Conservation de la masse

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en relativité restreinte, la conservation de la masse ne s’applique pas si le système est ouvert et que l’énergie s’échappe. Cependant, il continue de s’appliquer aux systèmes totalement fermés (isolés). Si l’énergie ne peut pas s’échapper d’un système, sa masse ne peut pas diminuer., Dans la théorie de la relativité, tant que tout type d’énergie est retenu dans un système, cette énergie présente une masse.

En outre, la masse doit être différenciée de la matière, car la matière peut ne pas être parfaitement conservée dans des systèmes isolés, même si la masse est toujours conservée dans de tels systèmes., Cependant, la matière est si presque conservée en chimie que les violations de la conservation de la matière n’ont pas été mesurées avant l’ère nucléaire, et l’hypothèse de la conservation de la matière reste un concept pratique important dans la plupart des systèmes en chimie et d’autres études qui n’impliquent pas les hautes énergies typiques de la radioactivité,

la masse associée aux quantités chimiques d’énergie est trop faible pour être mesuréedit

le changement de masse de certains types de systèmes ouverts où les atomes ou les particules massives ne sont pas autorisés à s’échapper, mais d’autres types d’énergie (comme la lumière ou la chaleur) sont autorisés à entrer ou à s’échapper, est passé inaperçu au cours du 19ème siècle, car le changement de masse associé à l’addition ou à la perte de petites quantités d’énergie thermique ou rayonnante dans les réactions chimiques est très faible., (En théorie, la masse ne changerait pas du tout pour les expériences menées dans des systèmes isolés où la chaleur et le travail n’étaient pas autorisés à entrer ou à sortir.)

la conservation de la masse reste correcte si l’énergie n’est pas perduedit

la conservation de la masse relativiste implique le point de vue d’un seul observateur (ou la vue d’un seul cadre inertiel) car changer de cadre inertiel peut entraîner un changement de l’énergie totale (énergie relativiste) pour les systèmes, et cette quantité détermine la masse relativiste.,

le principe selon lequel la masse d’un système de particules doit être égale à la somme de leurs masses de repos, bien que vrai en physique classique, peut être faux en relativité restreinte. La raison pour laquelle les masses de repos ne peuvent pas être simplement ajoutées est que cela ne prend pas en compte d’autres formes d’énergie, telles que l’énergie cinétique et potentielle, et les particules sans masse telles que les photons, qui peuvent Toutes (ou non) affecter la masse totale des systèmes.,

pour déplacer des particules massives dans un système, examiner les masses de repos des différentes particules revient également à introduire de nombreuses trames d’observation inertielles différentes (ce qui est interdit si l’énergie totale du système et la quantité de mouvement doivent être conservées), et aussi lorsque dans le cadre de repos d’une particule, cette procédure ignore le moment des autres particules, qui affectent la masse du système Si les autres particules sont en mouvement dans ce cadre.,

pour le type particulier de masse appelée masse invariante, changer le cadre d’observation inertiel pour un système fermé entier n’a aucun effet sur la mesure de la masse invariante du système, qui reste à la fois conservée et invariante (immuable), même pour différents observateurs qui regardent le système entier. La masse invariante est une combinaison système d’énergie et de momentum, qui est invariante pour tout observateur, car dans n’importe quel cadre inertiel, les énergies et les moments des différentes particules s’ajoutent toujours à la même quantité (le momentum peut être négatif, donc l’addition équivaut à une soustraction)., La masse invariante est la masse relativiste du système lorsqu’elle est vue au centre du cadre d’impulsion. C’est la masse minimale qu’un système peut présenter, vue de tous les cadres inertiels possibles.

la conservation de la masse relativiste et invariante s’applique même aux systèmes de particules créés par production de paires, où l’énergie pour de nouvelles particules peut provenir de l’énergie cinétique d’autres particules, ou d’un ou plusieurs photons dans le cadre d’un système qui comprend d’autres particules en plus d’un photon., Encore une fois, ni la masse relativiste ni la masse invariante des systèmes totalement fermés (c’est-à-dire isolés) ne changent lorsque de nouvelles particules sont créées. Cependant, différents observateurs inertiels seront en désaccord sur la valeur de cette masse conservée, s’il s’agit de la masse relativiste (c’est-à-dire que la masse relativiste est conservée mais non invariante). Cependant, tous les observateurs s’accordent sur la valeur de la masse conservée si la masse mesurée est la masse invariante (c.-à-d. que la masse invariante est à la fois conservée et invariante).,

la formule d’équivalence masse-énergie donne une prédiction différente dans les systèmes non isolés, car si l’énergie est autorisée à s’échapper d’un système, la masse relativiste et la masse invariante s’échapperont également. Dans ce cas, la formule d’équivalence masse-énergie prédit que le changement de masse d’un système est associé au changement de son énergie dû à l’énergie ajoutée ou soustraite: Δ m = Δ E / c 2 . {\displaystyle \Delta m=\Delta E/c^{2}.} Cette forme impliquant des changements était la forme sous laquelle cette célèbre équation a été présentée à L’origine par Einstein., En ce sens, les changements de masse dans n’importe quel système sont expliqués simplement si la masse de l’énergie ajoutée ou retirée du système est prise en compte.

la formule implique que les systèmes liés ont une masse invariante (masse de repos pour le système) inférieure à la somme de leurs parties, si l’énergie de liaison a été autorisée à s’échapper du système après que le système a été lié. Cela peut se produire en convertissant l’énergie potentielle du système en un autre type d’énergie active, telle que l’énergie cinétique ou les photons, qui échappent facilement à un système lié., La différence dans les masses du système, appelée défaut de masse, est une mesure de l’énergie de liaison dans les systèmes liés – en d’autres termes, l’énergie nécessaire pour briser le système. Plus le défaut de masse est importante, plus l’énergie de liaison. L’énergie de liaison (qui a elle-même une masse) doit être libérée (sous forme de lumière ou de chaleur) lorsque les pièces se combinent pour former le système lié, et c’est la raison pour laquelle la masse du système lié diminue lorsque l’énergie quitte le système. La masse invariante totale est effectivement conservée, lorsque la masse de l’énergie de liaison qui s’est échappée est prise en compte.,

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en relativité générale, la masse invariante totale des photons dans un volume d’espace en expansion diminuera, en raison du décalage vers le rouge d’une telle expansion. La conservation de la masse et de l’énergie dépend donc de diverses corrections apportées à l’énergie dans la théorie, en raison de l’évolution de l’énergie potentielle gravitationnelle de ces systèmes.