Question

物理：有关能量的问题

一个有关能量的小问题。

把一根铁质弹簧放入稀盐酸，反应过程中会放热，能量可以理解为化学能转换成热能（化学键拆分重组）
如果，将此弹簧压缩（外力对其做功，储存为势能，此时弹簧能量升高），将其以被压缩的形式放入稀盐酸中（用不会和盐酸反应的物质固定住被压缩的弹簧就可以。）如此，弹簧仍然会和盐酸反应，且放出同样的热（键能不变）。
请问，被压缩产生的弹性势能去哪儿了？
悬赏不够可以加，请务必先看完问题再详细回答。

Answer 1

弹簧的势能为w=1/2*K*x^2，计算出来跟盐酸反应发热对比起来非常的小，可以把势能忽略掉，

而稀盐酸的比热容把它当成水看待就是4.多千焦每度千克，这个跟弹簧势能对比起来也是相差甚远，所以通过发热来检测弹簧的势能这个实在是太微弱了

追问

请不要忽略，我问的是原理。如果胡克系数足够大，势能是不能忽略的。

追答

铁的胡克系数才19，就算你拉长1m，也就19/2=9.5J，但是
Fe + 2H(+) = Fe(2+) + H2 0 0 -89.1 0 放热89.1 kJ/mol
1mol就有这么多的热量，是不是就算你有点势能散发到盐酸中也可以忽略不计了呢？

追问

1. 我问的是原理性问题，而不是实际。

2. 势能怎么散发到盐酸中？这才是我要问的问题
   

追答

随着反应，弹簧分子由于存在势能使得，他们相互之间斥力或者引力，这个造成分子之间的距离有变化，而导致键能的变化，使得反应的时候所需要的活化能相应的降低，这个能量估计就是这样子传到溶液中的

Answer 2

弹性势能是因为物体发生弹性形变时，各部分之间存在着弹力相互作用而产生的。它的大小随各部分之间相对位置变化而变化。弹性势能是以弹力的存在为前提的。
既然没有弹簧了，就不会有弹性势能了
另外，弹簧是不会自己压缩的，这样就一定有固定的东西和弹簧一起投入盐酸，这样的系统是无法形变的，相当于一个塑性物体，无所谓弹性势能

求采纳~

追问

你这样说，那我压缩弹簧时候给他做的功去哪儿了？

追答

理想化的话还是热能，化学能，但实际上是化学能，热能和机械能
压缩后的分子间距较小，受到分子间相互作用力，对分子热运动和化学反应初始焓值有影响的
但是腐蚀的时候是不可能均匀的，很可能弹簧会先松开

刚才焓变打错了，求采纳~

追问

恩。假象理想状况。均匀腐蚀。
分子间作用力是一个靠谱的解释。
那么以后写热化学方程式，铁和盐酸变成氯化亚铁的时候，是不是铁除了注明固态，还要注明非扭曲状态呢？其他可能带有弹性势能的物体也是

追答

没必要吧。。这个看考试要求了吧

难道写化学方程式的时候还写温度压强吗？这个影响比弹性更大的

追问

的确要写温度压强的。
不写的话为默认状态。101KPa，25℃

追答

哇！你们要求真高！
但是我还觉得要是老师不强调，就不用写（原谅我一生放荡不羁爱自由），要是都写条件，是写不完的
也可以问问老师啊，会夸你的

追问

宏观的压缩真的会影响到铁原子和铁原子之间的间距吗？原子间（分子间）距离一定程度上反应宏观物质的状态，我以前认为只和宏观温度有关（如水蒸气，分子间距离大，水液体，分子间距离小）。
请问，压缩改变这个距离，就是类似于压缩氢气变成液氢这样吗？

追答

是的
不知道你们学了晶格能没啊
晶体内部原子是按一定的几何规律排列的。为了便于理解，把原子看成是一个球体，则金属晶体就是由这些小球有规律堆积而成的物体。为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些连接起来，构成有明显规律性的空间格架。这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格，又称晶架。
这个就说明间距宏观微观相关的
话说如果不相干，那怎么能说物体由分子构成呢

追问

是不是，宏观压缩改变的原子间（分子间）距离太过于微小，所以没有像温度改变那样，让物质的宏观形态产生明显改变呢？（这是最后一个问题，回答采纳了）

追答

是的，距离改变很小，而且本身就有很大空间（就像502粘胶）

而且就算是在晶格能中，离子电荷量影响都是大于距离改变的

Answer 3

大概有两种解释，个人觉得是
弹簧宏观上的弹性势能体现在微观上就是分子间、分子内的化学键的扭曲，数量巨大的化学键被扭曲所储藏的能量在宏观上就以整体的势能得以体现了。在微观上，这种弹性势能则被分散在每一个化学键里面了——也就是说每个化学键都是一根小弹簧。

那么当弹簧浸入酸液被腐蚀的时候（我们来假设一种理想状况，既弹簧整体被同时瞬间腐蚀掉），这个时候所有扭曲的化学键的弹性势能都会被释放出来——我们甚至可以理解为每个被腐蚀产生的离子要比弹簧不压缩的情况下“弹”出去得速度更快，也就是体系内能更大。

再从宏观上来看的话，就是这样的场景了——所有弹性势能最终都变成了酸性溶液（内含弹簧分子或离子）体系的内能了。所以压缩弹簧泡进酸液要比不压缩弹簧泡进酸液总体系温度更高，当然这种差别大抵是温度计测量不出来的。
不做伸手党好吗
还有一种解释等你自己猜一下

追问

弹性势能是化学键的扭曲.......
好的学到了，等我确认。照你的说法，被扭曲的小分子被溶解恢复原状，带动水分子产生动能，然后碰撞摩擦变成热能对吧。

追答

圆珠笔中的钢制细弹簧，用打火机烧一下之后，（可能由于钢的碳含量发生变化？）弹簧的弹性会发生极大的改变，甚至变成铁丝一样任人蹂躏。

说这件事情的原因在于，“火烧”这个动作改变了弹簧的劲度系数（胡克系数）。——或许您现在知道为什么我要“反对”之前的几个答案了，浸在酸里面，材料被腐蚀的过程中，弹簧的劲度系数也在变化。

我们知道，对理想弹簧，其弹性势能 ，在题目的这种情况下，形变量可以认为没有变化，然而如前所述，劲度系数是变了的，所以结论很自然，弹性势能会减少。我猜这才是题主问这个题目的出发点，——势能真的少了，可是去那儿了呢？

要弄清楚这个问题，单纯宏观的“弹性势能”就不好使了……我们知道，自然界中存在四种基本力，弹力本质上是电磁力的宏观效果。说的科普一点，是分子间作用力的一种宏观表现。好的到这里我们基本上已经接近真相了，弹性势能是什么？分子间势能的宏观效果；那么，如果分子间的排列、结构发生了变化，它们之间的势能会不会发生变化？所以宏观上劲度系数会不会变？
摘自知乎

追问

请假想理想状态。弹簧完全铁质且有弹性。不要吐槽我为什么纯铁有弹性。不行就换一种金属好了

Answer 4

黑烟说明燃烧不充分。锅炉周围温度高说明锅炉将大量能量以热辐射形式释放到外界。改进措施：通入足量空气使燃料充分燃烧，增添隔热层。
采用冷凝的方式，在烟气管道周围设置冷凝装置，并合理利用余热。
请采纳答案，支持我一下。

追问

请不要搞笑。你的回答和我的问题没半毛钱关系

Answer 5

由能的转化和守恒定律，弹簧被压缩产生的弹性势能，随弹簧的溶解转化为系统内能使溶液温度升高。

追问

如何转化？你确定吗？能量不是说转化就转化的。被压缩的弹簧在盐酸内仍然只能发生化学键拆分重组的放能反应。如果势能转化为内能，请问原理？比如你说，把压缩的弹簧放在水里，然后松开手，弹簧回复未压缩状态，那么是不会直接产生内能的，而是转化为水的动能，然后部分转化为水的内能。然而，被压缩状态溶解，是无法转化为动能的。

追答

弹簧被压缩，组成弹簧分子的势能增大，随弹簧熔解势能转化为分子动能，在经过热传递，液体内能增大。

追问

分子的势能怎么变大的。铁原子之间有原子相互作用力，这个力是怎么被影响的？

追答

压缩组成弹簧的铁分子间距减小，克服分子力做功，分子势能增加。

追问

宏观的压缩真的会影响到铁原子和铁原子之间的间距吗？原子间（分子间）距离一定程度上反应宏观物质的状态，我以前认为只和宏观温度有关（如水蒸气，分子间距离大，水液体，分子间距离小）。
请问，压缩改变这个距离，就是类似于压缩氢气变成液氢这样吗？

追答

固体分子间距离很小，物体微小的形变就会使分子势能发生很大的变化，（体积增大、减小）
常温常压下氢气分子无势能，随压缩体积减小到分子斥力作用范围，分子势能对内能的影响就会体现出来了