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水能被压缩吗?

十万个为什么 空空 2024-3-21 17:51:06 3次浏览

关于问题水能被压缩吗?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【于泽纯】的最佳回答:

关于这个问题,最简单的回答是每种东西都能压缩。

事实上,压缩气态物质比压缩其他任何形态的物质要容易得多。那是因为气体是由相距很远的分子所组成的。例如在普通的空气中,实际分子所占的空间大约是整个体积的十分之一。在压缩某一气体时,仅仅需要克服分子本身的无规则运动所形成的扩张倾向,将它们更紧密地推压到一起,把分子之间的一些空处挤出,用人的肌肉力量就能够容易地做到这一点。例如,当你挤压一个气球时,你就是在对空气进行压缩。就液体和固体而言,组成它们的原子和分子只是近于互相接触。借助于每个原子外层区域中的电子的相互斥力,这些原子和分子不再进一步靠拢。这表示液体和固体分子的抗压力比气体中分子运动的抗压力要强得多。这意味着人的肌肉不能再做压缩液体和固体的工作,至少没有明显的效果。假定你把一定量的水倒入一个上边开口的刚性容器里,并把一个密闭的活塞装入开口内,使它与水面接触。如果你用全力把活塞往下压,你就会发现,它不会明显地移动。由于这个原因,人们常说,水是“不可压缩的”,而且它的体积不能够挤得更小。其实并不是这样。当你把活塞向下推时,你确实压缩了水,但压缩的程度不能测量出来。如果能够施加比人的肌肉大得多的压力,那么,水的体积或者任何其他液体或固体的体积的减小量,就会大到能够测量出来的程度。例如用每平方厘米 1.1 吨重的力量压缩 100 升的水,它的体积就会缩小为 96 升。随着压力的进一步增加,体积就会进一步缩小。在这种压缩力下,可以说,电子越来越靠近原子核了。如果压力更大,比如说,压力相当于在巨大引力作用下成千上万公里厚的物质堆积起来的重量时,静电排斥力就会完全不起作用。电子就不能在轨道上围绕着原子核运动,而会被推开。然后物质就由不带电子的原子核组成,而电子则飞来飞去作无规则的运动。原子核比原子小得多,因此,这种“退化的物质”大部分还是空的。地球中心的压力或者甚至木星中心的压力都不足以形成退化物质,但是在太阳的中心有退化物质。一个完全由退化物质构成的恒星,可以象太阳那样重,但是体积却不比地球大。这就是一个“白矮星”。它能够在它自己的重力下进一步地压缩,直到它由互相接触的中子所组成。这样一个“中子星”能够具有太阳的全部质量,但被压缩成直径为十几公里的球体。天文学家认为,它还能够进一步地压缩,直到变成体积为零的“黑洞”。

【2】、来自网友【星辰大海路上的种花家】的最佳回答:

水能被压缩吗?

相信很多朋友都是老司机了,车辆进水后千万不要点火发动,因为气缸内可能会进水,曲轴会通过连杆推动活塞压缩进入气缸内的水,但水是不可压缩的,因此气缸、活塞、连杆和曲轴肯定有一个会损坏,一般是连杆居多!

连杆断裂,敲破缸体,轻则发动机大修,重则报废!这就是试图压缩水的后果,但世界万物都不是那么绝对,如果施加以无穷大的压力,从理论层面上来看水是否真的可以被压缩?

从水分子结构层面上来看,水的可压缩程度

空气是我们最常见的可压缩物质,比如空压机就是干这个用的,当然我们还能看到二氧化碳气罐,也能看到氧气罐甚至煤气罐,空气能被压缩是因为分子间隙非常大,比如氧气在室温下分子间距大约为 3 纳米,而氧分子的直径大约为 0.3 纳米,从理论上来看,如果将氧气压缩到分子挨个排列的话,大约可以压缩 1000 倍,也就是 1000 个大气压,当然这个基本不太可能,一般的氧气瓶大气压也就 150 个左右!

跟气体相比,液体和固体的分子间距就小多了,但并不是说没有,它仍然具有一定的间隙。

相对而言固体分子的间隙比液体分子之间的间距要小一些,但对于我们一般的压缩而言,液体和固体都是不属于可压缩的物质,但由于液体的流动性,因此我们会用液体中的水或者油类用作传递力的介质,比如万吨水压机或者油压机。

水有一种奇怪的特性,即温度高和温度低水的体积都会膨胀,只有在 3.98℃时的体积是最小的!这是水分子的氢键在其作用,结冰后分子之间的连接会形成规则的六边形结构,因此体积反而会变大!而水分子之间的连接不能形成共价化学键,因此水分子的分子间距会远大于水分子原子间化学键的距离,这个距离我们在分子级别上压缩水的机会!

但我们一般意义上的压缩都不会大幅减小水的体积,因为这需要极大的压力,比如在 100MPa 的压力下水的体积才会减少 4%,也就是 1000 个大气压左右,比如在马里亚纳海沟底部的压力大约就是 1100 个大气压,因此在这个深度的水密度要比海平面上的海水大约要高 4%左右!

从原子的角度来看看水的可压缩程度

不存在水原子,因为到了原子这个层面,水分子式 H2O 都会被解离,事实上也很简单,因为压缩会伴随着超高温出现,当温度升高到 2000-3000℃时,这个能量超过了水分子结合的键能,因此水被解离成了氢和氧!

有朋友认为继续压缩,氢原子的电子会被压入原子核与与质子中和成中子,其实这个结果最终确实会发生,但事实上会先经历另一个过程,因为继续压缩下的超高温会导致氢原子的电子会游离,而原子核靠的比较近,形成一种金属氢的怪异物质,因为存在自由电子,它是会导电的!

假如压力继续增大,原子核靠的更近,假如这种氢是轻水,即解离后是 H2(氕),那么在伽莫夫因子条件下,它们将在一定概率下穿越库仑斥力壁垒结合在一起,这就是氕的质子链反应第一步!

1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV,Q(v)=0.265MeV ;

上述就是氕氕的聚变反应!

如果这种水中含有重水,那么解离后的氢原子就是 D2,也就是氘,请勿小看这个氘,因为它的存在会让聚变的条件更容易发生!而且产生的能量会更大!

2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV;

氘有一个中子和一个质子,它与氧结合会形成重水,在自然界中的比例小于万分之二!

如果继续施压这些物质会继续反应,氦三结合会形成氦四,而氦四后的反应顺序则为:

氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

只要无限施加压力,这就是物质转变的过程,最终这个无限压缩的水将会变成铁,因为镍-56 会衰变回铁,铁以后再无限压缩,那么它将进入另一个阶段!

从原子核层面看压缩

到了铁之后的压缩就像超新星爆发的恒星铁核坍缩一样,唯一不同的是这是压缩而不是超新星爆发,但坍缩过程几乎一样。继续压缩出现的变化:

电子会被压缩到原子核周围,形成电子简并态物质

这是电子简并力提供的一种支撑力,它并不属于四大作用力,而是费米子不能处于同一个能级,它会阻止继续压缩而成为电子兼并态物质。

电子会被压入原子核,与质子中和成中子,形成中子简并态物质。

继续施压会形成夸克简并态,直至夸克简并态也也无法支撑最终坍缩成没有直径的黑洞

以上是对水无限施压的一系列后果,这个过程从水开始,会历经各种元素到铁,然后成为电子简并态物质,中子简并态,夸克简并态最终成为黑洞,可能宇宙中每天都在发生这样的过程,但地球上是不可能达到这个条件的,因此我们只能从科学角度上做个分析!

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