综述

能量守恒定律告诉我们:能量不会凭空增加,但也不会凭空消失,在此定律的基础上,如果我们把一斤盐放进一斤水里,那最终会有什么样的结果呢?

是一斤盐融入一斤水,最后仍然是一斤带盐水;还是盐的重量和水的重量叠加在一起,得到两斤重的带盐水呢?

从宏观世界来说,最终无疑是第二种结果,因为任何宏观世界的现象都要遵循能量守恒定律。可如果从微观角度来看呢?

一斤盐加入一斤水里重量(如果把一斤盐放进一斤水)(1)

构成物质粒子没有发生变化,反而会出现第一种现象。这确实是个非常有意思的问题,今天就让我们来重点讨论。

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盐溶于水质量小于其本身之和

一斤盐溶于一斤水,质量是正向叠加,还是有所减少?这里我们可以率先给出答案:双方相容质量会增加,但绝对不可能达到2斤的标准。

看到这里很多人都比较奇怪,因为根据能量守恒定律来说,两种能量叠加不过是简单的算术题,又怎么会不等于2斤呢?简单来说,因为能量在转化的过程中会有损耗。

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我们要明白,不管是盐溶于水,又或者是其他物质溶于水的实验,都是很难在完全封闭的实验条件下进行,即便不看物质本身带来的损耗,我们想让一斤盐在溶于一斤水后得到2斤实验结果,就必须要保证有个理想化的实验条件。

也就是说,在把盐倒入水的过程中,整个系统不能和外界有任何的物质与能量交换。

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举个最简单的例子,如果在周围18度的环境温度下进行盐溶于水实验,那实验结果可能会在1.4-1.6斤之间徘徊可如果我们在90度的高温下进行,盐和水都会被外界温度蒸发许多,届时得到的结果可能连1斤都不到。

只有在整个封闭系统内进行实验,才能保证其前后质量完全没有发生变化,其中还包括重要一项环节:即盐溶于水的溶解过程中放出的热量扩散不到外界环境中。可是想要达到这种理想化的效果可能吗?可以肯定的说:绝对不可能!

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一般情况下我们的实验都是在非封闭系统内完成的,这导致实验结果受外界影响很大。

尤其是盐溶于水的热传递过程中,一旦对外扩散太多,就会导致系统质量偏离原来条件很多。

还有水汽蒸发速率的降低,这都会影响最终质量,也就是说,一斤盐和一斤水溶解之后,一定得不到2斤的重量。这是外界条件决定的。

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能量守恒定律虽然正确,但同时它也提到了能量在传递或交融的过程中会对外发散;这些已经向外传递的能量我们没办法捕捉回来,进而导致实验结果偏离理想化,根本不可能实现1 1=2的效果。

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盐的种类同样影响实验结果

说完了外在影响因素,我们再来讲讲盐和水本身在溶解过程中可能造成的“磨损”。

我们都知道,盐在溶于水后会变成溶液,但这溶液形成的过程却有很多影响因素,其中就包括了盐的种类。

如果我们用家里常用的食用盐去做该项试验,那100克水差不多能够完全容纳36克盐一斤水最多容纳180克盐。那这时候最终的重量是多少呢?180克加500克,一斤水和一斤食用盐相融产生的重量是650g,远远小于2斤的标准。

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但是世界上的盐是分很多种类的,食用盐只不过是盐类化合物家族中非常小的一个分支,其整个家族包括:碳酸盐、铁盐、正盐、酸式盐等等。

其中含有次氯酸银、氟化银和硝酸银的工业盐溶解度就非常高。其中氯化银可以做到每升水溶解1800g,甚至超过了2斤。

这时候我们去用1斤水溶解1斤盐,就能得到2斤的结果。

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但这仍然是理想化的结果,理由我们在上文中也提到过:在非封闭式的实验环境中,系统物质总会对外释放能量。所以该结果或许会无限趋向于2斤,但绝对不可能达到两斤的水平。

况且氯化银在融入水的过程中会对外持续放热,这意味着它在整个实验过程中会不断对外消耗能量;这部分能量我们用肉眼很难去观察到,如果借助实验器材的话,会发现它正以电磁波的形式对外释放。

等到实验结束后,已经有部分能量扩散出去,实验结果自然会小于2斤。

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可能会有人好奇,为何能量的扩散会影响质量结果呢?这就得提到物理大神爱因斯坦在世时提到的一种理论——“质能等价理论”。

爱因斯坦曾在的1905年发表过4篇极具开创性的论文,最后一篇就是关于质能等价理论的阐述,用以补充狭义相对论中存在的不足。

我们无需了解该理论有多复杂,总之要明白:爱因斯坦通过公式统一了质量和能量。当能量对外扩散时,质量也会随之不断降低;质量和能量本就是物质的两面,双方之间可以用等价方程来表示。在质能等价理论的影响下,一斤盐溶于一斤水,绝对不可能达到2斤的标准,这就是最终结论。

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结语

其实说白了,质量和能量本就是同一属性的东西,有质量的物质一定有能量,反之也可以成立。而在我们进行盐溶于水的实验过程中,物质能量会不受控制对外扩散,进而导致其总质量也在不断降低;这是物理现象决定的实验结果,我们对此无法更改。

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