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一斤鹽加入一斤水裡重量

圖文 更新时间:2024-09-11 11:36:09
綜述

能量守恒定律告訴我們:能量不會憑空增加,但也不會憑空消失,在此定律的基礎上,如果我們把一斤鹽放進一斤水裡,那最終會有什麼樣的結果呢?

是一斤鹽融入一斤水,最後仍然是一斤帶鹽水;還是鹽的重量和水的重量疊加在一起,得到兩斤重的帶鹽水呢?

從宏觀世界來說,最終無疑是第二種結果,因為任何宏觀世界的現象都要遵循能量守恒定律。可如果從微觀角度來看呢?

一斤鹽加入一斤水裡重量(如果把一斤鹽放進一斤水)1

構成物質粒子沒有發生變化,反而會出現第一種現象。這确實是個非常有意思的問題,今天就讓我們來重點讨論。

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鹽溶于水質量小于其本身之和

一斤鹽溶于一斤水,質量是正向疊加,還是有所減少?這裡我們可以率先給出答案:雙方相容質量會增加,但絕對不可能達到2斤的标準。

看到這裡很多人都比較奇怪,因為根據能量守恒定律來說,兩種能量疊加不過是簡單的算術題,又怎麼會不等于2斤呢?簡單來說,因為能量在轉化的過程中會有損耗。

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我們要明白,不管是鹽溶于水,又或者是其他物質溶于水的實驗,都是很難在完全封閉的實驗條件下進行,即便不看物質本身帶來的損耗,我們想讓一斤鹽在溶于一斤水後得到2斤實驗結果,就必須要保證有個理想化的實驗條件。

也就是說,在把鹽倒入水的過程中,整個系統不能和外界有任何的物質與能量交換。

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舉個最簡單的例子,如果在周圍18度的環境溫度下進行鹽溶于水實驗,那實驗結果可能會在1.4-1.6斤之間徘徊可如果我們在90度的高溫下進行,鹽和水都會被外界溫度蒸發許多,屆時得到的結果可能連1斤都不到。

隻有在整個封閉系統内進行實驗,才能保證其前後質量完全沒有發生變化,其中還包括重要一項環節:即鹽溶于水的溶解過程中放出的熱量擴散不到外界環境中。可是想要達到這種理想化的效果可能嗎?可以肯定的說:絕對不可能!

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一般情況下我們的實驗都是在非封閉系統内完成的,這導緻實驗結果受外界影響很大。

尤其是鹽溶于水的熱傳遞過程中,一旦對外擴散太多,就會導緻系統質量偏離原來條件很多。

還有水汽蒸發速率的降低,這都會影響最終質量,也就是說,一斤鹽和一斤水溶解之後,一定得不到2斤的重量。這是外界條件決定的。

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能量守恒定律雖然正确,但同時它也提到了能量在傳遞或交融的過程中會對外發散;這些已經向外傳遞的能量我們沒辦法捕捉回來,進而導緻實驗結果偏離理想化,根本不可能實現1 1=2的效果。

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鹽的種類同樣影響實驗結果

說完了外在影響因素,我們再來講講鹽和水本身在溶解過程中可能造成的“磨損”。

我們都知道,鹽在溶于水後會變成溶液,但這溶液形成的過程卻有很多影響因素,其中就包括了鹽的種類。

如果我們用家裡常用的食用鹽去做該項試驗,那100克水差不多能夠完全容納36克鹽一斤水最多容納180克鹽。那這時候最終的重量是多少呢?180克加500克,一斤水和一斤食用鹽相融産生的重量是650g,遠遠小于2斤的标準。

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但是世界上的鹽是分很多種類的,食用鹽隻不過是鹽類化合物家族中非常小的一個分支,其整個家族包括:碳酸鹽、鐵鹽、正鹽、酸式鹽等等。

其中含有次氯酸銀、氟化銀和硝酸銀的工業鹽溶解度就非常高。其中氯化銀可以做到每升水溶解1800g,甚至超過了2斤。

這時候我們去用1斤水溶解1斤鹽,就能得到2斤的結果。

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但這仍然是理想化的結果,理由我們在上文中也提到過:在非封閉式的實驗環境中,系統物質總會對外釋放能量。所以該結果或許會無限趨向于2斤,但絕對不可能達到兩斤的水平。

況且氯化銀在融入水的過程中會對外持續放熱,這意味着它在整個實驗過程中會不斷對外消耗能量;這部分能量我們用肉眼很難去觀察到,如果借助實驗器材的話,會發現它正以電磁波的形式對外釋放。

等到實驗結束後,已經有部分能量擴散出去,實驗結果自然會小于2斤。

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可能會有人好奇,為何能量的擴散會影響質量結果呢?這就得提到物理大神愛因斯坦在世時提到的一種理論——“質能等價理論”。

愛因斯坦曾在的1905年發表過4篇極具開創性的論文,最後一篇就是關于質能等價理論的闡述,用以補充狹義相對論中存在的不足。

我們無需了解該理論有多複雜,總之要明白:愛因斯坦通過公式統一了質量和能量。當能量對外擴散時,質量也會随之不斷降低;質量和能量本就是物質的兩面,雙方之間可以用等價方程來表示。在質能等價理論的影響下,一斤鹽溶于一斤水,絕對不可能達到2斤的标準,這就是最終結論。

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結語

其實說白了,質量和能量本就是同一屬性的東西,有質量的物質一定有能量,反之也可以成立。而在我們進行鹽溶于水的實驗過程中,物質能量會不受控制對外擴散,進而導緻其總質量也在不斷降低;這是物理現象決定的實驗結果,我們對此無法更改。

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