Ποια εξίσωση δείχνει τη διατήρηση τόσο της μάζας όσο και της φόρτισης;
1. Χημικές αντιδράσεις:
* Διατήρηση της μάζας: Η συνολική μάζα των αντιδραστηρίων πρέπει να ισούται με τη συνολική μάζα των προϊόντων. Αυτό αντιπροσωπεύεται από την ισορροπημένη χημική εξίσωση, όπου ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου είναι ίσος και από τις δύο πλευρές.
* Διατήρηση της χρέωσης: Το συνολικό φορτίο των αντιδραστηρίων πρέπει να ισούται με το συνολικό φορτίο των προϊόντων. Αυτό εξασφαλίζεται με την εξισορρόπηση των χρεώσεων και στις δύο πλευρές της εξίσωσης.
Παράδειγμα:
Η αντίδραση του νατρίου (Na) με χλώριο (CL) για να σχηματίσει χλωριούχο νάτριο (NaCl):
2na + cl₂ → 2nacl
* Διατήρηση μάζας: 2 Άτομα του μορίου Na + 1 του CL₂ =2 μόρια NaCl.
* Διατήρηση φόρτισης: 2 na⁺ (θετική φόρτιση) + 2 cl⁻ (αρνητικό φορτίο) =0 (ουδέτερο φορτίο)
2. Πυρηνικές αντιδράσεις:
* Η ισοδυναμία μαζικής ενέργειας (εξίσωση του Αϊνστάιν): E =mc², όπου e είναι ενέργεια, m είναι μάζα, και c είναι η ταχύτητα του φωτός. Αυτή η εξίσωση δείχνει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι εναλλάξιμα.
* Διατήρηση της χρέωσης: Το συνολικό φορτίο των αντιδραστηρίων πρέπει να ισούται με το συνολικό φορτίο των προϊόντων.
Παράδειγμα:
Η πυρηνική σχάση του ουρανίου-235:
¹²3⁵u + ¹n → ⁴bba + ⁹²kr + 3¹n
* ισοδυναμία μαζικής ενέργειας: Κάποια μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια (απελευθερώνεται ως κινητική ενέργεια των προϊόντων).
* Διατήρηση φόρτισης: 92 Πρωτόνια σε ¹²³⁵u + 1 πρωτόνιο σε ¹n =56 πρωτόνια σε ⁴⁴ba + 36 πρωτόνια σε ⁹²kr + 3 πρωτόνια σε 3¹n.
3. Φυσική σωματιδίων:
* Διατήρηση του αριθμού βαρύων: Ο συνολικός αριθμός βαρύωνων (πρωτόνια και νετρόνια) πρέπει να παραμείνει σταθερός.
* Διατήρηση του αριθμού Lepton: Ο συνολικός αριθμός των λεπτών (ηλεκτρόνια, μιόνια και Taus) πρέπει να παραμείνει σταθερός.
Σημαντική σημείωση: Ενώ αυτά τα παραδείγματα παρουσιάζουν τη διατήρηση τόσο της μάζας όσο και του φορτίου, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι σε ορισμένα σενάρια, όπως οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων στη φυσική υψηλής ενέργειας, η μάζα μπορεί να μην διατηρείται αυστηρά, καθώς μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια.
Συμπερασματικά, ενώ μια ενιαία εξίσωση δεν υπάρχει για να ενσωματώσει τη διατήρηση τόσο της μάζας όσο και του φορτίου, οι αρχές της διατήρησης εφαρμόζονται σε διάφορους τομείς της φυσικής, εξασφαλίζοντας ότι αυτές οι θεμελιώδεις ποσότητες παραμένουν σταθερές σε διαφορετικές διαδικασίες.
