核聚變是否違反了質量守恆定律?

2020-12-11 趙玉娟說事

核聚變是否違反了質量守恆定律?核聚變釋放極大能量,更具質能方程,是否意味著質量虧損了?那這種反應還遵循質量守恆定律嗎?核聚變又稱核聚變、熱核反應,是一種常見的核反應形式。例如,太陽能釋放和氫彈爆炸的原理都是氫聚變。核聚變通常會發生能量的釋放或吸收。氫核聚變會釋放大量的能量,而鐵核聚變會吸收能量。當核聚變發生時,會有質量的損失。但是我們在學習初中物理的時候,一定要學習質量守恆定律,這是物理學領域不可動搖的真理。

核聚變反應不僅有質量損失,而且符合質量守恆。這難道不矛盾嗎?答案是這樣的。這並不矛盾。要理解這個問題,我們需要理解什麼叫質量守恆和質量損失?質量的守恆質量守恆定律的原意是:在與外界完全隔離的化學反應中,反應前的總質量等於反應後的總質量。例如:a+B生成D+C,那麼a+B的質量等於D+C的質量,隨後,質量守恆定律被推廣到各個領域,成為自然界不可動搖的真理。1756年,質量守恆定律被發現。那個時代的物理學還處於經典物理學時代。經典物理學中對質量的定義非常簡單。質量指的是靜止物體的質量。然而,自從物理學家愛因斯坦在20世紀初創立了相對論後,我們知道,物體的總質量是靜止質量和運動質量之和。

運動質量是指物體運動所產生的質量。運動質量的計算公式是M0為運動質量,M為靜止質量,V為物體的速度C為光速。如果物體以低速運動,物體運動產生的質量可以說是很小的。因此,當物體以低速運動時,物體的總質量可以近似等於物體的靜止質量。但是,如果物體以光速或接近光速運動時,物體會因運動而產生巨大的運動量。質量損失在解釋質量損失之前,我們需要使用愛因斯坦的質能公式,即e=m*C^2(能量=質量乘以光速的平方)。我們以氫聚變為例來討論核聚變反應的質量損失。氫聚變反應的過程是:1個氘核(1個質子2個中子)+1個氚核(1個質子3個中子)=1個氦核(2個質子2個中子)+1個中子。

已知氘、氚、氦和中子的質量。氘的質量=2.0136u,氦的質量=3.015u,中子的質量=1.0087u。通過簡單的加法計算,可以驗證核聚變反應是否符合質量守恆定律。在這裡,關於計算過程就不多做解釋了。我們直接說說結果。反應後,氦核加中子的質量比反應前少:氘核加氚核的質量更準確:核聚變反應後的靜態質量比核聚變反應前的靜態質量少。為什麼核聚變會導致靜質量減小?根據e=m*C^2,我們知道質量和能量是可以相互轉化的,所以我們可以得出一個初步的結論:在核聚變反應過程中,部分死亡的氘核和氚核的質量轉化為能量而釋放出來,從而導致靜態質量的減少。

我們把這種現象稱為質量損失。同樣,根據質能公式e=m*C^2,我們可以推導出核聚變釋放的能量=靜止質量的變化×光速的平方。將氘和氚的質量代入公式,可以計算出氘核和氚核的核聚變將產生176m的能量。既然聚變反應後有質量損失,那麼是否意味著聚變反應打破了質量守恆定律?答案:不因為核聚變反應後,質量的減少只是指靜態質量的減少,而物質的總質量除了靜態質量外,還包括運動質量。當發生核聚變反應時,失去的靜質量問題是不能直接轉化為17.6釋放的能量,而是轉化為以光子的形式存在,但光沒有中子的靜質量,所以運動增加質量核聚變反應產生的光子(光子運動質量0.0035u)只是為了彌補原有物質失去的靜質量。

即氘(靜止質量)+氚核(靜止質量)=氦核(靜止質量)+中子(靜止質量)+光子(移動質量)。反應前後的總質量(靜質量和動質量)仍然相等,所以聚變反應仍然符合質量守恆定律。

相關焦點

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    這個規律就叫做質量守恆定律。(2)對概念的理解:①質量守恆定律只適用於化學反應,不能用於物理變化例如,將2g水加熱變成2g水蒸氣,這一變化前後質量雖然相等,但這是物理變化,不能說它遵守質量守恆定律。②質量守恆定律指的是「質量守恆」,不包括其他方面的守恆,如對反應物和生成物均是氣體的反應來說,反應前後的總質量守恆,但是其體積卻不一定守恆。
  • 質量守恆定律
    5範圍①質量守恆定律適用的範圍是所有化學變化,包括大部分的物理變化;②質量守恆定律揭示的是質量守恆而不是其他方面的守恆。質量概念的發展使質量守恆原理也有了新的發展,質量守恆和能量守恆兩條定律通過質能關係合併為一條守恆定律,即(在物理學中)質量和能量守恆定律(簡稱質能守恆定律)。7應用領域物理應用物理方面,質量守恆主要應用於解決熱學問題以及功能轉換,化學應用化學方面,質量守恆主要用於方程式的配平,以及化學元素物質的量計算,主要遵循下列規則。
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    《質量守恆定律》教學設計廣東省東莞市虎門第五中學 鄧繼紅  一、教學內容:質量守恆定律。適用於初中化學多個版本教材的新課、複習課教授,其中人教版是九年級化學第五單元第一節第一課時《質量守恆定律》第91-95頁內容。微課中考複習階段也可用。二、教學目標1. 從宏觀和微觀角度,理解質量守恆定律的含義和本質2. 體驗探究問題的過程,通過量化實驗及其分析,獲得初步的邏輯思維能力。三、 教學重點:從宏觀和微觀角度,理解質量守恆定律的含義和本質。
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    既沒有像大多數老師一樣僅僅停留在實驗事實水平,強迫學生簡單接受質量守恆定律的條文,又解決了複雜拗口的推理分析不易被學生接受的困難。吳老師的這一處理蘊含了豐富的教學智慧。(4)有4至5位老師是在得出質量守恆定律之後演示了「鎂帶燃燒」、「蠟燭燃燒」、「碳酸鈣與鹽酸反應」。有一位老師是讓學生又分組實驗了「鎂帶燃燒」和「碳酸鈣與鹽酸反應」。有17位老師在學生分組實驗之後直接總結出質量守恆定律的條文。有3位老師通過演示「鎂帶燃燒」、「蠟燭燃燒」、「碳酸鈣與鹽酸反應」讓學生關注參加化學反應的各種物質質量總和與反應後生成的各種物質質量總和。
  • 質量守恆定律知識點總結!收藏專用!
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  • 是否有可能違反能量守恆定律?反對定律的三個論點,但無法動搖!
    這個定律稱為「質量守恆定律」。愛因斯坦結合了這兩個定律,並提出了一個著名的質能方程,即:E=mc2(能量的等效質量)。但是,我們可以肯定地說,能量守恆定律是絕對的嗎?如果能量可以被創造,又會怎樣?2.量子物理學與能量守恆定律愛因斯坦和量子物理學有一個非常「糟糕」的關係,因為我們知道,在現實中,許多物理原理在量子世界中的表現是不一樣的。當電子被激發時,它們可以跳到更高的能級。因此,科學家尼爾斯·玻爾、漢斯·克拉默斯和約翰·斯萊特認為,這些電子是暫時違反了能量守恆定律。
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    二、正確理解質量守恆定律的關鍵在於把握「六不變、兩個變、一個可能變」所有的化學變化都遵循質量守恆定律,也就是說化學變化過程中不可能會改變物質的總量,這也是化學變化計算的依據。如何理解質量守恆定律呢?我們可以從以下幾個方面加以掌握。
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    原標題:夸克聚變威力或比核聚變大   據《科學美國人》雜誌網站和物理學家組織網6日報導,最新一期《自然》雜誌刊登了一篇夸克聚變研究的重磅論文:以色列特拉維夫大學和美國芝加哥大學科學家合作,首次證明夸克在聚變反應中能向外釋放強大能量,威力遠大於製造氫彈的核聚變釋放能量。
  • 什麼是磁約束可控核聚變,什麼時候才能商業化可控核聚變發電?
    無論是磁約束還是慣性約束核聚變,都是可控核聚變研究的重要方向,兩者本質上沒有什麼區別,都是控制氚氘等輕元素聚合成重元素的一種方式,但兩者的原理與過程卻大相逕庭,不妨來圍觀一下!其實核聚變的過程甚至比核裂變還要簡單,它不需外來的中子,而只要原子核在一定範圍內運動碰撞融合即成了核聚變,唯一只有兩個要求:夠高的溫度(上億度高溫)或者足夠的壓力(數千億個大氣壓).....幾乎就沒有要求了哈.....比如太陽內部就只有1500萬度和2500億個大氣壓即可實現源源不斷的核聚變!
  • 人教版五四制初中化學八年級《課題質量守恆定律》教案
    .html (1)通過實驗探究理解質量守恆定律,了解常見化學反應中的質量關係。其實不僅僅這四個實驗如此,無數的實驗證明,反應前後反應物和生成物的質量總和相等,這個規律叫做質量守恆定律。 [總結並板書] [強調]質量守恆定律指的是參加反應的各物質的質量總和,而不是有多少反應物,一定注意「參加」二字的真正含義。
  • 如果能量守恆定律是正確的,人類為什麼不能用能量轉化物質?
    能量守恆定律肯定是對的,但對的也不一定能使能量輕易變成物質質量。當然能量都對應著質量,這從愛因斯坦的質能關係式中可以看出。燃燒、爆炸屬於化學反應,它們遵循質量守恆定律,也就是說,這個過程中質量並沒有減少,質量並沒有轉化為能量,只是不同能量之間的轉化,是貯存在物質裡的化學能轉化為內能。從質量轉化為能量的轉化實質顯示其轉化的不易典型的質量轉化為能量的例子就是核變反應。
  • 如果火箭燃料被換成核聚變,將會出現什麼可怕結果?今天算明白了
    今天算明白了每一個激動人心的時刻大家都是歡欣鼓舞的,就像是當年的神舟6號升空,那時候真的是萬人空巷,坐在電視機跟前看著這一次歷史性的時刻,那個時候我們知道火箭升空靠的是動量守恆定律,現在的技術就是太空人往返火星的話,就已經500天的時間。