作业帮E=MC2与质量守恒定律是否矛盾
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/06/06 14:24:57
E=MC2与质量守恒定律是否矛盾
爱因斯坦有一个著名的质能方程（如题）,揭示了如果想要放出热量,就要有一定的质量损耗.这一过程是否像化学能转化为内能的过程?但如果是,那放出能量的过程中一定会有质量损耗,只不过非常微小（因为光速的平方是一个很大的乘数）,那又怎么会存在质量的守恒呢?应该是能量守恒而不是质量啊!
有丝毫模糊,宁可把分浪费掉.（出色的话可追加）
我现在很迷惑：1.如果用是否生成新物质来判断，核反应它也确实属于化学变化啊。
2.我绝对不接受因为损耗的质量过小，中学的教科书言之凿凿地说质量绝对守恒。我迷惑的是，放出的热量从哪来？如果不是通过损耗质量得来，那所谓的化学能又到底是什么？
P.S 1&5楼的亲加加油哦！我会多给你们分的，我在学校不可能问老师这个问题，老师会疯。
爱因斯坦有一个著名的质能方程（如题）,揭示了如果想要放出热量,就要有一定的质量损耗.这一过程是否像化学能转化为内能的过程?但如果是,那放出能量的过程中一定会有质量损耗,只不过非常微小（因为光速的平方是一个很大的乘数）,那又怎么会存在质量的守恒呢?应该是能量守恒而不是质量啊!
有丝毫模糊,宁可把分浪费掉.（出色的话可追加）
我现在很迷惑：1.如果用是否生成新物质来判断，核反应它也确实属于化学变化啊。
2.我绝对不接受因为损耗的质量过小，中学的教科书言之凿凿地说质量绝对守恒。我迷惑的是，放出的热量从哪来？如果不是通过损耗质量得来，那所谓的化学能又到底是什么？
P.S 1&5楼的亲加加油哦！我会多给你们分的，我在学校不可能问老师这个问题，老师会疯。
我上中学时得过物理奥林匹克竞赛国家级一等奖,当时的课本我觉得太简单,就提前接触大学课本,所以我上中学时也困惑过,但是很快就找到了答案.
1.化学变化的前提是原子不变,产生的新物质指的是参加反应的物质的分子发生变化,也就是原子重新组合.无论你是化合反应,置换反应,还是分解反应,无论生成的是化合物还是纯净物,原子都是不变的.
而核反应直接把原子核改变了,连化学变化的基本条件都满足不了,所以不是化学变化.
2.质量守恒的前提是没有能量的转化.
只要是产生能量的反应,无论是化学反应还是核反应,都有质量损耗,只是普通的化学反应损耗的质量微乎其微,根本无法测量.所以宏观上,可以近似的视为：化学反应没有质量损耗,即质量守恒在常规状况下成立.
根据质能方程E=MC2,1克的质量损耗可以产生90000000000000焦耳的能量,普通的化学反应和能量传递也就是几千焦耳到几十万焦耳之间,利用质能方程反推,质量的变化只有几万亿分之一克,除了理论可以推导,根本不可能测量出来.
化学能说白了,就是电子的能量转化的,这能量包括动能和势能.原子核外的电子是绕核做不规则的圆周运动,电子的运动速度都差不多,接近于光速,所以电子的动能差别不大,差别大的只有势能.每个原子的运动半径是不同的,势能有高有低,运动半径大的势能也大,理论依据有强相互作用,万有引力定律,圆周运动定律,具体的推导方法可以参考宇宙速度的推导方法.
化学反应产生了新物质,可以理解为产生了新的分子.化学反应的过程,就是打破原来的分子,把原子重新搭配的重组过程,重组时原子核带正电荷,会吸引其他原子的核外电子,而它自己的电子也被其他原子核吸引,这样就造成电子的圆周运动发生变化,如果这种变化是电子获得更多势能,运动半径就增大,那么这就是吸热的化学反应,相反的话则是放热反应.
分解反应大多是分子中的原子互相之间吸引力下降,从而降低对核外电子的控制,所以要吸热.化合反应则产生了更加致密的新分子,对电子的控制能力更强,把电子的势能转化成了热能,所以是放热反应.
化学反应的能量转化不是无限的.毕竟原子核不改变,核外电子虽然改变了势能,但是电子本身的属性也不改变.所以说在宏观上能量没有守恒,化学反应产生了新能量,但是在微观上能量是守恒的,核外电子的势能转化成了其他能量.中学教科书为了让学生理解方便,就用“化学能转化为其他能量,总能量守恒”这样的说法勉强把学生糊弄明白了.
化学反应的能量转化是可逆的.氢和氧反应,生成水,释放能量.水通过热传导或者辐射再或者是做功,吸收能量后,会让分子中的原子核的动能也提高,原子与原子之间的引力容易被动能做的功破坏掉.这也是为什么水能灭火,但是如果是火势极大,水反倒会被分解成氢和氧,从而助燃.
刚才说道,化学能就是微观状态下,电子的能量转化成其他能量,总能量守恒,那么根据质能方程,这时候物质的质量应该减少了,可是原子核没变,电子也没变,怎么可能减少了呢?
我先不着急说答案,先说说质量是什么.大学中关于质量的定义已经和中学不一样了,为了防止你混淆概念,拿大学的质量定义来做中学题,造成失分等误人子弟的后果,我就不做细致的解释了.质量,顾名思义,有质又有量,中学对质量的定义是在“质”不变为前提下,“量”的变化,“量”变“质量”也就变了.
可是,化学反应中原子核外电子的能量发生了变化,造成了“质变”,虽然“量”没变,“质变”也能导致“质量”变.因为电子的能量变化后,“质”变了,所以初中质量定义的基础“质”不变,已经不符合要求,不能解释清楚.
从单纯的谈论量变,到质变量变都要考虑,这就是中学的质量定义和大学质量定义的不同.
1.化学变化的前提是原子不变,产生的新物质指的是参加反应的物质的分子发生变化,也就是原子重新组合.无论你是化合反应,置换反应,还是分解反应,无论生成的是化合物还是纯净物,原子都是不变的.
而核反应直接把原子核改变了,连化学变化的基本条件都满足不了,所以不是化学变化.
2.质量守恒的前提是没有能量的转化.
只要是产生能量的反应,无论是化学反应还是核反应,都有质量损耗,只是普通的化学反应损耗的质量微乎其微,根本无法测量.所以宏观上,可以近似的视为：化学反应没有质量损耗,即质量守恒在常规状况下成立.
根据质能方程E=MC2,1克的质量损耗可以产生90000000000000焦耳的能量,普通的化学反应和能量传递也就是几千焦耳到几十万焦耳之间,利用质能方程反推,质量的变化只有几万亿分之一克,除了理论可以推导,根本不可能测量出来.
化学能说白了,就是电子的能量转化的,这能量包括动能和势能.原子核外的电子是绕核做不规则的圆周运动,电子的运动速度都差不多,接近于光速,所以电子的动能差别不大,差别大的只有势能.每个原子的运动半径是不同的,势能有高有低,运动半径大的势能也大,理论依据有强相互作用,万有引力定律,圆周运动定律,具体的推导方法可以参考宇宙速度的推导方法.
化学反应产生了新物质,可以理解为产生了新的分子.化学反应的过程,就是打破原来的分子,把原子重新搭配的重组过程,重组时原子核带正电荷,会吸引其他原子的核外电子,而它自己的电子也被其他原子核吸引,这样就造成电子的圆周运动发生变化,如果这种变化是电子获得更多势能,运动半径就增大,那么这就是吸热的化学反应,相反的话则是放热反应.
分解反应大多是分子中的原子互相之间吸引力下降,从而降低对核外电子的控制,所以要吸热.化合反应则产生了更加致密的新分子,对电子的控制能力更强,把电子的势能转化成了热能,所以是放热反应.
化学反应的能量转化不是无限的.毕竟原子核不改变,核外电子虽然改变了势能,但是电子本身的属性也不改变.所以说在宏观上能量没有守恒,化学反应产生了新能量,但是在微观上能量是守恒的,核外电子的势能转化成了其他能量.中学教科书为了让学生理解方便,就用“化学能转化为其他能量,总能量守恒”这样的说法勉强把学生糊弄明白了.
化学反应的能量转化是可逆的.氢和氧反应,生成水,释放能量.水通过热传导或者辐射再或者是做功,吸收能量后,会让分子中的原子核的动能也提高,原子与原子之间的引力容易被动能做的功破坏掉.这也是为什么水能灭火,但是如果是火势极大,水反倒会被分解成氢和氧,从而助燃.
刚才说道,化学能就是微观状态下,电子的能量转化成其他能量,总能量守恒,那么根据质能方程,这时候物质的质量应该减少了,可是原子核没变,电子也没变,怎么可能减少了呢?
我先不着急说答案,先说说质量是什么.大学中关于质量的定义已经和中学不一样了,为了防止你混淆概念,拿大学的质量定义来做中学题,造成失分等误人子弟的后果,我就不做细致的解释了.质量,顾名思义,有质又有量,中学对质量的定义是在“质”不变为前提下,“量”的变化,“量”变“质量”也就变了.
可是,化学反应中原子核外电子的能量发生了变化,造成了“质变”,虽然“量”没变,“质变”也能导致“质量”变.因为电子的能量变化后,“质”变了,所以初中质量定义的基础“质”不变,已经不符合要求,不能解释清楚.
从单纯的谈论量变,到质变量变都要考虑,这就是中学的质量定义和大学质量定义的不同.