物質は宇宙を構成する「もの」です-スペースを取り、質量を持つすべてが問題です。
すべての物質は原子で構成されており、原子は陽子、中性子、電子で構成されています。
ワシントン州立大学によると、原子が集まって分子を形成します。分子はあらゆる種類の物質のビルディングブロックです。原子と分子の両方が、化学エネルギーと呼ばれる形状エネルギーによって結合されます。運動しているオブジェクトのエネルギーである運動エネルギーとは異なり、ポテンシャルエネルギーはオブジェクトに保存されているエネルギーです。
物質の5つの段階
物質には4つの自然状態があります。固体、液体、気体、プラズマです。 5番目の状態は、人工のボーズ・アインシュタイン凝縮体です。
固体
固体では、粒子は密に詰まっているため、あまり移動しません。各原子の電子は常に動いているため、原子には小さな振動がありますが、位置は固定されています。このため、固体中の粒子の運動エネルギーは非常に低くなります。
固体は明確な形状と質量および体積を持ち、それらが配置されるコンテナの形状に適合しません。また、固体は密度が高く、粒子が密に詰まっています。
液体
液体では、粒子は固体よりもゆるく詰め込まれており、互いの周りを流れることができるため、液体は不定形になります。したがって、液体はその容器の形状に適合します。
固体と同様に、液体（そのほとんどは固体よりも密度が低い）は圧縮するのが非常に困難です。
ガス
ガス中では、粒子はそれらの間に大きな空間を持ち、高い運動エネルギーを持っています。ガスには明確な形状や体積はありません。閉じ込められていない場合、ガスの粒子は無期限に広がります。閉じ込められている場合、ガスは膨張してコンテナを満たします。容器の容積を減らしてガスを加圧すると、粒子間の空間が狭まり、ガスが圧縮されます。
プラズマ
ジェファーソン研究所によると、プラズマはここ地球では一般的な物質の状態ではありませんが、宇宙で最も一般的な物質の状態である可能性があります。星は本質的にプラズマの過熱ボールです。
プラズマは、非常に高い運動エネルギーを持つ高荷電粒子で構成されています。希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）は、電気を使用してそれらをプラズマ状態にイオン化することにより、光る兆候を作るためによく使用されます。
ボーズ・アインシュタイン凝縮
ボーズアインシュタイン凝縮（BEC）は、1995年に科学者によって作成されました。レーザーと磁石の組み合わせを使用して、コロラド州ボルダーにある共同宇宙物理学研究所（JILA）の科学者であるEric CornellとCarl Weimanが、ルビジウムのサンプルを冷却しました。絶対零度から数度以内。この非常に低い温度では、分子運動は停止に非常に近くなります。ある原子から別の原子に移動する運動エネルギーはほとんどないため、原子は互いに凝集し始めます。もはや数千の個別の原子ではなく、1つの「スーパー原子」だけです。
BECは、巨視的なレベルで量子力学を研究するために使用されます。光はBECを通過するにつれて遅くなるように見え、科学者は粒子/波のパラドックスを研究することができます。 BECには、超流動体、つまり摩擦なしで流れる流体の多くの特性もあります。 BECは、ブラックホールに存在する可能性のある条件のシミュレーションにも使用されます。
フェーズを通過する
物質のエネルギーを追加または削除すると、物質がある状態から別の状態に移行するときに物理的な変化が生じます。たとえば、液体の水に熱エネルギー（熱）を加えると、蒸気または蒸気（気体）になります。そして、液体の水からエネルギーを取り除くと、それは氷（固体）になります。身体の変化は、動きや圧力によっても引き起こされます。
融解と凍結
熱が固体に加えられると、その粒子はより速く振動し始め、より遠くに移動し始めます。物質が温度と圧力の特定の組み合わせ、つまりその融点に達すると、固体が溶け始めて液体に変わります。
固体と液体などの物質の2つの状態が平衡温度と平衡圧力にある場合、システムに追加の熱が加えられても、サンプル全体が同じ物理状態になるまで物質の全体的な温度は上昇しません。たとえば、氷をコップ1杯の水に入れて室温で放置すると、最終的に氷と水は同じ温度になります。氷は水からの熱で溶けるので、氷全体が溶けるまでは摂氏0度のままで、その後温まり続けます。
液体から熱が取り除かれると、その粒子は減速し、物質内の1つの場所に定着し始めます。物質が特定の圧力、凝固点で十分に冷たい温度に達すると、液体は固体になります。
ほとんどの液体は凍結すると収縮します。ただし、水が氷に凍結すると膨張し、分子が離れて密度が低下するため、氷は水の上に浮きます。
水中の塩などの物質を追加すると、融点と凝固点の両方が変わる可能性があります。たとえば、雪に塩を加えると、道路で水が凍る温度が下がり、ドライバーにとって安全になります。
三重点と呼ばれる、固体、液体、気体がすべて同時に存在する点もあります。たとえば、水は273.16ケルビンの温度と611.2パスカルの圧力で3つの州すべてに存在します。
昇華
固体が液相を経由せずに直接気体に変換される場合、プロセスは昇華として知られています。これは、サンプルの温度が沸点を超えて急速に上昇する場合（フラッシュ気化）、または物質が真空条件下で冷却することによって物質が「凍結乾燥」し、物質内の水が昇華して除去される場合に発生します。標本、見本。いくつかの揮発性物質は、凍結した二酸化炭素やドライアイスなど、室温と圧力で昇華します。
気化
気化は液体から気体への変換であり、蒸発または沸騰のいずれかによって発生します。
液体の粒子は常に動いているため、頻繁に衝突します。衝突のたびにエネルギーが移動します。十分なエネルギーが表面近くの粒子に移動すると、それらは自由ガス粒子としてサンプルから完全にノックされます。液体は、表面分子に移動してエネルギーを逃がし、それらを逃がすため、液体が蒸発すると冷却されます。
液体に十分な熱が加えられると液体が沸騰し、表面の下に蒸気の泡が形成されます。この沸点は、液体が気体になる温度と圧力です。
結露と沈着
凝縮は、ガスがエネルギーを失い、一緒になって液体を形成するときに発生します。たとえば、水蒸気は凝縮して液体の水になります。
堆積は、ガスが液相を経由せずに直接固体に変化するときに発生します。草の葉などの固体に触れる空気が他の空気よりも冷たい場合、水蒸気は氷または霜になります。
