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物质是由原子组成的
如果有一天人类丢失所有科学知识,只能给保留一句话,应该说些什么呢?
“所有的物质都是由原子构成的—这些原子时一些小小的粒子,他们一直不停的运动着,当彼此略微离开时相互喜迎吸引,当彼此过于挤紧时又相互排斥。”
以上费曼给出的答案
问题一:如何理解原子的大小? 如果把苹果放大到和地球那样大,苹果中的原子就差不多由原来的苹果那么大
问题二:如何理解原子的运动? 原子之间同时具有吸引力和排斥力,大量的原子彼此吸引,保持动态,这就是我们所说的热运动。当温度升高,这种运动增强,彼此之间的动态距离(空隙)增大。当温度大到原子之间的吸引力无法相互吸引,就会四散分开。例如烧开水,水变成水蒸气。
问题三:通过原子的运动来理解压力、温度
压力和密度的关系:压力本质上是大量原子多次碰撞,在某一个方向上所形成的合力。于是,向容器内放入两倍数量的原子,由于碰撞的依然和之前一样“有力”,那么碰撞的次数也就会近似的变成两倍。(此处考虑了两个近似:一、原子数量上升,考虑到他们之间的吸引作用,压力会稍稍减小 二、原子是占有体积的,碰撞的混乱度会上升,压力会 稍稍上升 )因此如果原子比较少,密度足够低,那么压力正比于密度。
压力和温度的关系:温度上升而不改变气体的密度,也就是说只增加了原子的速率,速率越大碰撞越猛烈,形成的合力也就是压力就越大。
压缩气体会对气体产生什么影响呢?想象一个气缸上有一个运动着的活塞,当气体分子与活塞相对碰撞(也就是压缩)时气体分子会更猛烈以更大的速度反弹回来,分5子速率上升,也就对应着温度上升。当气体分子与活塞同向运动最终发生碰撞时(也就是气缸膨胀时),相较于活塞不动时,气体分子和活塞的相对运动速度减小,反弹回来的速度也就减小。分子速率下降,对应着温度下降。这样我们就可以轻易的理解,压缩气体使得气体温度上升,气体膨胀会发生温度下降。
问题四:为什么在热汤的表面不停的吹就可以使得温度下降呢
我们同样可以从原子的运动角度来理解这个问题,以水和水蒸气为例子,平静的水面上也不停的发生着分子热运动,液态水中能量较高的水分子在碰撞中会突破水表面的阻力,成为水蒸气。水蒸气中能量较低速度较慢的水分子也会跌落到水面,再次成为液态水,离开液态水的水分子是积攒了足够的能量离开的,所以它的离开会带走能量,再一次进入液态水的水分子进入水面时,收到很大的吸引力,会带来能量。这个过程不断进行达到稳定,有多少水分子离开水面,就有多少水分子,进入水面。
当我们吹动表面时,会使得汤表面的水分子数量下降,平衡被破坏,系统会倾向于向水面外补充水分子,大量的高能量水分子离开液态水,进入气态,带走了大量的能量。而进入水面成为液态水的水分子却非常少,无法补充被带走的能量。热汤的温度会发生下降。
冰融化成水为什么会体积下降?冰结构是由水分子按照一定的结构如同搭积木一样搭起来,中间有大量的空隙。融化后,结构混乱,水分子可以自由占据之前的空隙。总的体积也就减小了
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