质量守恒定律说课稿(既然E=mc^2那么我烧了氢气和氧气我就得到了水,里面的原子都没变啊,那么损失的那么一点点质量去哪了
发布时间: 2023-07-17

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既然E=mc^2那么我烧了氢气和氧气我就得到了水,里面的原子都没变啊,那么损失的那么一点点质量去哪了

质能方程是物理过程。氢气和氧气反应生成水是化学反应过程,这个过程和e=mc^2没有关系。楼主应该是想问过程中产生了光和热是质量损失转化而来的吗?这些热和光是由于电子能级跃迁产生的。氧气是两个氧原子共享两个电子形成的稳定结构,氢气是两个氢原子共享一个电子形成的稳定结构。燃烧变成水后,以前的两个氢原子离婚,以前的两个氧原子也离婚,然后这两个离婚后的氢原子都嫁给了氧原子。他们三个一共共享了两个电子。这个过程电子的能级从高能级跃迁到了低能级,产生了光和热。但是原子的个数和类型都没有发生变化,质量守恒。

再补充一下,有些观点认为这个过程产生的能量变化应该符合质能方程,引起了了质量的变化,只是变化量特别小而已。我认为这种观点不对。质能方程是衡量质量和能量之间转化时的量级关系,但是不意味着所有热能都是通过质量转化而来的。在题主的例子里,这些热能是电子的能级跃迁产生的,本质是电子的动能加上电子和原子核之间的势能变化产生的。这个过程每个电子和原子核的质量都没有发生改变,数量也没有改变。因此理论上质量应该是不变的。

再补充一下,谈到质量有没有发生变化,这里说的是必须是静止质量,不然这个问题没法回答。因为质量不是物质的固有属性。物质要获得恒定加速度的力与质量之间不是线性关系。牛二定律仅适用于宏观世界。运动质量和物质的运动速度有关。

核聚变是否违反了质量守恒定律

基本的回答是两点:一,核聚变确实违反了质量守恒定律;二,但是科学界没有人对此感到不安,因为大家都知道,质量守恒定律并不是个精确的定律,能量守恒定律才是精确的定律,由此必然导出质量不守恒的结果。

为了解释清楚这些论述是什么意思,我们首先要明白,目前认为精确的定律是什么样的,也就是说,我们在理论上的出发点是什么。就关于质量和能量的问题而论,目前认为精确的理论是相对论,而牛顿力学是相对论在低速运动下的一个近似。

我们必须强调一下,相对论是精确的,牛顿力学是粗略的。如果你愿意的话,你可以说牛顿力学是错误的,或者说牛顿力学已经被相对论推翻了。也许会有其他一些人表示反对,说牛顿力学并没有被推翻,仍然是一个正确的理论。这两种看似矛盾的说法,其实都不算错。它们实际的意思是一样的,都是说:当速度远远低于光速时,实验结果跟牛顿力学预测的结果在很高的精度内是一致的;而当速度跟光速可以比较的时候,实验结果就会跟牛顿力学的预测结果有显著的偏差。

这里的一个关键思维模式是,在自然科学中,没有绝对精确的理论。当我们说某个理论正确的时候,意思只是它的预测结果跟实验结果在很高的精度内符合。但你永远不能肯定,如果精度进一步提高下去,还会不会符合。

按照相对论,能量跟质量之间存在质能关系:E = mc^2,这里的c是真空中的光速,约等于30万公里每秒。这是个内涵非常丰富的公式,基本的意思是,有一定的能量,就必然对应一定的质量,反之亦然。

好,让我们看看这个公式对化学反应意味着什么。考察一个典型的化学反应,2 H2 + O2 = 2 H2O,氢气和氧气生成水。

液态水的摩尔生成焓是-285.8 kJ/mol,意思就是,在标准条件下(25摄氏度,1个大气压),从氢气和氧气单质生成1 mol液态水(即18克水)放出的能量是285.8 kJ。

这么多能量对应的质量是多少呢?用国际单位制表示,光速c大约是3E8 m/s(3E8表示3乘以10的8次方),光速的平方c^2 = 9E16 m^2/s^2,待求的质量是285.8E3 / 9E16 kg = 31.8E-13 kg = 3.18E-9 g。

2克氢气和16克氧气生成18克水时,质量只减少了3.18乘以10的-9次方克!就比例而言,是1.76E-10,即100亿分之1.76。

这么小的质量变化,你能察觉出来吗?当然不能。甚至如果你专门想要测量这个质量变化,我都不确定目前最先进的测量手段能不能做到。因此,在日常生活中,我们认为质量守恒定律是一个很好的定律。

但是对于核聚变,牵涉的能量变化就大得多了,伴随的质量变化也大得多。

一个典型的例子是,把一个氦原子核(由两个质子和两个中子组成,在自由状态下,质子的质量只比中子低0.14%)跟四个氢原子核(只包含一个质子)相比,质量小了0.8%。也就是说,如果把4个H聚合成一个He,那么质量会减小0.8%。这么大的质量变化,当然就能测出来了!

事实上,正是因为核聚变的质量变化如此之大,所以放出的能量也非常惊人,能量密度比化学反应高一亿倍的量级,恒星才能持续地发光。

太阳

太阳与地球的距离远达1.5亿公里,而地球的半径只有6400公里,这意味着从太阳发出的光,只有大约百亿分之4照到了地球上。这么少的比例,就养活了整个地球生态圈,想想看吧,这就是核聚变的威力!

宇宙超光速膨胀,严重违反质能守恒定律,爱因斯坦错了吗

光速不变原理,爱因斯坦没有错。

在相对论里以光速运动的物体 ,发出的光还是以光速运动,相对论中光速不变是正确的,不用怀疑。万有引力的存在,物体周围的虚粒子向物体的中心方向运动。在忽略万有引力时,宇宙中所有物体以其周围远距离时空的虚粒子作为参照系时,物体与时空虚粒子是相对静止,物质与其周围时空虚粒子等速运动。宇宙中一切的力最终都来源于时空虚粒子的运动,来源于时空虚粒子涨落形成的阴阳,来源于时空虚粒子密度的不均衡。物质在时空运动就像汽车上载的物品一样,物品跟随车子运动,动力来源于汽车 ,汽车是主动方,物品是从动方。

光以时空中的虚粒子为介质进行传播,光的运动以时空虚粒子作为参照系,在虚粒子密度相同虚粒子之间相对静止的时空环境中,光速不变。以光速在宇宙中运动的物体,其周围时空虚粒子也以光速在时空中运动,从这物体发出的光以这物体周围的时空虚粒子为传播介质,相对这物体光速在各个方向上的速率相同,光速不受其发光物体的运动速度影响,不管其发光物体的运动速度的快慢,光速与其发光物体的相对速度不变。

光速会跟随时空中虚粒子的密度变化而发生变化,​光的传播路线会受时空中虚粒子运动影响而改变传播方向。密虚粒子时空的虚粒子向疏虚粒子时空的方向运动形成引力场,光的传播方向会受引力场的影响。虚粒子在通过物质界面时,密度瞬间变小间距瞬间变大,虚粒子以瞬间的超高速度通过物质界面。光以虚粒子为介质,在进入物质界面时,受到虚粒子瞬间超高速运动的影响,传播方向偏离原方向,形成折射角。

光在经过大质量天体附近时,所处时空的虚粒子正向​大质量天体中心方向运动,光受时空的虚粒子运动影响而传播方向发生偏移。

增加时空中虚粒子的密度,或者增加时空中虚粒子的运动速度,就​能得到比原时空环境中更高的光速。

质量守恒定律和质能转换之间为什么不矛盾

质量守恒定律己经是个错误的定律了。应该说质能守恒定律才是个正确的定律。在牛顿的第二定律里(F=ma),质量m是个常量,因此也就有了所谓的质量守恒定律。到了爱因斯坦的质能公式里(E=mc2),质量m是个变量,质能跟能量是可以相互转换的,于是就有了质能守恒定律。

物理学的发展是个不断证伪的过程。能量、质量等概念的内涵是调整和变化的。

这个回答希望你能满意。在悟空里我天天都会回答一些物理方面的问题,望你关注。



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