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如果把一根压紧的弹簧放进酸里溶解,弹性势能到哪里去了?优质

634次浏览| 2022-07-22 22:14:45 更新
来源:互联网
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在我们中学的物理课上,老师在讲势能的时候,也有同学提出过这样假设,记得老师的解释是:在静态的空气里面松开弹簧,势能就被释放了。那么弹簧反复振动,弹簧的内温逐渐升高,那么弹簧的势能全部通过金属结晶区和非晶区的内部摩擦震荡转换为热能,表现为弹簧本身的温度升高。不管是逐渐松开还是忽然松开,规律如是。静态空气里面还是有空气的表面热对流,弹簧最终温度平衡到原始的空气温度。整个过程后,势能转化为空气流动带走的热能。即使在真空里面松开弹簧,弹簧不会像永动机一样地一直运动下去,因为真空也无法干扰金属内部的热运动,弹簧还是温度一直升高,最终弹簧停止振动,弹簧的温度根据比热公式稳定下来。整个过程后,势能转化为弹簧温度变化的热能。

弹性势能本质上是组成弹簧的粒子之间的相互作用的势能的综合,这个相互作用是电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用、引力相互作用等的总和。溶解的过程微观上看就是弹簧的表面的粒子不停的跟溶液中的其他粒子碰撞,进而有的化学键断裂,有新的化学键开始形成,使得一部分粒子因为与其他粒子形成了新的结合关系而产生了与之前和其他粒子结合起来形成的固态物质不同的,可以溶解于溶液的新的化学产物。那么在这个过程中有不同粒子之间距离的变化,因而也就带来了各种相互作用的能量的变化。包括溶液里和本身弹簧的组成粒子运动的动能都可能在反应前后发生变化。

物理上学习势能和动能,还有动能定理的时候,老师为了让我们能够更清楚的理解这些定理,就曾经做出过这样的假设,很多同学都是大脑一片空白,不知所措的样子,我也想了很久都没有想明白到底它的弹性势能是怎么转化的,还是老师给我们做出了解释:由于本身弹簧的压缩时的应力,一旦遭到腐蚀,最可能发生的情况是由于金属晶间腐蚀产生裂纹,裂纹扩大而瞬间断裂,势能转化成液体的内能。圆柱弹簧压缩会对弹簧丝造成扭转应力,应力值最大的地方在弹簧丝的最外圆周,一旦腐蚀裂纹扩展整个弹簧就断掉了,势能全部都转化为内能了。

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把它看成一根压缩的弹簧,放在空气中,日积月积,慢慢生绣,变细,变成最后的支撑线,直到某一个点支撑不住了,瞬间释放,势能完全变为空气的动能。第二个模形。假如弹簧介质均匀,空气腐蚀均匀,每个铁原子都是支撑点(不可能),那么,空气每腐蚀一个铁分子,就会释放势能,推动空气,过程极其缓慢。直到空全融解。综合所述,答案就是两种模形的结合。也就是一些大量无关紧要的分子会是第二种模形释放少量势能,一些少数关键的支撑铁原子会大部分势能。

‍‍弹性势能将会逐渐丧失。那么对应的,在溶解过程中也应该有能量逐渐被放出。从微观来讲一个合理的解释就是Tz8zs所说,弹性势能体现为原子斥力,所以我猜当原子(or rather 离子)从原来的固体结构中脱离,进入溶液时,它获得的初始动能也比较大。对于整箱溶液来讲,在某一时刻,其中离子的平均运动速度相比于溶解未被压缩的弹簧时,偏高。所以还是可以说势能转化为热能。当然这部分热能时时刻刻都在耗散到环境中。‍‍

单纯的溶解,溶质要克服分子间作用力扩散到溶剂体系中,所以该过程是要吸热的。拉长的弹簧,其分子间的间距增大,可认为增大其比表面积,有利于弹簧和更多的溶剂分子互相接触,加速其扩散过程,所以能溶解的更快!而该过程吸收的热量更少,所以,弹性势能确实是填补到分子溶解吸热的过程中了。

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