文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
如果将一斤盐放进一斤水中 , 最后的结果一定是两斤重吗?答案是一定 , 但有条件 。
这看似简单的操作 , 实际上在物理学家们的实验室中进行过许多次 , 不断地验证的结果 , 最后提出了质量守恒定律 。 该定律究竟有什么意义?科学家们对此做了哪些努力?在该定律的基础上还提出了什么?有何意义?
盐与水的实验
将两杯重为一斤的盐和水放进同一个容器中 , 观察它们的共同重量是多少 。 在我们的日常操作中 , 由于实验条件的不严格所以该实验得到的结果也许比两斤多或者少 。 但要是在物理学家或化学家的实验室中 , 满足了密封加绝热的条件 , 最后的结果就一定是两斤 。
据记载 , 该类型实验是从1756年俄国科学家罗蒙诺索夫的锡煅烧开始的 , 当时他将锡放在一个密闭容器中煅烧 , 最后生成了白色的物质 。 虽然锡的形态发生了变化 , 但实验前后的容器内物质总质量却完全相同 , 这让他十分惊讶并接连重复了几次实验操作 , 结果都是如此 。
于是罗蒙诺索夫提出了化学反应中物质总质量不变的结论 , 但并未引起关注 。 虽然21年后拉瓦锡也提出了相同的猜测 , 但由于其缺乏精密实验仪器 , 也还是不够有力证明该结论 。
所以后来的许多科学家都专注在该实验的精确度上 , 想得到更确实的证据来证实这一理论 。 最后在20世纪初 , 以英国化学家曼莱的误差在0.0001g内的实验结果 , 肯定了这一理论 , 也就是质量守恒定律 。
质量守恒定律
就像前面说的 , 一斤盐和一斤水相遇答案应该是两斤 , 只不过在日常生活中盐溶于水会受到诸如空气、温度等因素的影响 , 结果有一定的出入 , 不过这些出入一般也很小 。
质量守恒定律说明了物质质量的不灭性 , 不受任何因素所改变 , 即使物质实体和构成物质的化学成分可能会在形式上发生变化 , 其质量依然始终如一 。
既然物质质量不能被创造和毁灭 , 那么我们也就能够在类似炼金厂等化学反应的地方 , 利用该定律核实最后产出的物质重量是否与原材料质量相当 。 说白了 , 对检查是否有不良用心之人在反应环节偷取原料或者成品很有帮助 。
质量守恒定律的出现并不是该定律的结束 , 1905年物理学家爱因斯坦提出了质能等价理论 , 将质量守恒定律做了一个升华 。
质能等价理论
质能等价理论将质量和能量统一起来分析 , 爱因斯坦认为它们本就是个统一体 , 不应该被人们当成两种不同的物质 。
质量和能量就像是物质的正反面 , 彼此相辅相成 , 质量可以转化为能量 , 能量也有等价的质量 。 爱因斯坦用了一个公式来表示它们之间的关系 , 就是质能方程E=mc^2 , 其中E代表能量 , m代表质量 , c则代表着光速 。
该公式是爱因斯坦狭义相对论的补充 , 他认为物质的质量和能量成正比 。 也就是质量越大其蕴藏的能量也就越大 , 这一点也许我们从人体的胖瘦和力度大小能感知一二 。
至于日常生活中人们对于能量转化为质量好像并不怎么能理解 , 是因为这需要非常大的能量才能帮助显示出质量 。 根据质能守恒公式可以得到 , 光速的正常数值是3*10^8m/s, 所以m=E/9*10^16,也就是说至少需要10^12J的能量 , 质量才可能被感知到 。
用质能守恒定律来解释前面的盐与水实验也很容易理解 , 盐在遇到水时 , 其主要成分氯化钠会溶解到水中 , 这个过程会向外释放能量 , 如果该实验环境没有密闭 , 这些能量就会散发出去 , 最后的实验结果就可能会低于2斤 。
同样如果实验中与水相溶的盐主要成分是硝酸钾、氯化铵之类的 , 那么在不密闭的环境下这些成分就会吸收能量从而使得实验最后的的总质量大于2斤 , 也有像氯化钾这样的只要实验过程控制相同的温度 , 实验前后就能得到相同的质量 。 不过不同的温度 , 盐的溶解度也不相同 , 同样也会影响到最后的质量 。
推荐阅读
- “宇宙大爆炸”理论正面临破产?
- 燕子靠什么返回北方,并找到旧巢?如何识别回来的是旧燕或新燕?
- 大自然中的5种动物独特的繁殖方式
- 围观!“出差”十天,神舟十四号航天员要做些啥?
- 三星堆发现罕见“金斧子”:厚度至少3毫米 独一无二的存在
- 地球居然是平的?为什么还会有人相信,科学家怎么解释?
- 木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密
- 科学家称,老二正在萎缩,人类可能面临灭绝的危险
- 找不到“造物主”?科学家:上帝的神迹竟藏在微观世界里!