500克的木头燃烧后,只留下50克不到的灰烬,剩余的质量去哪了?
“能源”,这两个字和人类文明的发展息息相关,在远古时代我们的祖先克服了对火焰的恐惧,并逐渐地掌握了燃料的使用方式,这就是人类对能源的初步运用。
能源这两个字的含义是:“能够提供能量的资源”,在地球上,这样的资源数不胜数,但是也有一些能源在随着人类的开发逐渐减少,甚至是濒临枯竭。那么你有没有想过这样一个问题,500克木头充分燃烧后,可能只会留下了50克不到的灰烬,燃烧的过程发生了什么,剩余的质量去哪了?
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首先,500克木头燃烧后剩下50克的灰烬这个数据并不是百分百准确的,只是为了让大家更直观地去思考这个问题,“燃烧”的本质是一种剧烈的氧化反应,只要满足下面这三个条件,物质就会燃烧,当然释放热量的方式不只是只有燃烧一种。
可燃物温度达到着火点与氧气接触植物是地球碳循环中十分重要的一环,在燃烧后会释放大量的二氧化碳,并且木头中的水分还会被大幅度的蒸发,在碳化后仍然不断燃烧,最后会留下不可燃烧的矿物质,也就是我们常说的“草木灰”,它的主要成分是碳酸钾。
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这种燃烧后的灰烬是很好的肥料,古人还会用这些灰烬来清洗衣物,甚至还会用这些物质入药,但是能取得什么效果就不得而知了。
因此木头在燃烧时的反应很简单,就是释放二氧化碳和水分的蒸发,二氧化碳和水蒸汽进入空气中,同时燃烧时也会辐射出大量的热量,在这个过程中质量就会不断的丢失,但是原本的质量并不是凭空消失,而是转化为了其他的形式存在。
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热力学第一定律指出,“能量守恒”是宇宙中的基本定律之一,“能量”不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一个物体转移到另外一个物体上,通常都是由高温转移到低温,这个过程中,能量的总量不会发生任何变化,但是会引起孤立系统中的“熵”不断增加。
在物质拥有的一切基本属性中,“运动”是最基本的属性,其他的所有属性都是因为物质的运动而产生的,从微观的角度来看,宇宙中不存在绝对静止的物质,任何一个物质都是由基本粒子组成的,基本粒子本身就在不断的进行无规律的运动,除非进入绝对零度,否则物质的运动无法停止,而热力学第三定律指出,绝对零度无法实现。
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而能量,就是体现物质运动程度的度量,一般用单位焦耳(J)表示,如果把宇宙看作一个封闭系统,那么在无限遥远的未来,宇宙中的能量总体也不会发生变化,只是有可能会随着能量的转移逐渐的趋于低温,最终整个宇宙都无限接近绝对零度,陷入低能状态。
爱因斯坦的狭义相对论中指出:
E=mc6^2
一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量
这就是著名的“质能方程”,这个方程证明了物体运动的速度永远无法超越光速,同时这个方程也指出,物质从根本上来说其实和能量是等价的,“质量”本身就是物质蕴含能量的一种体现方式,在物体加快运动时,产生的能量会增加到质量上。
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在木头燃烧的过程中,也会有一部分的物质遵从质能方程转化为能量,但是这个能量微乎其微,基本可以忽略,用质能等价的概念可以很好的解释为什么木头在燃烧后质量会大幅度的减少。
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地球上的能源可以分为三种,“太阳能”“地球本身的能量”“天体引力产生的能量”,地球上所有的可燃矿物和物质,基本都是源自于太阳能的转化,植物利用光合作用,汲取源自太阳的能量,吸收二氧化碳排出氧气,并通过内部反应制造出其他的有机物,而植物又会被其他的动物吃掉,动物会释放二氧化碳,在长时间的循环中,产生了大量的煤炭和石油,因此人类日常生活中使用的大部分能源其实还是源自于太阳。
地球本身内部产生的热能,或者是月球引力产生的潮汐能,对于人类消耗的能源来说,只是整体的很小一部分。
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