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2 Masse und Materie

Masse

Masse ist eine physikalische Größe, die die Trägheit von Materie beschreibt. Ein Gegenstand mit einer großen Masse lässt sich schwerere bewegen als einer mit einer kleineren Masse. Der Gegenstand mit der großen Masse ist also träger.
Masse lässt sich in einigen Fällen berechnen:
Dabei ist die Dichte eines Materials. Dichte hat in SI-Einheiten die Einheit .
ist das Volumen der betrachteten Masse. In SI-Einheiten hat es die Einheit .
@Masse @Dichte @Volumen

Was ist Materie?

Alles um uns herum besteht aus Atomen und Molekülen. Ein Molekül ist eine Kombination aus miteinander fest verbundenen Atomen.
Alle Atomsorten, die es auf der Welt gibt, sind im sogenannten Periodensystem (www) aufgelistet. Auf dieser Seite lassen sich Periodensysteme in verschiedenen Auflösungen herunterladen.
Im Periodensystem sind alle bekannten Atomsorten nach ihrem Gewicht und nach chemischen Eigenschaften geordnet. Mehr dazu erfahren Sie in der Atomphysik (Klassenstufe 13.1).
@Periondensystem

Aggregatzustände

Materie gibt es in ganz unterschiedlichen Formen und mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften, hart, weich, flüssig, gasförmig ... .
Fest, flüssig und gasförmig sind sogenannte Aggregatzustände der Materie. Die Aggregatzustände hängen natürlich auch von den Atomen und Molekülen ab. Wenn Atome oder Moleküle kaum etwas voneinander "merken" und weit voneinander entfernt sind, dann liegt gasförmige Materie vor. Wenn Atome oder Moleküle zwar nah aneinander haften, aber noch beweglich sind, dann liegt eine Flüssigkeit vor. Man sagt Flüssigkeiten haben zwar keine feste Form, aber sie sind auch nur sehr schwer komprimierbar. Wenn alle Atome oder Moleküle fest mit dem nächsten nachbarn verbunden sind, dann liegt ein sogenannter Festkörper vor.
@Aggregatzustände

Masse ist eine Erhaltungsgröße

Das heißt, dass Masse nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sie kann nur ihre "Form" ändern.
Es gibt manche Extremfälle in der Kernphysik, in denen diese Aussage etwas verallgemeinert werden muss. Es ist tatsächlich möglich aus einem Elementarteilchen und seinem Antiteilchen einen Energieblitz zu machen, oder dass aus sehr viel elektromagnetischer Energie ein Teilchen-Antiteilchen-Paar entsteht. Laut Einstein gibt es einen Zusammenhang zwischen Masse und Energie: E= m · c² . Das heißt in solchen Fällen kann zwar Masse scheinbar verschwinden, aber sie verwandelt sich dann in eine entsprechende Menge an Energie.
In unserer makoskopischen Welt ist Masse aber grundsätzlich eine Erhaltungsgröße.

Aufgaben

  1. Festkörper
    1. Wie schwer ist ein 1-Cent-Stück?
    2. Wie viel Atome sind in einem 1-Cent-Stück?
    3. Wie weit sind diese Atome voneinander entfernt?
    4. Wie groß ist der relative Abstand: (d.h. Atomabstand/Atomdurchmesser)
Material dazu

  1. Flüssigkeit
    1. Welchen Durchmesser hat ein (Standard-) Tropfen Wasser?
    2. Wie viel Wassermoleküle sind in einem Tropfen Wasser?
    3. Wie weit sind diese Moleküle voneinander entfernt?
    4. Wie groß ist der relative Abstand: (d.h. Molekülabstand/Moleküldurchmessers)
Material dazu

  1. Gas
    1. Wie schwer ist ein Kubikmeter Luft bei 20°C?
    2. Wie viel Luftmoleküle sind in einem Kubikmeter Luft bei 20°C?
    3. Wie weit sind diese Moleküle voneinander entfernt?
    4. Wie groß ist der relative Abstand: (d.h. Molekülabstand/Moleküldurchmessers)
Material dazu

  1. Es heißt, dass Masse eine Erhaltungsgröße ist. Wo bleibt die Masse von einem Stück Holz, wenn es verbrennt?

Fazit

Die Ergebnisse der Aufgaben 1-3 lassen einen tieferen Blick auf die verschiedenen Aggregatzustände von Materie zu:

  • Bei einem Festkörper, wie dem Centstück, ist der mittlere Abstand der Atome etwas kleiner, als der Durchmesser eines einzelnen freien Atoms. Durch die jeweils vorhandene chemische Bindung "rücken die Atome bzw. Moleküle also ein Stück zusammen".
  • Bei Flüssigkeiten, wie beim Wasser, ist der mittlere Abstand der Moleküle etwas größer als der Durchmesser des Moleküls. Die Moleküle können sich also frei in alle Richtungen drehen, wenn sie sich aber in eine Richtung bewegen, dann stoßen sie sofort an den nächsen Nachbarn.
  • Die Moleküle in einem Gas liegen so weit auseinander, dass sie sich in jede Richtung relativ weit frei beegen können, ohne mit einem anderen Molekül zusammenzustoßen.