文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
水是可以压缩的 , 只不过很难水和空气都是流体 , 空气可以被压缩 , 水却不行 。 一般我们认为液体是不可压缩的 , 比如水压机和油压机就是通过液体来传递压力的 。
其实 , 一切物质皆可以压缩 , 因为分子与分子之间存在间隙 , 原子与原子之间也存在间隙 , 而原子内部更是存在广阔的空间 , 它的体积99%都集中在一个很小很小的原子核上 。 想要将它们压缩 , 就需要克服分子、原子之间的斥力 , 但所需要的压力极大 , 一般很难达到 , 所以通常认为液体和固体是不可压缩的 。
在常温常压下 , 纯水的密度大约为1吨每立方米 。 海水中由于含有盐等其它物质 , 所以密度比纯水高 。
压力可以改变物质的密度 。 在地球海洋中 , 深度每下降10米左右 , 海水的压力就会增加一个大气压 。 在1万米的深海 , 那里的压力达到了1000个标准大气压 , 是海平面压力的1000倍 。 在巨压之下 , 水依然是液态的 , 密度却比海平面水的密度高了5%左右 。 可见水确实可以压缩 , 只是比较难 。
温度的变化也可以改变水的密度 。 大多数物质存在热胀冷缩现象 , 可水在4℃~0℃时会出现反常膨胀现象 , 也就是热缩冷胀 。 水在4℃左右时密度最大 。 此外 , 水结冰后 , 体积也会膨胀 , 不过冰依然遵循热胀冷缩 。 罐装饮料禁止冷冻就是为了防止爆瓶 , 特别是碳酸饮料 。
把100立方米的水压缩成1立方米 , 需要多大的压力?100立方米的水大约100吨 , 压缩成一立方米 , 那么它的密度将达到100吨每立方米 。 地球上密度最大的物质是金属锇 , 它的密度大约为22.6吨每立方米 , 即使是地核的密度也比不上它 。
100吨每立方米的物质在地球上是不存在的 , 我们只能前往宇宙寻找它的身影 。 研究显示 , 太阳内核的密度大约在150吨每立方米左右 , 比100亿吨每立方米高一些 。
在宇宙中 , 100吨每立方米并不大 , 还有密度更高的物质 。 白矮星上的物质密度可以达到100万吨每立方米 , 在这种状态下 , 连原子核外的电子壳层都破碎了 , 处于此状态下的物质被称为超固态物质 。 而中子星上的物质密度更是高达100万亿吨每立方米 , 处于这种状态下的物质被称之为中子态 , 因为在这种状态下连原子结构也破碎了 , 核外电子已经被压进原子核 , 并与核中的质子结合 , 变成了中子 。 密度再往上 , 达到临界值 , 由于小范围的空间内聚集了太多物质 , 连时空都会“破碎” , 形成几乎可以吞噬一切的黑洞 。 此时物质去哪了 , 是什么状态 , 连科学家都不知道!
根据科学家的估计 , 太阳的内部压力相当于3000亿个标准大气压 。 那想要把水的密度压缩至100吨每立方米 , 估计至少需要上百亿个大气压 , 这样的压力通常只有在恒星级别的天体中才能实现 。
虽然人类已经能够在大型强子对撞机中产生仅次于黑洞内部的压力 , 不过这只适用于微观物质 , 根本无法用来压缩宏观物质 。 所以 , 将100吨的水压缩至一立方米 , 目前人类还没有这个能力 , 根本办不到 。
水压缩到这种状态 , 会发生什么变化?水是由分子构成的 , 只要施加压力 , 分子间的间隙就会变小 , 密度就会增大 , 只不过在压力不够大时 , 这种变化并不明显 。 压缩做功会使物体的内能增加 , 温度升高 。 当压力足够大时 , 水分子不仅会紧紧地挤在一起 , 连水分子的化学键也会断裂 。 此时 , 化学意义上的水就不存在了 , 取而代之的是由氢和氧构成的特殊物质——等离子体 。
太阳内部的高密度物质是等离子体 , 温度高达1500℃ 。 太阳之所以会发光发热 , 就源于内部的核聚变反应 。 如果100吨的水被压缩至一立方米的空间范围内 , 是不是意味着有可能会发生氢核聚变 , 变成一个小太阳?事实并非如此 , 物质密度达到100吨每立方米 , 所形成的高温高压条件还不足以和太阳内部媲美 , 况且太阳内部之所以能够持续不断地发生核聚变 , 还取决于质量上的规模效应 。
推荐阅读
- 太阳正以每秒400万吨的速度损失质量,地球会由此远离太阳吗
- 通过一些自然现象,可以预知冬季的气候
- 大熊猫告诉你:吃素为啥也能胖?吃草的牛也能长肌肉
- 托卡马克和仿星器的主要区别
- 核事故对人类的影响有多大,我们需要发展核能吗
- 首次拍摄到超新星爆发前后,是科学理论被颠覆,还是完美验证?
- 中国这5项黑科技独步全球,连美国都羡慕不已,那它们都是什么?
- 人类文明再发展1000年,会怎样?科学家给出肯定答案,超出想象
- 核聚变是文明能源的趋势
- 完全不同,一家美国商业公司制造的核聚变反应堆令人大开眼界