假如把100立方米的水壓縮成1立方米,結果會如何?

天空之城 2020/10/03 檢舉 我要評論

水其實就是由一大堆水分子通過氫鍵構成的物質,需要注意的是,這些水分子並不是緊緊地挨在一起的,而它們之間的距離之所以難以被壓縮,是因為水分子之間存在著強大的斥力。也就是說,如果我們對水施加足夠的壓力,那麼這些水分子就可能會挨得更緊密,從宏觀的層面來看,水的體積就被壓縮了。

事實上,在已知的地球上最深的海溝——馬里亞納海溝的底部,海水的體積就被強大的壓力(約1100個標準大氣壓)壓縮了大約4.74%(注:與在1個標準大氣壓下的海水相比)。那麼為什麼我們一般都會認為,水是不可以被壓縮的呢?答案其實很簡單,那就是水分子之間斥力實在是太強了,以我們人類現在的實力,根本就無法創造出能夠對水進行有效壓縮的壓力。

除此之外,水分子的內部也不是緻密的,水分子的分子式為H2O,也就是說每一個水分子都是由兩個氫原子和一個氧原子通過共價鍵構成,而在這些原子之間也是有間距的。進一步講,這些原子又是由原子核和電子構成,在它們之間,依然是很空曠的,有多空曠呢?科學家告訴我們,原子的內部有99.9999%以上都是空的。

由此可見,只要壓力足夠大,水就可以被大幅度的壓縮,那麼問題就來了,假如把100立方米的水壓縮成1立方米,結果會如何呢?

在這種情況下,水的體積縮小了整整100倍,如此巨大的壓縮幅度已經超過了水分子之間的間距,這就意味著,水分子之間的氫鍵會發生斷裂,那麼我們是否就得到了一大堆「零散」的水分子呢?答案是否定的。

我們要壓縮水就必須對水做功,從能量的角度來看,就是將外界的能量轉化為水的內能,而內能又與溫度密切相關,總的來說,一個物體的內能越高,其溫度就越高。很明顯,我們要把100立方米的水壓縮成1立方米,就必須要有巨量的能量輸入,而它們都會轉化為水的內能(不考慮能量損耗)。

因此可以說,如果水被壓縮成了這種程度,它的溫度將會大幅上升,具體會升到多高呢?其實我們可以參考一個實例——太陽,由於太陽的質量巨大,其核心的物質就會在太陽自身的重力作用下被高度壓縮,同時產生極高的溫度。資料顯示,太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度,而在這裡的物質密度大約為150克/立方釐米。

經過簡單的計算我們就可以得到,當100立方米的水壓縮成1立方米之後,物質密度就可以達到100克/立方釐米,這與太陽核心的物質密度已經差不了太多了,由此可見,當100立方米的水壓縮成1立方米之後,其溫度將會高得離譜。

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