Tělesa a látky

Co je těžší? Kilo železa, nebo kilo peří?

Komu někdy spadla na nohu železná činka, mohl by si myslet, že kilo železa je mnohem těžší. Ale kilogram a kilogram je stejná hmotnost. Liší se jen objemem.

Bylo by tedy dobré mít nějakou veličinu popisující, jak je něco těžké na jednotku objemu. A právě to je hustota. Značíme ji \rho, má jednotku kg/m³ a spočítá se přesně tak, jak jsme to řekli slovně – hmotnost dělíme objemem.

\rho=\frac{m}{V}

Na rozdíl od hmotnosti je hustota vlastností látek, a proto ji najdeme v tabulkách (např. hustota železa je kolem 7800 kg/m³ ať jde o hřebík nebo tank).

Pokud chceme pomocí \rho=\frac{m}{V} počítat hmotnost nebo objem, můžeme (vztahový trojúhelník) dojít k tvarům m=\rho V a V=\frac{m}{\rho}.

Látky kolem nás existují v mnoha formách. Pro ty nejzákladnější odlišnosti různých forem (schopnost držet stálý tvar nebo objem) se zavádí rozdělení na skupenství. Existují skupenství pevné, kapalné a plynné. Jako čtvrté skupenství se někdy označuje plazma.

Například látka jménem VODA se kolem nás běžně vyskytuje pevném (led), kapalném (voda z kohoutku) i plynném (vodní pára nad hrncem) skupenství.

Kapaliny a plyny označujeme souhrnně jako tekutiny.

Pevné skupenství

• stálý objem (nestlačitelné), stálý tvar a struktura (působením vnější síly ale je možná deformace/rozbití)
• částice látky jsou pevně provázány (vůči sobě se nepohybují, drží „formaci“)

Kapalné skupenství

• stálý objem (kapaliny jsou téměř nestlačitelné), proměnný tvar (přizpůsobuje se nádobě, ve které se nachází), je ohraničené (hladina rybníka, tvar kapky)
• částice látky na sebe slabě působí (ale vzájemně se pohybují)

Plynné skupenství

• snadno mění objem (vnější silou), proměnný tvar (přizpůsobuje se nádobě, ve které se nachází), nemá jasnou hranici
• částice látky se volně pohybují, jsou mezi nimi velké mezery, působí na sebe jen během srážek

Plazma

• skoro stejné jako plyn, ale některé částice jsou elektricky nabité (ionty a elektrony), vede tedy elektrický proud, obvykle svítí
• jde například o blesky, některé typy osvětlení, polární záři, ale i hvězdy nebo mlhoviny
• podle některých kritérií nejde o „opravdové“ skupenství

Pokud látce dodáváme, nebo odebíráme energii (např. ohříváme nebo ochlazujeme), může dojít ke změně jejího skupenství. Jednotlivé změny skupenství jsou znázorněny na diagramu níže:

U přeměny kapaliny na plyn je dobře znám i pojem var. Jde o typ vypařování, kdy se kapalina přeměňuje na plyn v celém objemu (a ne pouze na svém okraji).

Tání, vypařování a sublimace spotřebovávají energii (musíme dodávat teplo). Při tuhnutí, kondenzaci a desublimaci se energie naopak uvolňuje. Tato energie souvisí se samotným procesem přeměny (ne se změnou teploty).

Pokud jde o plazma, to není skupenstvím v pravém slova smyslu, protože mezi plynem a plazmatem není ostrá hranice (změnu na plazma bychom ale mohli označit jako ionizaci plynu).

Magnety na sebe mohou působit magnetickými silami. Ty (podobně jako elektrické síly) mohou být přitažlivé i odpudivé.

Magnet má vždy dva magnetické póly severní a jižní (i kdybychom magnet rozpůlili, budou oba úlomky magnety mít dva póly). Česky se póly označují jako S a J, anglicky jako N a S (north a south). Severní pól může být označen barevně (červeně).

Opačné póly se přitahují a souhlasné póly se odpuzují a to tím víc, čím blíž jsou u sebe.

K magnetům se přitahují železné věci. Používají se tedy například u modernějších kuchyňských dvířek, ve chňapkách na vaření aj. Dále je najdeme třeba v klasických HDD nebo magnetických tabulích. Přírodním magnetem je hornina magnetovec, uměle je vyrábíme například z neodymu, nebo feritů.

Látky kolem nás můžeme dělit podle toho, jak reagují na blízkost trvalého magnetu.

1. nemagnetické – vůbec na magnet nereagují
2. magnetické – těleso se začne přitahovat k magnetu

Nemagnetické jsou všechny kapaliny, všechny plyny a většina pevných látek (guma, plast, dřevo, …). Magnetickými látkami se běžně myslí tzv. feromagnetické materiály. Je jich jen málo, zejména jde o některé kovy (železo, ocel, …), ale zdaleka ne všechny (třeba měď nebo hliník magnetické nejsou).

Na rozdíl od dvou magnetů se těleso z feromagnetického materiálu k magnetu vždy přitahuje. Vlastně se tedy samy stávají magnety, ale jen dočasně – dokud jsou poblíž trvalého magnetu.