一升0度的水與一升100度的水混合，是兩升50度的水嗎？實(shí)際上不是
如果你現(xiàn)在很渴，但只有一升0度的冷水和一升100度的開水，你該怎么辦？ 將兩升水混合在一起，我們可以得到兩升可飲用的50度水嗎？
事實(shí)上，事實(shí)并非如此。 首先，50度的水是不能進(jìn)嘴的水的密度多少每升，別說是50度，就算是40度，入口也有點(diǎn)燙，而且喝熱水對氣管和胃都不太友好。 其次，我們得到的不是兩升水。 第三，混合在一起的水不是50度。
這是否違反常識？ 因?yàn)樵诔＠碇校覀儠堰@個問題看成是一個簡單的物理問題，而物理問題一般都是理想化的。 但實(shí)際上，這是一個數(shù)學(xué)問題，因此必須綜合考慮幾個激勵因素，第一個是水的密度，第二個是水的比熱容。 水的密度不是1000g/L嗎？ 是的，但這是數(shù)學(xué)老師告訴我們的數(shù)據(jù)。 之所以采用這樣的固定數(shù)據(jù)，是為了讓考試時更加方便。 不然出題者還得把水溫寫清楚，有點(diǎn)太麻煩了。
事實(shí)上，水的密度是不斷變化的。 在3.98攝氏度時，水的密度最大，隨著溫度的繼續(xù)下降，密度會逐漸減小。
為什么體溫會影響水的密度？ 這要從室溫的性質(zhì)開始。 溫度是多少？ 溫度就是運(yùn)動。 世界上的一切物質(zhì)都是由分子和原子組成的，而分子和原子時刻都在運(yùn)動。 雖然它是一塊看似一動不動的石頭，但它內(nèi)部的分子卻一刻也沒有停止。 唯一的區(qū)別在于運(yùn)動。 只是很慢。
物質(zhì)內(nèi)部分子的運(yùn)動速度越快，物質(zhì)的濕度就越高。 反之，運(yùn)動速度越慢，物質(zhì)表現(xiàn)出的溫度越低。 如果物質(zhì)內(nèi)部的分子完全靜止水的密度多少每升，則該物質(zhì)將顯示為絕對零度，即負(fù)273.15攝氏度。
室溫越高，物質(zhì)內(nèi)部的分子運(yùn)動速度越快，而水是由水分子組成的，溫度越高，水分子的運(yùn)動速度越快，而運(yùn)動速度越快，分子間的差距就越寬。分子的密度越大，密度越低，因此隨著溫度的下降，水的密度會增加。
因此，相同質(zhì)量下，水的溫度越高，體積越大。 既然如此，為什么體溫較低的冰體積卻比水大呢？ 這是另一個問題，因?yàn)楫?dāng)水結(jié)冰時，分子會締合在一起，形成一個巨大的締合分子，而冰中水分子的結(jié)構(gòu)是每個氧原子有四個氫原子作為相鄰的多面體結(jié)構(gòu)，這樣的開放結(jié)構(gòu)促進(jìn)了還原空隙，所以冰的體積自然大于水的體積。 但我們不需要考慮冰的問題，我們這里討論的只是0攝氏度的水。 在你的印象中，0攝氏度代表的是冷水混合物，但實(shí)際上既有0度的冰，也有0度的水。
如果你想把0度的水變成0度的冰，就需要釋放一點(diǎn)熱量。 相反，如果要把0度的冰變成0度的水，就需要吸收一點(diǎn)熱量。
現(xiàn)在我們明白為什么不同水溫下水的密度不同了。 0度和100度時水的密度是多少？ 0度時水的密度為99.84g/L，100度時水的密度為958.36g/L，所以將兩者結(jié)合起來，我們將得到1958.2g水。 有了水的質(zhì)量，為了知道水的最終體積和濕度，我們還需要考慮另一個因素，那就是水的比熱容。
比熱容是多少？ 比熱容是指一公斤水下降或升高1度時吸收或釋放的熱量。 由于水富含強(qiáng)官能團(tuán)，而官能團(tuán)在加熱室內(nèi)會吸收大量的熱量，所以水的比熱容比較大，也就是說，當(dāng)水升溫時，會吸收大量的熱量。大量的熱量，冷卻后會釋放出來。 熱量巨大，這就是我們通常用冷水來加熱食物，用冰水來冷卻食物的原因。
與密度一樣，比熱容也會隨著溫度的變化而變化，但其變化幅度不是很大。 0攝氏度時水的比熱容為4.216，而100攝氏度時水的比熱容為4.212。
然后，我們就可以根據(jù)能量守恒定律來估算出最終的數(shù)字。 本著“如非必要，不增加公式”的科普原則，我們不會列出估算過程，而是直接給出估算結(jié)果。 最終結(jié)果是，一升 0°C 的水與一升 100°C 的水混合，最終會得到約 1.99 升 48.6°C 的水，總重量為 1958.2 克。 對于我們來說，一升0度的水和一升100度的水是否會產(chǎn)生兩升50度的水并不實(shí)際，但最終的結(jié)果顯然與兩升50度的水相差不大很多，所以就當(dāng)做一次有趣的化學(xué)知識闡述吧，如果你有不同的意見，歡迎討論。