O que é a Lei de conservação da massa – Definição

A Lei da conservação da massa – Conservação da Massa

A lei de conservação da massa  ou o princípio da conservação da massa afirma que a massa de um objeto ou coleção de objetos nunca muda ao longo do tempo, não importa como as partes constituintes se reorganizem.

A massa não pode ser criada nem destruída.

A lei exige que, durante qualquer reação nuclear , decaimento radioativo ou reação química em um sistema isolado, a massa total dos reagentes ou materiais de partida seja igual à massa dos produtos .

Historicamente, os gregos antigos já propunham a idéia de que a quantidade total de matéria no universo é constante . O princípio da conservação da massa foi esboçado pela primeira vez por Mikhail Lomonosov em 1748. No entanto, a lei da conservação da massa (ou o princípio da conservação de massa / matéria ) como princípio fundamental da física foi descoberta por Antoine Lavoisier no final do século XVIII. . Foi de grande importância no progresso da alquimia para a química moderna . Antes dessa descoberta, havia perguntas como:

• Por que um pedaço de madeira pesa menos após a queima?
• Uma questão ou parte dela pode desaparecer?

No caso da madeira queimada, o problema era a medição do peso dos gases liberados . As medições do peso dos gases liberados eram complicadas, devido ao efeito de flutuabilidade da atmosfera da Terra no peso dos gases. Uma vez entendida, a conservação da massa era de importância crucial no progresso da alquimia para a moderna ciência natural da química.

A Lei da conservação da massa na Teoria da Relatividade Especial

No início do século XX, a noção de massa passou por uma revisão radical. A massa perdeu seu caráter absoluto . Um dos resultados impressionantes da teoria da relatividade de Einstein é que massa e energia são equivalentes e conversíveis  entre si. A equivalência entre massa e energia é descrita pela famosa fórmula de Einstein E = mc ² . Em palavras, energia é igual a massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado. Como a velocidade da luz é um número muito grande, a fórmula implica que qualquer pequena quantidade de matéria contenha uma quantidade muito grande de energia. A massa de um objeto era considerada equivalente à energia, interconversível com energia e aumentando significativamente a velocidades extremamente altas, próximas à da luz. A energia total de um objeto foi entendida como compreendendo sua massa em repouso , bem como seu aumento de massa causado pelo aumento na energia cinética .

Na teoria especial da relatividade, certos tipos de matéria podem ser criados ou destruídos , mas em todos esses processos, a massa e a energia associadas a essa matéria permanecem inalteradas em quantidade . Constatou-se que a massa restante de um núcleo atômico é mensurável menor que a soma das massas restantes de seus prótons, nêutrons e elétrons constituintes . A massa não era mais considerada imutável no sistema fechado. A diferença é uma medida da energia de ligação nuclear que mantém o núcleo unido. De acordo com a relação de Einstein ( E = mc ² ), esta energia de ligação é proporcional a essa diferença de massa e é conhecida como defeito de massa .

Durante a divisão nuclear ou a fusão nuclear , parte da massa do núcleo é convertida em enormes quantidades de energia e, portanto, essa massa é removida da massa total das partículas originais e a massa está ausente no núcleo resultante. As energias de ligação nuclear são enormes, são da ordem de um milhão de vezes maiores que as energias de ligação de elétrons dos átomos.

Geralmente, nas reações químicas e nucleares , ocorre alguma conversão entre massa e energia em repouso, de modo que os produtos geralmente têm massa menor ou maior que os reagentes. Portanto, o novo princípio de conservação é  a conservação de energia em massa .

Vide também: Liberação de energia da fissão

A lei da conservação da massa na dinâmica de fluidos

Esse princípio é geralmente conhecido como o princípio de conservação da massa e afirma que a massa de um objeto ou coleção de objetos nunca muda com o tempo, não importa como as partes constituintes se reorganizem. Este princípio pode ser usado na análise de fluidos fluidos . A conservação de massa na dinâmica de fluidos afirma que todas as taxas de fluxo de massa em um volume de controle são iguais a todas as taxas de fluxo de massa fora do volume de controle mais a taxa de mudança de massa dentro do volume de controle. Este princípio é expresso matematicamente pela seguinte equação:

ṁ _in = ṁ _fora + ^∆m ⁄ _∆t

Entrada de massa por unidade de tempo = Partida de massa por unidade de tempo + Aumento de massa no volume de controle por unidade de tempo

Esta equação descreve o fluxo no estado estacionário . O fluxo no estado estacionário refere-se à condição em que as propriedades do fluido em qualquer ponto único do sistema podem mudar com o tempo. O fluxo no estado estacionário refere-se à condição em que as propriedades do fluido ( temperatura, pressão e velocidade ) em qualquer ponto do sistema não mudam ao longo do tempo . Mas uma das propriedades mais significativas que é constante em um sistema de fluxo em estado estacionário é a taxa de fluxo de massa do sistema. Isso significa que não há acúmulo de massa em nenhum componente do sistema.

Vide também: Equação de continuidade

Equação de continuidade

A equação de continuidade é simplesmente uma expressão matemática do princípio de conservação de massa. Para um volume de controle que possui uma única entrada e uma única saída , o princípio de conservação de massa afirma que, para o fluxo em estado estacionário , a taxa de fluxo de massa no volume deve ser igual à taxa de fluxo de massa.

ṁ _dentro = ṁ _fora

Entrada de massa por unidade de tempo = Saída de massa por unidade de tempo

Essa equação é chamada de equação de continuidade para fluxo unidimensional constante. Para um fluxo constante através de um volume de controle com muitas entradas e saídas, o fluxo de massa líquido deve ser zero, onde as entradas são negativas e as saídas são positivas.

Este princípio pode ser aplicado a um tubo de fluxo como o mostrado acima. Nenhum fluido flui através do limite feito pelas linhas de corrente, de modo que a massa só entra e sai pelas duas extremidades desta seção do tubo de corrente.

Quando um fluido está em movimento, ele deve se mover de maneira que a massa seja conservada. Para ver como a conservação de massa impõe restrições no campo de velocidade, considere o fluxo constante de fluido através de um duto (ou seja, os fluxos de entrada e saída não variam com o tempo).

Forma Diferencial da Equação de Continuidade

Uma equação geral de continuidade também pode ser escrita de forma diferencial :

⁺ ⁄ _∂t + ∇. (⍴ ͞v) = σ

Onde

• ∇ é divergência,
• ρ é a densidade da quantidade q,
• ͞ ͞v é o fluxo da quantidade q,
• σ é a geração de q por unidade de volume por unidade de tempo. Os termos que geram (σ> 0) ou removem (σ <0) q são referidos como “fontes” e “sumidouros”, respectivamente. Se q é uma quantidade conservada (como energia), σ é igual a 0.