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大家都知道压缩弹簧有能量 那么 如果把压簧放入浓酸中瞬间溶解 压簧的能量在哪里呢?


时间:2021-04-17  来源:  作者:[db:作者]  点击次数:


答:弹簧的弹性势能本质上是原子间势能之和。铁压簧被酸溶解后,原子间的势能会转化为原子的动能,使得溶液的平均温度略有升高。

这种情况下,能量必须守恒,压缩弹簧具有弹性势能。弹簧溶解后,弹簧的弹性势能将不复存在,所以原弹性势能的能量必然以另一种形式存在。

我们考虑弹簧压缩的微观机理。对于铁弹簧来说,许多铁原子通过原子间的力连接在一起。正常情况下,相邻原子间的合力近似为零,没有内应力;随着原子(或分子)之间距离的变化,原子间的作用力和势能也会发生变化:

(1)距离缩短,相邻原子(分子)之间出现排斥;

(2)距离较远,相邻原子(分子)表现出引力;

(3)如果原子(原子)之间的距离远到一定程度,那么原子之间的势能趋近于零;

当弹簧没有被压缩时,组成弹簧的原子之间的总作用力为零。弹簧压缩时,弹簧的能量存在于原子之间的势能中。这时,弹簧被固定并溶解在酸中。当具有原子势能的单个原子被分离时,势能会提高原子的速度。当铁原子的所有势能都释放为原子的动能时,就会表示为溶液的热能,因为热能的本质是微观粒子的热运动。

如果我们有一个精密的测温仪器,安排两个相同的弹簧,一个不压缩,另一个用足够的弹性势能压缩固定,然后分别溶解在酸中,压缩弹簧的溶解会释放更多的热能,使溶液的平均温度高于另一个。

我的内容到此为止。喜欢我们文章的读者,记得点击我们的——阿尔伯特史密斯!

这是一个脑洞问题。请不要为有独创性的学生做实验。非常危险。不要模仿他们!

现实中的例子

再小再精致的弹簧,再强的酸,如果真的按照这个思路去实验,弹簧的腐蚀也不会均匀发生!

最大的可能是弹簧中某个应力集中点会先被腐蚀,造成冲蚀。那么,以这一点为原点,弹簧就会断裂,弹簧中储存的大部分弹性势能就会以动能的形式突然释放出来!简单来说就是——酸溅脸!

觉得可以顺便变脸的同学可以试试。但是其他任何同学,请不要模仿和尝试。

理想中的实验

既然你的愿望是如果,那就开始纯思想实验吧。

首先你要感谢麦克斯韦,他给了我们这个实验的所有理论基础。

很简单,我们把这个弹簧分为宏观物体和微观分子部分。弹簧的弹性势能可以理解为小分子尺度上化学键的扭曲。当然,这不是原子间的事。除非你是超人,否则你永远无法通过扭簧达到原子之间的距离。

在弹簧的微观结构中,我们可以认为大量的化学键发生了扭曲,表现为宏观层面上的整体弹性势能。

那么当弹簧进入浓酸,瞬间被腐蚀,所有扭曲化学键的势能都会释放出来,因为宏观的物体不再存在,但是分子在,所以系统中——的能量增加可以表示为酸溶液的整体温升。

到底可以升高多少?

有些同学不满意,觉得不可能,那我们算算吧。

假设这种理想状态下的弹簧在举起10kg重物后可以拉伸0.1m,k=100n/0.1m=1000n/m。

Q=0.5*k*x^2=0.5*1000*0.1^2=5J

为了计算方便,我们根据水的比热容4200J/(K*kg)计算了这种绝世酸的比热容。

用这一升浓酸,弹簧——的整体温度(相对于无应力弹簧)提高了0.0012K!

根据目前灵敏度为0.001的高精度应时温度计,很难检测到温度变化。

结语

,有脑洞就好。请不要尝试。这只猫买不起。

我是猫先生,欢迎关注,感谢阅读。

不要试图用这么简单的假设推翻能量守恒定律。

看问题,不要只看表面

,把压缩的弹簧放到浓酸中,弹簧瞬间溶解(假设可以做到),弹簧的能量哪里去了?

简单说:跑到浓酸中了,转化为浓酸的热能了,只不过转化的热能非常不明显,很难直接观察到这种转换!

被压缩的弹簧具有弹簧势能,这只是宏观上来看,体现在微观上就是单个铁原子的势能。当弹簧被溶解时,这种势能就会让铁原子获得速度,继而铁原子的动能就会“搅动”浓酸,转化为浓酸的热能。

事实上,没有什么所谓的“瞬间溶解”,无论多么快都会有一个过程!

而恰恰是问题中的“瞬间溶解”,给人造成了一种错觉,会让人误认为弹簧的势能凭空消失了。无论多么强烈的浓酸,溶解弹簧都有一个时间过程,我们只需要把这个时间过程(即使是瞬间)慢镜头回放就能理解了!

所以,不要用“瞬间”两字来迷惑人,只要有时间,就有过程,只不过是时间长短罢了!不可能不需要任何时间就能溶解!

如果非要假设不需要任何时间来溶解弹簧,这种假设就没有意义!

大家都知道被压缩的弹簧具有能量。那么把被压缩的弹簧放入浓酸中,假设瞬间溶解,那被压缩的弹簧所具有的能量跑哪去了?

我们在按压弹簧时,就会使弹簧产生一定的形变,而弹簧拥有恢复原先状态的趋势,就像处在高处的小球一样,即使被线吊起,也会拥有下落的趋势一样,这种物体本身具有的能够使其本身发生位移的趋势,我们称之为这个物体具有势能。处在高处的小球具有的是重力势能,而被压缩的弹簧具有的是弹性势能。


对于弹性势能来说,其产生的基础是物体发生了弹性形变,之所以加“弹性”二字,是指在外力作用下虽然物体表面发生了形态的变化,但拥有恢复的趋势,如果外力撤除,物体就能够恢复原先的状态,这与地板被铁球砸一个坑有着本质的区别,地板被砸出坑,则属于非弹性形变,因为外力撤除以后不能恢复原来的面貌。


由于具有弹性形变的物体各组成部分之间,存在着弹性力的相互作用,因此弹性势能必须以物体具备弹性力为前提,是物体各组成部分之间弹性力综合作用下的势能总和,比如弹簧、气体、弓弦等等,都可以通过对其做功使其压缩或者拉伸,其以原始状态为基础增加的弹性势能,等于向该系统做功输入的能量。


我们在计算一个物体的弹性势能时,可以应用一个公式来进行表达:即W=1/2*k*X^2,其中k为这个物体的弹性系数,X为形变程度,当然X的值不能超过这个物体的形变极限,否则这个公式就不成立了。当这个物体的弹性势能做正功时,即通过势能的释放,对外界物体产生做功,这样物体所具备的弹性势能减少。反之,当弹性势能做负功,即外界对弹性物体做功,则就会增加物体的弹性势能。


那么,从微观层面,我们在看待弹簧所具有的弹性势能时,可以理解为铁原子与铁原子间的化学键因压缩或者拉伸而发生一定的扭曲,那么每个铁原子就都会拥有一定的弹性势能,从而在宏观上表现为物体发生了形变。当弹簧处在外力的固定之下,每个铁原子都具有弹性势能,它们的和则是整个弹簧所具备的弹性势能,这个总的弹性势能和,则等于外力对弹簧所做的功。


如果我们把固定后的弹簧放到浓酸中,会发生什么样的变化呢?首先,在弹簧外层的铁原子,会与浓酸分子发生剧烈的化学反应,生成酸性盐溶于酸液之中,那么,这部分铁原子本身所具有的弹性势能,肯定不会平白无故地消失,按照能量守恒定律,一定会转化为其它形式的能量,因为能量和物质是统一的,所以这个能量的载体一定是被剥离出去的铁原子最终的形态,即转化为游离铁原子的内能,接着在酸液的快速氧化反应中,转化为酸性盐和酸液的内能。

从分子层面看,所具有的内能体现在两个方面,一个是平均动能,另外一个是平均势能,在没有变换空间的情况下,我们可以假定酸液分子层面的平均势能基本不变,那么内能的增加,就会使得分子的平均动能出现一定的提升,粒子运动就会越剧烈,从而体现出酸液的整体温度会有微弱的增加。如果放入的弹簧足够大、并且有灵敏度非常高的测温仪,在扣除铁与酸液反应生成热量的基础上,有可能测会出这种势能转化带来的温度微弱变化来。


当然,由于弹簧在组成结构上不可能完全做到均匀化,而且在弹簧压缩的时候也不可能实现应力的完全平衡分布,因此,当它完全浸入酸液中时,与浓酸的反应也不可能是完全均匀的,因此势必会存在着弹簧的不同部位,出现酸解快慢的情况。比如物质数量最小、应力最集中的部位会率先发生断裂,那么以此为中心,两侧的弹簧都会在极短的时间内,将原本蓄积的弹性势能完全转化为动能,从而引发浓酸的剧烈扰动甚至迸溅,而动能的最终归宿,也会转换为酸液分子的内能,推动酸液温度的微弱提升。


如果再深追一点,酸液分子所提升的这么一点分子内能,最终也会在热传导、热对流以及热辐射的共同作用下,将能量传递到空气之中,为增加空气分子内能作出绵薄的贡献。正是空气分子内能的变化整体效应,才推动形成了地球上的水汽循环、物质流动、保温机制等等全球性的物质和能量转化途径,从这方面看,这与一滴水和大海的关系大同小异。

最后再提醒一下大家,这种实验除了专业实验人员、以及拥有专门的实验场所外,不要轻易去尝试,一方面铁与浓酸反应较为剧烈,会释放大量气体和热量,另一方面弹簧与酸液发生反应之后,会在一段时间之后出现断裂,从而有可能使酸液从容器中迸溅出来,因此如果操作不慎,极易引发身体被酸液或者热量灼伤的危险。即使专业人员做这个实验,也要做好必要的防护措施。

压个弹簧能压缩原子间距?快他么别扯淡了。第一,这个提问的朝巴提问就问错了,不可能瞬间溶解的,所以他这个假设就违背了基本的化学规律,所有基于他这个假设的回答都是错的。正常来说,弹簧不会瞬间溶解,所以在弹簧溶解的过程中,当弹簧承受不住的时候会断,当断的一瞬间等于是炸开,会搅动容器里的液体流动,所以弹簧的势能就转变为了液体的动能,就这么简单

弹簧被压缩,就意味着它存储了比较大的弹性势能,或者说压缩的弹簧内部存在了很高的应力,而且这种应力是拉应力。当弹簧被腐蚀时,被腐蚀的地方应力会瞬间释放,导致金属原子被快速“弹”到溶液中,动能增加。这个过程就像是一个拉伸的弹弓,瞬间把“子弹”弹出。不过这里的“子弹”是金属原子。在这个过程中,弹簧的弹性势能转化为金属粒子的动能,总质量保持不变。


当然了,实际情况中,弹簧不可能瞬间被腐蚀。所以弹簧的弹性势能也不可能会全部转化为溶解原子的动能,而是弹簧在边腐蚀变释放弹性势能。如果按压弹簧的地方先腐蚀断裂,那么弹簧整个就会瞬间恢复形变,应力释放,结果解释把浓酸“弹”的到处都是。所以现实中,我们万不可做这个实验,否则就是no zuo no de。


其实,弹簧在腐蚀后释放应力的过程,和鲁伯特之类释放应力的过程差不多。鲁伯特之泪本身也存在巨大应力,当通过敲击把尾部击碎之后,鲁伯特之泪的应力立马得到释放,整个物质被“弹碎”。弹簧被压缩后腐蚀的过程,也会伴随着应力的释放。虽然这种释放不会像鲁伯特之泪一样强烈和彻底,但微观上应力却是使得被溶解的原子动能增加。

总之不论怎么样,能量都是守恒的。弹簧既然被压缩具有弹性势能,那么它总会释放出来。而腐蚀,就是一个释放途径。

被压缩的弹簧,实际上是弹簧内铁原子发生位置改变,宏观上是压缩弹篑。微观上是弹簧内部铁原子位置的改变。像是许多被压缩的微小弹簧。当用酸溶解弹簧时,微小弹簧被破坏。铁原子获得弹力,运动得比正常时较快,使溶液温度比正常时稍有升高。压缩弹簧的弹力势能转变成了热能。符合能量守恒定律。

这是属于物理化学学科, 弹簧的势能在液体里瞬间释放,能量会觉动液体,转化为液体的内能。液体温度会升高。这个问题可以原封不动的出现在教材习题里,计算液体升高的温度,当然要知道液体的体积和比热,还有储存的势能所做的功。

另外浓硫酸和铁反应,也会释放能量造成升温。而且用工业最强硫酸98%也不能快速溶解弹簧,浓度增加会增强氧化性,但不能大幅增加反应速度。

弹簧只有不断往复运动才能产生能量。是压住,原来就没有能量,怎么去寻找?你把压力和作功混为一谈了,在力的作用下作功才能产生能量。

压力,不是能量。被压缩的弹簧并没有能量,只是受到一个压力,弹簧有一个反弹力即反作用力。作用力和反作用力大小相等方向相反,作用力和反作用力的合力为零。

不要说是弹簧,就是一根铁丝,上面压上东西,虽然没有被压缩,仍受到了压力,铁丝有一个反作用力。弹簧受到压力被压缩,同时弹簧底部又把这个压力压在容器底部,因此是不存在的能量问题的。

把弹簧放入浓酸中,迅速溶解,压力也随即消失。

先不说你你的一瞬间是多久,这种假设能否实现,是不是符合现实问题。

先按照可以实现咱们解释下:你听说过能量的来源是什么吗?质能方程e=mc2(e是能量,m是质量,c是光的速度,2是光速的2次幂),虽然我们一般人难以理解,但爱因斯坦的这个质能方程可以告诉我们,质量如果为0那么能量也就成了0,也就意味着没有质量就没有了能量。(当然这里弹簧没了,其实质量还在,因为被酸腐蚀掉了,实际就是参加了化学反应,变成了其他物质。)这样解释其实不对,因为质量没丢失,所以你的假设也不成立,不可能有酸能一瞬间将弹簧全部消失。

咱们再从现实的角度分析能量去处,其实你压迫弹簧,弹簧就会有形变,然后把能量一部分变成内能储存在弹簧分子里面,一部分变成了形变的弹性势能。你说的酸就算再强,可在人类眼睛捕获的范围内达到一瞬间,但实际化学反应都是需要过程的,不可能整个弹簧所有分子都和酸同时反应,因此在反应的过程中,当弹簧某个部位达到弹性势能所能破坏的程度,势能就会发挥,作用给酸液和其它分子,转化成内能、动能,动能再在酸里面化为内能,结果就是全部变成了酸液以及化学反应产物的内能。所以能量并未消失。


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