求解关于温度和分子间距离的问题

当一个空间温度为100度以上,空间中的一滴水汽化了,微观的话水分子之间已经距离很远,是不是宏观来说他们会形成一个体型庞大的气体球?也就是说因温度升高分子间距离会越来越远,... 当一个空间温度为100度以上,空间中的一滴水汽化了,微观的话水分子之间已经距离很远,是不是宏观来说他们会形成一个体型庞大的气体球?
也就是说因温度升高分子间距离会越来越远,但始终还存在着作用力?

有没有关于温度变化和分子间距离变化的关系式?有的话给我,我需要.
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仨X不等于四
高粉答主

2013-06-28 · 说的都是干货,快来关注
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先说4个基本知识的理解,然后再说楼主的问题。

①什么是温度:温度是分子平均动能的标志,也就是分子运动速度的标志,温度越快说明分子运动速度越快。所以温度和分子间距没有直接的关系,只能说温度间接影响了分子间距。

②什么是加热:加热的过程你要理解清楚,加热就是让一个温度高的物体A去接触温度低的物体B,A的分子运动很快,B分子很慢,A的分子去碰B的分子,把能量输入给B的分子,这样B的分子慢慢也就快了,就是被加热了。

③分子作用力是什么样的:分子间作用力比较复杂,但是大致可以描述为这样

1)分子距离非常近的时候,会有很强的排斥作用,不可能让分子紧紧贴在一起距离为0

2)分子距离比较近的时候,有很强的吸引作用,保持分子之间结合在一起

3)距离再增加的时候,分子间吸引作用变弱,到距离很远的时候,几乎没有相互作用力

总结一下,你可以把分子间作用力看成两个小球用一根弹簧连着,当被压缩的时候弹簧变短产生排斥,当被拉伸的时候弹簧要往回缩产生吸引,当拉的过于厉害的时候弹簧被拉变形了不具有弹性了,于是作用力就不明显了。

物态变化如何理解:固体(只考虑冰之类的分子晶体),你可以看成所有分子与其他分子正好处于弹簧自然长度的位置,稍微往外拉一点就有很强的吸引,稍微往里压一点就有很强排斥,所以固体保持形状,不易拉开也不易压缩;液体可以看成固体有些弹簧被拉断了,不起作用了,还有一些小团小团的分子结合在一起,看每个分子,与它靠的比较近的分子还都是处于固体差不多的状态;气体就是所有分子之间的弹簧全被打断了,基本上没什么作用力了,就到处乱跑,互相可能会碰撞,但是像玻璃球碰撞一样,撞一撞又弹开了。现在你清楚为什么物态变化的时候温度不变了吧,比如把水烧到100度,水会沸腾变成蒸汽,这过程中一直吸热,但是温度始终保持在100度不升高,因为这时外面来的速度很快的分子去碰水里的分子,正好把那个弹簧给碰断了,水分子的平均速度并没有改变。


现在说楼主问的问题,其实是两个问题,这两个问题在物理本质上有所不同。第一个问题是温度如何影响水的汽化过程;第二个问题是已经成为气体以后,温度继续升高,如何能使气体分子间距继续变大。第一个牵扯到物态变化(相变),第二个是比较简单的变化。

先说说汽化过程,这个其实上面已经说完了,是因为火的温度高,过来的高温速度很快的分子碰撞水分子,把“弹簧”撞断了,水分子之间作用力很小了,可以乱跑,就气化了。这是一个作用力彻底改变的过程,瞬间很猛的碰撞把分子撞远了,然后回不来了。这没有什么公式可说。

第二个问题,已经变成蒸汽了,接下来再加热,如果气体的体积是可以自由膨胀的话,那体积会增大,分子间距会增加。你可以看成温度加高了速度更快,最远的分子能在不受干扰的情况下跑得更远,稍微近一点的分子也往远跑,这样下去最后平均间距就拉大了。气体的分子几乎都是自由运动的,所以楼主不要还把它想成有一个固定的球形之类的形状,更不要把它想成每两个分子间距还是固定的某个数。这些都是随机运动变化的。如果非要说间距的公式,楼上给的体积公式可以看成宏观上判定分子间距的公式,只要别的变量不变,T越大则V越大。

我还可以给另一个公式,先介绍一下“平均自由程”这个物理概念。分子之间没有固定的间隔多少了,但是每个分子,总会自由运动一段距离λ以后,再和其他分子碰撞,这段距离λ是分子所能自由运动的距离,叫“自由程”。气体里面所有分子都有一个λ,所有分子都平均一下,就得到平均自由程,平均自由程某种程度上代表了这个气体里面分子平均间距,因为分子平均走这么一段距离才和别的分子碰撞上。平均自由程的公式是

kB是常数,π是圆周率,d是分子直径,P是压强,T是温度。从这里可以看到,压强不变的话,温度越高分子平均能够自由跑的距离越长。这个概念比较有用,可以分析很多问题。我举个例子,假如你用30cm半径的瓶子装一瓶比较稀的气体,但是用这个公式算出平均自由程是1m,那说明分子之间经过1m才碰撞,但是你的瓶子只有30cm,于是分析出,瓶子内的气体分子,绝大多数都是和瓶子碰来碰去,气体分子与气体分子之间的碰撞很少。


说了这么多不知道你有没有个大致的观念,如果楼主是初中生当然不强求学会这些,但是温度是平均动能的标志,这必须清楚,还有一些理解性的东西最好能理清。

创远信科
2024-07-24 广告
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先说答案
你说的 温度与分子间距离变化的关系是 没有关系
其次 你的推论:
因温度升高间的距离会越来越远(这里错了),
始终还存在的作用力(后一句对了但跟前面毫无关系)。
考虑问题不够全面 前后不存在任何因果必然关系

温度升高只会让分子的不规则运动加速(就是布朗运动),但不会使它们的相互的距离增加。
分子之间会相互碰撞,这会产生物体本身的内能,加热使布朗运动加剧,只会增加物体本身的内能。
内能的讨论只限定于一组的分子,对于单个分子,讨论整体的内能无意义

不知道为什么你会有这种猜想 既然你有这样的猜想我帮你合理的完善这个理想实验

假设有一个空间,他完全没有任何力的作用,完全没有任何物质,是真空而且里面的物质都是完全可人工控制的,而且这个空间是无限大的。

然后我在这个空间放一滴水 这滴水本身马上就会化成水分子分散掉 完全没办法讨论这水是什么状态的。因为蒸汽不一定只存在于100度以上的空间,液态水不一定只能在0-100度,冰不一定只存在于0度以下。
水蒸气常温空气里面都有,只不过他们不足够聚合成一个水滴而已。
其他的例子很多,比如过冷水就是存在0下温度的液态水。
过冷水的介绍:http://baike.baidu.com/view/384647.htm
上面介绍了水结成冰是需要条件的,不仅仅是0度以下就可以让水结成冰。
只是这个条件一般都很容易被达成,你就忽略了这个条件。

物质形态里面 固态 液态 气态 的变化不是严格只跟温度相关
这些形态的变化严格上说 是分子堆积方式的不一样使得从宏观上具有一定的理化性质
不见得就是一定具有 只跟随温度变化 的形态变化

回来说你的理想实验 水会马上分散掉
因为空间是真空的,水分子会马上想要把这个空间瓜分掉,而这个空间又是无限大的,
那水会马上根据他们分子之间的排斥力相互推开对方,一直到能平均分配这个空间为止
我上面假设了这个空间是没有任何力的影响,只讨论这滴水
这种情况下 水分子会像爆炸一样向外飞,而且是不停的往外飞
因为空间是无限大的,而水分子之间相互排斥力是他们唯一的受力
因此他们之间尽可能的想要相互分开
当每一个水分子都分开的时候就无从讨论这个水分子是什么状态了
因为物质的状态讨论的对象是一堆分子的排列方式
而水现在是拼命想要分开想要单独每一个水分子跟其他水分子分开 不存在排列
也就无从讨论到底是什么状态的水分子了

至于温度
在这个理想实验下 温度的高低没有任何影响结果的可能性
温度唯一的影响就是 让这个水分子分散的过程加快
因为温度高的情况下分子的布朗运动会加快,愈发的不稳定,加速了这个瓜分空间的过程。

同理
你放入一个冰块,一坨水蒸气,他们都是会像爆炸一样马上分开成单独的水分子。
你放入这个水滴的时候他的温度是高温,是低温,是常温,也是会马上分散开来,跟这个空间的温度毫无关系。

综上所述,
1分子之间始终存在作用力 跟任何条件都没有关系
2温度升高不使得分之间距离产生任何变化,只是让它们变得更活跃而已。
3距离变化是你这个理想实验下才会产生的现象,在实际生活中就能找到这个理论的错误。

如果水可以因为温度升高,分子间距离会越来越远。是正确的话
那每一次把水煮沸都是一次爆炸,因为你把水的温度升高了,
他们的分子间距离要越来越远,烧水的壶肯定装不下这么大的内能,
水壶会因为水分子间距离变大而炸掉。
显然,这个推论是不合理的。
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frozencliffs
推荐于2016-12-02 · TA获得超过9850个赞
知道大有可为答主
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分子间距离反映的是分子的平均势能,而温度反映的是分子的平均动能,两者没有直接的关系,对于气体来说,分子间距离和体积成正相关,而气体的体积与温度近似遵守理想气体方程:pV=nRT,即在压强不变的情况下气体体积与热力学温度成正比,而由于分子间距离增大为n倍,则气体体积增大为n^3倍,由此可知,压强不变的情况下,气体分子间距离的三次方与热力学温度成正比。
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