أي اندماج الهيدروجين بالهيليوم الذي يحدث في الشمس والنجوم الأخرى وكذلك خلال بعض الظواهر الفيزيائية الفلكية مثل اندماج الثقوب السوداء ، يتم انتهاك مبدأ الحفظ الشامل. عملية الاندماج النووي الحراري التي تحدث في الشمس هي المثال الأكثر شيوعًا حيث يكون الحفظ الشامل غير صالح. أثناء هذه العملية ، يتم تحويل بعض أجزاء الكتلة إلى طاقة وهي الطاقة التي نحصل عليها من الشمس.

طور أينشتاين معادلة لقياس كمية الطاقة المنتجة من كمية معينة من الكتلة. الصيغة هي E = mc2، حيث م هي الكتلة وج هي سرعة الضوء. بما أن الصيغة تحتوي على ج2، ينتج عن كمية صغيرة من الكتلة كمية كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال ، تولد كتلة كيلوغرام واحد 900000000000 جول من الطاقة. هذا هو السبب في أنه في التفاعلات النووية ، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة.

ومن ثم ، بدلاً من الحفاظ على الكتلة ، طرح أينشتاين نظرية للحفاظ على الكتلة والطاقة ، حيث تظل الكتلة الكلية والطاقة ثابتة. يُعرف هذا المبدأ أيضًا باسم تكافؤ الكتلة والطاقة.

ديكشا دينيش

مرحبًا ، أنا Deeksha Dinesh ، أتابع حاليًا التخرج في الفيزياء مع تخصص في مجال الفيزياء الفلكية. أحب تقديم المفاهيم بطريقة أبسط للقراء.

آخر المقالات