答:d簧的d性势能,本质上就是原子间的势能总和,铁质的压缩d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。
在这个案例中,能量肯定是守恒的,压缩的d簧具有d性势能,d簧溶解后,d簧的d性势能也就不复存在,那么原先d性势能的能量,肯定会以另外一种形式存在。
我们考虑d簧压缩的微观机制,对于铁质的d簧,由许许多多的铁原子通过原子间的相互作用力连接而成,在正常情况下,相邻原子间的合力近似为零,不存在内应力;随着原子(或者分子)间距离的变化,原子间作用力和势能也会发生改变:(1)距离缩短,相邻原子(分子)间表现为斥力;(2)距离远离,相邻原子(分子)间表现为引力;(3)如果原子(原子)间的距离远到一定程度,那么原子间的势能趋近于零;d簧不压缩时,组成d簧物质的原子间合力为零,当d簧压缩时,d簧的能量就存在着原子间的势能中;此时把d簧固定,并放入酸中溶解,具有原子势能的单个原子脱离时,势能会使得原子的速度增加,当所有铁原子的势能都释放为原子的动能时,就表现为溶液的热能,因为热能的本质就是微观粒子的热运动。
如果我们有精密的温度测量仪器,并安排两个一模一样的d簧,其中一个不压缩,另外一个压缩足够的d性势能并固定,然后分别放置酸中溶解,那么被压缩d簧的溶解,将释放更多的热能,使得溶液的平均温度比另外一个高。
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这是一个脑洞题,请心灵手巧的同学们千万不要去做实验,非常的危险,切莫模仿!现实中的例子无论多么细小精致的d簧,又或者多么强劲的浓酸,如果真的按照这个思路去实验的话,d簧的腐蚀一定不会均匀的发生!最大的可能性就是d簧中某个应力集中的点,最优先被腐蚀而产生蚀断,然后以这个点为原点,d簧断开,d簧存储的大部分的d性势能以动能的方式,获得突然的释放!简单的说——浓酸溅你一脸!想着可以顺道换个脸的同学,可以试试。
但其他任何同学,都请不要模仿尝试。
理想中的实验既然你的愿望是如果,那么我们就开始纯粹的思想实验吧。
首先,你得感谢麦克斯韦,他给予了我们这次实验所有的理论基础。
很简单的,我们把这个d簧区分为宏观物体,以及微观分子部分。
d簧在宏观上体现的d性势能,在微观分子尺度上,我们可以理解为化学键的扭曲。
当然这不是原子间的事情,扭个d簧万万到达不了原子间距的地步,除非你是超人。
在d簧的微观结构中,我们可以认为,数量巨大的化学键被扭曲,这种现象在宏观上,就表现为整体的d性势能了。
那么当d簧进入浓酸中,刹那间被腐蚀掉之时,所有扭曲的化学键的势能势必将会释放出来,因为宏观的物体不复存在,但分子在啊,于是体系内能将增大——表现为酸液的总体温度升高。
到底可以升高多少?有同学不服,觉得不可能,那我们来算一算吧。
假设此理想状态的d簧,在吊起10kg重物后,能伸长0.1m,那么k=100N/0.1m=1000N/mQ=0.5*k*x^2=0.5*1000*0.1^2=5J我们为了方便计算,把这个绝世好酸的比热容,按照水的比热容4200J/(K*kg)计算。
用这一升浓酸“溶”了这个d簧——整体温度(相对于没有应力的d簧)升高了0.0012K!按照目前灵敏度为0.001℃的高精度石英温度计,要检测出其中的温度变化,恐怕也难以实现。
结语脑洞一下就好,大家千万不要试验,本猫可赔不起啊。
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