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一杯水溶解多少鹽

圖文 更新时间:2024-08-07 20:17:46
綜述

如果現在問你一個問題,一斤鹽溶于一斤水,最後得到的鹽水應該重多少,你也許第一反應就會想,答案肯定不是兩斤這麼簡單,否則也不會特别問出來,事實上也确實不是兩斤,正确的結果是少于兩斤。

但是為什麼會這樣呢?直觀上看,一斤物質加上一斤物質,總重應該就是兩斤才對,這麼鹽溶于水就要少于這個數呢?要想回答這個問題,我們必須要回顧一些重要的物理知識,那就是質量的定義和能量守恒的定律。

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物質的質量

質量是一個非常經典的物理量,它衡量的也就是物質的總量,物理學上會将這個屬性分成兩種,一個叫做慣性質量,另一個叫做引力質量,要完整地描述某個物體或者某種物質的質量,必須要把這兩個方面都涉及到。

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什麼叫作慣性質量呢?慣性我們都知道,它具體表現為物體在運動過程中所産生的一種力,而慣性質量指的就是物體能夠在這種力的作用下依然保持原有的運動狀态,它不對物體運動的速度産生影響。

這個概念最初是由牛頓在他的《自然哲學之數學原理》中提出的,而且明确表示,慣性産生的力與這個物體本身所具有的物質總量之間是正相關的關系,質量越高,慣性也就越大。

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引力質量也來自牛頓的理論,在建立萬有引力定律時,他将這個概念引入了整個體系當中,但是這裡的引力不隻是我們常規上理解的地心引力,而是廣泛存在于各種物體之間的引力作用。

這種作用會在物體的周圍形成一種引力場,并且對物體的質量産生一定的影響,如果進一步細分還可以分出主動引力質量和被動引力質量。

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當然,在他最早提出這些理論的時候,還是受到了不少質疑的,比如在對質量這個概念本身的定義上,一些研究者認為牛頓沒有區分清楚質量和密度,在此基礎上做的很多推論都是有問題的。

當然,我們知道牛頓的物理研究奠定了經典力學的基礎,他的很多理論框架都成為了後人進一步推進的前提,經過不斷的發展和完善,質量的定義也有了更細的區分和應用。

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物理研究在使用這個量的時候,一般都會區分具體的背景,如果我們的研究偏向于物質的組成和結構本身的話,那麼質量就應該在分子的維度上理解,質量指向的就是物體所含的物質數量的多少。

而如果背景發生變化,比如這個研究對象本身同時具有一些顯著的變化,像是正在産生熱量的情況,那麼此時的質量也可以與熱量劃上等号。

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能量即質量

在一斤鹽溶于一斤水的實驗中,其實就同時包含了這兩種情況,首先就這些鹽和這些水來說,我們對它們的質量的描述就可以說是在粒子數量的意義上做的,但是當一斤鹽溶于一斤水之後,卻發生了一個新的變化,要求我們不得不重新理解質量的概念,也就是熱量的流失。

要解釋這個流失的現象,我們還要回顧另外一個重要的物理理論,也就是質量守恒定律,它同時也指出,能量的本質其實就是質量。

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按照這個它所闡釋的規律,特定的物質要想保持質量不變,其實是有條件的,這個條件就是它必須和與外部空間隔絕開來

在我們的認知裡面,物質的隔絕是很難實現的,至少就人類社會來看,我們追求的從來就不是隔絕,而是交流和聯通,隻有實現物質和文化的交換,才能從中創造出新的東西,再把視野放到周圍的自然空間,隔絕也絕非自然狀态。

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即便是看上去與世隔絕的極地地區,實際上也在洋流、大氣甚至生物鍊上與各個地域保持着聯系,可以說,在正常的情況下,一種物質并不會自然和周圍的事物之間形成隔絕,這也就可以推出,物質要想保持自身的質量不變其實并非易事。

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假想的密閉環境

顯然,這種隔絕更多是一種理論上的設定,在物理研究中,為了設定一個參照物,必須要完成這種理論狀态的推演,以對比實際發生的變化,所以會有密閉空間、恒定溫度、恒定壓強這樣的條件要求。

在這種隔絕的實驗環境中将一斤鹽溶于一斤水,即便會有物質的流失,也依然不會離開設定的空間,所以得到的質量總和還是兩斤。

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而如果我們就在一個平常的日子進行鹽水相融的實驗的話,就是完全不一樣的結果了,首先水在接觸空氣的時候,一定會産生蒸發,如果環境溫度稍微高一點,蒸發的量會更大,速度也會更快。

同時鹽在溶于水的時候,其實相當于發生了一個物理反應,這個反應本身是會消耗能量的。

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這個能量要麼來自它自身,要麼來自周圍的環境,總之或多或少會産生一些損耗,或者我們為了讓這個融化發生得更快一些,可能還會直接用熱水,那這種質量的流失也就更明顯了,光是一杯熱水放在那裡散發熱氣,它的質量就已經開始變化了。

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結語

綜上,除非我們在一個隔絕的空間中進行這個實驗,并且最後的質量計算是對整個空間中的物質總和的完整累加,否則一斤鹽溶于一斤水,是怎麼也得不到兩斤的總質量的。

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