¿La masa cambia con la temperatura?

En casi todos los libros de texto introductorios de química y física, la respuesta a esto es que la temperatura no tiene absolutamente ningún efecto sobre la masa. En situaciones normales y con precisión normal, la masa no cambia por completo cuando agrega energía a un sistema. En la práctica, la masa que mide puede cambiar bastante cuando cambia la temperatura de un sistema, a menos que tenga mucho cuidado. El aumento de la temperatura aumenta la presión de vapor, lo que acelera la desgasificación y la evaporación, lo que reduce la masa del objeto de interés (al tiempo que aumenta la masa de la atmósfera). También es más probable que provoque reacciones de oxidación, que aumentan la masa de su objeto (a expensas de cierta masa en la atmósfera).

Por supuesto, incluso la afirmación de que la temperatura no tiene efecto sobre la masa no es estrictamente cierta. La energía es solo una forma diferente de masa, y agregarla a un sistema cerrado para aumentar la temperatura aumentará la masa del sistema. La cantidad es muy pequeña para los sistemas típicos: calentar 1 kg de agua en 1 grado requiere aproximadamente 4 kJ. Esto corresponde a un aumento de masa de [matemática] 4 \ cdot 10 ^ {- 17} [/ matemática] kg (usando [matemática] m = E / c ^ 2 [/ matemática]), mucho más allá de la precisión que podría medir .

Como dijo Loring Chien, a todos los efectos prácticos, la masa no cambia a medida que agrega calor. Si está pensando que el material se expande cuando se calienta y, por lo tanto, su masa aumenta, entonces eso es incorrecto. Es solo que las moléculas están un poco más separadas.

Si está preguntando acerca de la masa relativista, entonces sí, hay un aumento muy, muy pequeño en la masa. Pero preguntaste si era medible. Dudo que haya instrumentos que puedan medirlo, así que no. Podrías calcularlo en función de [matemáticas] E = mc ^ 2. [/ matemáticas] De hecho, hazlo. Calcule cuánto aumentaría la masa cuando le agregue una cantidad de calor y regrese y díganos qué tan pequeña es. Eso sería muy interesante.

Hablemos de “peso” en lugar de masa para empezar.

Las cosas calientes ciertamente pesan más que las frías. Si hierve una tetera con agua, el peso del agua es mayor en e = mc ^ 2, donde e es la energía eléctrica utilizada para calentar el agua. Por supuesto, en la práctica esto es muchas, muchas veces demasiado pequeño para medirlo.

Si toma esta agua caliente e intenta acelerarla, también encontrará que se necesita un poco más de energía para acelerar que el agua fría, lo que de nuevo es consistente con que pese más.

Si esta pregunta hubiera aparecido en Quora en 1970, simplemente se podría decir que la masa de la cosa caliente aumentó y todos asintieron. No es necesario usar palabras de comadreja como “peso”.

Pero alrededor de ese tiempo, las ecuaciones de SR fueron reinterpretadas de una manera que definió “masa” como “masa en reposo”, no “masa en reposo más masa relativista”. La “masa” adicional deriva de una mayor energía cinética. Entonces la masa ya no aumenta con la temperatura. En teoría al menos. En la práctica lo hace.

Si tienes una escala lo suficientemente fina, entonces sí.

1 kg de agua calentada de [matemática] 0 ^ 0 [/ matemática] C a [matemática] 100 ^ 0 [/ matemática] C, tiene su contenido de energía cambiado en [matemática] 4.2 * 10 ^ 5 [/ matemática] J. El cambio equivalente en masa sería [matemática] 4.2 * 10 ^ 5/9 * 10 ^ 16 [/ matemática] kg.

Entonces sí, la masa cambia, pero a todos los efectos prácticos, no importa.

Sí, en un marco de referencia donde el momento total del objeto compuesto es cero, entonces [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática], y eso incluye energía térmica.

Entonces, absolutamente, la energía térmica es parte de la masa (en reposo) de un objeto compuesto, similar a cómo la energía de unión de los quarks dentro de los protones y los neutrones constituye la mayor parte de su masa. La energía térmica es muy, muy, muy pequeña, así que no, no se puede medir como masa.

Un poco sorprendido por las respuestas incorrectas, aquí …

Simplemente no hay otra regla que la distinción de impulso, que limita la masa. Por ejemplo, la masa de un protón libre es de 938.3 MeV, un neutrón libre de 939.6 MeV, pero la masa del deuterón (que consiste en un neutrón y un protón) es de solo 1875.6 MeV, que, dividido por dos, sería menor que un protón o un neutrón, debido a la pérdida de masa por la liberación de energía de unión. Esta energía se libera al “disparar” un fotón, que solo tiene impulso. El deuterón obviamente obtiene el impulso opuesto, pero su masa se mide en su marco de descanso.

Todos los tipos de energía, que no son parte del impulso total, dentro de cualquier colección de partículas que juntas formen un objeto compuesto, son parte de su masa (en reposo).

Entonces, la masa de un arco sin cuerda es un poquito más pequeña que la de un arco con cuerdas, y la masa del té caliente es un poco más grande que la del té frío. Y no, no es solo la masa relativista.

Como la masa y la energía son “lo mismo” en cierto sentido, agregar energía a algo debería aumentar su masa. Sin embargo, la cantidad de energía de la que estamos hablando (por ejemplo, suficiente para vaporizar el diamante) se convertiría en una pequeña cantidad de masa, y no sería medible.

Sí, en un marco de referencia donde el momento total del objeto compuesto es cero, entonces E = mc 2, y eso incluye energía térmica . La energía térmica es muy, muy, muy pequeña, así que no, no se puede medir como masa .

Sí, la masa cambia pero se cuenta como insignificante.

Ninguna masa puede cambiar con la temperatura, sí, puede cambiar su forma, su estado de líquido sólido o gas. Pero la masa es una cantidad constante, pero si pasamos por la teoría de la relatividad, la masa cambia con la velocidad del objeto. Pero la masa en reposo será constante b

No, no es una cuestión práctica.

El tamaño puede cambiar a medida que se expande o contrae, pero eso cambiaría la densidad, no la masa. El cambio de temperatura no destruye ni crea átomos.

En un sentido relativista, el cambio de energía puede cambiar un poco la masa, pero nunca se podría saber.

No. Pero la densidad sí. Las sustancias se expanden cuando se calientan, aumentando su volumen relativo, por lo que su densidad disminuye.