木材燃烧变为灰烬,损失的重量去哪里了?
【木材燃烧变为灰烬,损失的重量去哪里了?】大家应该都对质量守恒定律和能量守恒定律耳熟能详 , 无论是质量还是能量 , 在一个完全封闭的系统内 , 它们在进行化学反应的过程中 , 反应前后无论物质形态发生何种变化 , 其质量或者能量始终保持一下恒定的状态 , 这两个守恒定律是支撑近现代物理体系大厦的重要基石 。
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爱因斯坦在提出狭义相对论以后 , 根据洛伦兹变换 , 推导出了著名的质增方程 , 即物体在运动状态下 , 其运动质量会随着运动速度的变化而变化 , 其运动质量与静止质量之间的关系为:m=m0/(1-v^2/c^2)^(1/2) , 在绘制出质量和运动速度的曲线之后 , 我们可以发现 , 当物体运动速度较低时 , 运动质量的增大变不明显;而当运动速度不断增加接近光速时 , 则物体运动质量会呈指数级增长趋势 。
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随后 , 爱因斯坦又在质增方程的基础上 , 结合动能定理和动量定理 , 推导出物体在不同的惯性参照系条件下 , 所具有的能量与质量变化之间的关系 , 这就是另一个著名的方程-质能方程 , 即E=(m-m0)*c^2 , 而物体质量与能量之间的对应关系 , 可以用关系式E=m*c^2来表达 , 这个关系式将物体的质量与能量进行了统一 , 也就是说一个物体可以用质量来进行表达 , 也可以用能量进行表达 , 二者在本质上是没有区别 。 不过 , 爱因斯坦发现质能方程式 , 并不知道原子核中能够蕴含很大的能量 , 这个方程想表达的也只是质能的对应关系 , 而不是转化关系 。
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随着对原子特别是原子核研究的逐步深入 , 科学家们发现在利用中子来轰击重核元素时 , 会发现重核元素会通过核裂变的方式转化为原子序数较小的新元素 , 在此过程中释放大量的能量 。 然而科学家们在做这样的实验时 , 发现反应前后的总质量无论如何都不能保持一致 , 以玻尔为代表的一些科学家一度认为质量守恒是不准确的 。 当时 , 有另外一些科学家想到应用质能方程来解释这个问题 , 认为应该是某种监测不到的物质 , 携带着一定的能量释放出去了 , 能量的损失也就决定了反应前后质量的亏损 , 最终捍卫了守恒定律 。
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常见的木材燃烧是一个典型的化学反应 , 更确切地说是一种氧化还原反应 。 物质的燃烧需要三个基本条件 , 即可燃物、助燃剂(氧气)、达到燃点 。 干燥的木材主要组成为木质素、纤维素和半纤维素 , 这些组成物质都是可燃物 , 当反应系统中的氧气浓度达到一定水平后 , 通过火源加热木材 , 达到燃点之后就能够实现燃烧 。
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从元素构成来看 , 木材中占比最多的是碳元素 , 其次为氧 , 然后为氢 , 另外还有不到1%的“杂质”以及0.5%左右的氮元素 。 对于占比最多的碳来说 , 其与氧气发生燃烧以后 , 根据燃烧的充分程度 , 其产物为二氧化碳或者一氧化碳;碳氢化合物中的氢 , 则在燃烧过程中形成水 , 在高温下以水蒸气的形式释放出去;木材中的氧元素与氧气一起 , 成为最终产物二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等物质中氧元素的来源 , 同时也成为燃烧产物灰烬(以无机盐为主)的重要来源 。
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