浮力與溶液密度,液體密度與分子運動速度的淺談

2020-12-13 老木同學

同一種物質分為三種形態,固態,液態,氣態。空氣屬於氣態,液體是液態,石頭是固態。

一般我們說浮力是指一個物體在液體裡,液體對物體上下表面產生了壓力差,這個壓力差會使物體受到一個向上的合力,這個力就是浮力。浮力大小根據公式是F浮=ρ液gV排(ρ液:液體密度,單位千克/立方米;g:g表示常數,是重力與質量的比值,g=9.8N/kg在粗略計算時,g可以取10N/kg;V排:排開液體的體積,單位立方米),同樣適用於氣體內物體所受浮力,因為氣體密度較小,大多數情況浮力忽略不計。那為了驗證浮力大小與溶液密度的關係,我們可以用雞蛋放在水裡(沉底),然後往水裡加鹽,使雞蛋漂浮起來的實驗來驗證。

浮力與液體、氣體密度有關,那麼密度是誰決定的呢?它就是物質內分子的距離。那當分子距離達到一個界限,物質又會在固、液、氣三種狀態裡來迴轉換。氣態是空氣在我們不幹預下平衡的表現,如果想要空氣變成液態,常規辦法就是加壓,密度變大,壓力足夠大甚至可以變成固態。常見例子就是氫氣,運動會上氣球,經常用氫氣充氣球,儲存氫氣的罐子內壓力特別大,以至於裡面的氫氣是液態的,這樣可以儲存的氫氣量就比氣態量大很多倍。

個人理解分子間距離越小,分子內電子繞中子轉得越慢,所以運動半徑小於分子間距離大的。如果加熱分子吸收能量,電子加速,半徑變大,所以分子間距離變大。由此可見物質吸收熱量可以讓分子間距離變大,所以液化,氣化,升華要吸熱,從而分子變得更活躍,而且很多化學反應需要加熱促進也是同樣道理。反而降溫可以讓電子運動減速,從而減小運動半徑。速度減小的勻速圓周運動,離心力減小,向心力和萬有引力也就是吸引力不變的話,運動半徑也減小,隨之達到力的平衡,這個和力應該是正負電子的引力和萬有引力,離心力(只能想到這麼多,歡迎補充)。因為在加熱時候不止電子吸熱活躍,原子核也會吸熱變得活躍,所以半徑不一定變大,就是水和冰的例子。相反降溫會使物質密度變小,分子活躍度降低,從而有冷藏保鮮,美國隊長在冰裡幾十年沒變老。過幾十年現實的話,可能也會實現人體保存,那樣就可以像電影一樣完成很多現在完不成的事情。所以液化,固化,凝華會放熱。

水凝華成冰形成霧凇景觀

為了證明溫度越高,分子運動速度越快,從而使密度變小,我繼續給溶液加溫,看雞蛋會不會再沉到杯底。

雞蛋浮起來
加熱後雞蛋沉底

當然了我們說的活躍度是兩種情況,一種是參與化學反應的活躍度,另一種是分流動的活躍度,氣態到處飄,液態可以流動,固態運動很小。在我們不施加外力的情況下每種物體都有它自己固定的狀態,也是最穩定的狀態,如果施加外力了,他都可能變得活躍去對抗我們的外力,就像彈性形變,會產生復原的趨勢。

說了一圈,液體或氣體的密度直接影響浮力。密度差別在於分子流動性差距,也可以說分子間距離和粒子運動速度的差距(分子運動越快,它就越活躍,化學穩定性越差,越容易和別的分子化學反應)。

浮力

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