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물질의 성질
[편집]물질의 성질에 대한 물리학은 이전에 배웠던 고전역학과는 구조가 좀 다르다. 고전역학 (뉴튼역학)은 시간과 공간의 성질을 가정한 다음 뉴튼의 1,2,3 법칙을 설정하고 이로부터 연역적으로 이론을 전개하였다. 이는 수학의 공리체계와 비슷하다. 반면 물질의 성질에 대한 물리학은 눈에 보이는 자연현상들을 정리하고 실험을 하여 공통적인 법칙들을 찾아내는, 귀납적인 이론 전개가 주가 된다. 물질의 성질에 대한 물리학이 귀납적인 방식을 따르는 가장 큰 이유는 크기의 차이에 있다.
물리 연구의 주체인 사람의 크기는 ~ 정도인데 반해, 물질을 이루는 기본 단위인 원자의 크기는 정도로 사람 크기 정도의 물체에 존재하는 원자의 갯수는 정도이다. 우리가 일상에서 보는 규모의 물질들에는 너무나 많은 원자들이 복잡하게 상호작용을 하고 있어 이를 근본 원리로부터 이해하기는 아주 어렵다. 따라서 일어나고 있는 현상을 관찰, 정리하여 경험적인 식들을 만들고 모아진 여러 정보들을 통계적으로 다루면서 일반적인 원리를 유추하는 방법으로 접근한다.
지구에 사람이 사는 영역에서 흔히 볼 수 있는 물질의 상태는 고체, 액체, 기체가 있으며 전 우주적로 보면 플라즈마 상태, 블랙홀, 암흑물질 등 우리에게 잘 알려지지 않은 물질의 상태가 있다.
고체 : 원자들이 모여 일정한 형태를 이루고 있으며 형태를 변화시키려는 힘에 대해 반발력을 가지고 있다. 원자들이 규칙적으로 배열되어 있을 경우에는 결정형 고체가 되며 비결정질의 경우에는 고체처럼 보이나 액체와 비슷한 성질을 보이기도 한다. (예: 유리는 고체에서 액체로 변하는 상전이가 잘 보이지 않는다.)
액체: 일정한 형태를 가지지 않으며 담긴 용기에 따라 모양이 변한다. 고체와 액체의 차이는 액체는 고체에 비해 형태를 변화시키려는 힘에 대한 반발력이 매우 작다는 점이다 (용수철처럼 처음 모양으로 다시 돌아오려는 성질을 보이지 않음). 기체와는 달리 액체의 분자들은 상당히 가까이 있으며 '표면'을 형성한다.
기체: 액체처럼 일정한 형태를 지니지 않으나 액체와는 달리 표면이 존재하지 않는다. 열린 용기에 담겨있어도 표면을 형성하며 분자간 간격이나 밀도가 크게 변하지 않는 액체에 비해 기체는 열린 용기에 담겨있을 경우 외부로 퍼져나가며 각 분자 사이의 간격은 대단히 멀어질 수 있다.
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