假如把一百立方米的水压缩成一立方米,结果会怎样?为什么?

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将100万立方米的水压缩到1立方米,会发生什么?这是一个有趣的问题。

“液体不能被压缩”是一个为了简化计算而确立的概念。事实上,对液体施加压力是可以改变它的体积的,只是这个改变非常微小,微小到可以不影响计算结果。那么,能不能大幅度增加液体的密度呢?

我们先从原子的结构说起。

大家都知道,原子是由原子核和核外电子构成。原子的质量99%以上集中在原子核上,但原子核只占原子体积的非常小的比例。

图:


氦原子结构示意图

从上图可见,原子体积的绝大部分是被电子云占据的。原子的内部实际上是非常的“空旷”。这就给压缩原子提供了空间。

自然界中发生的“压缩”现象

如果提供住够大的压力,任何物质都可以被压缩。在自然界这种情况是非常常见的。当然,这个自然界是指的宇宙。

如同太阳这么大的恒星,在核聚变燃料耗尽后,会发生重力坍缩,在巨大的万有引力作用下,会形成一种叫“白矮星”的星体,一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小。这个时候,原子核外的电子被压缩到了最低能量级。此时物质的密度达到了1吨/cm³。

图:白矮星



如果恒星残余核心的质量大于1.4个太阳质量(钱德拉塞卡极限),万有引力的压力会把电子压入原子核,形成中子星。中子星的密度为8千万吨~20亿吨/cm³。

图:中子星

如果恒星残余的核心大于3.2倍太阳质量(奥本海默极限),就没有什么可以阻止恒星的重力坍缩了。它会成为一个黑洞。黑洞密度的计算方法与上面不一样,它的体积是黑洞的“视界”,黑洞的质量越大,视界半径就越大,所以它的密度会随着质量的增大而减小,超大质量的黑洞甚至比空气的密度还小。当然,它的核心被认为是一个密度无限大的“奇点”。

图:黑洞

100万立方米的水被压缩到1立方米的体积,密度为100万吨/m³,也就是1吨/cm³,对比上面的数据看出,已经达到了白矮星的密度,但远未达到中子星的密度。

压缩水的过程中会发生什么?

由于水的组成为氢和氧元素,在压缩过程中,温度会急剧升高。在压力和高温的作用下,会首先启动氢的核聚变,然后是氦的核聚变……最终水里的氢原子会被聚变到碳,最终得到一个碳、氧核。当然,由于核聚变会使质量转变成能量并散失掉,最终得到的质量会比100万吨少一些。


讲科学堂


水不可被压缩。无须附加什么样的条件,就是这唯一的答案。主要的原因是,被压缩了的水,一定已经不再是水了。

日常状态下的固体也罢,液体也好,基本上都是不可压缩的,因为组成它们的原子或者分子之间的电磁排斥力是巨大的,也就意味着原子分子之间的空间基本上是不会被压缩的。这一点,是凝聚态物质(液体与固体)与非凝聚态物质(比如说气体)之间显著的区别。以物理方法压缩液态水并带来其体积变化的具体效果也是我们已经知晓的,比如,降温,大家都知道摄氏零上4度的水是其密度最大即同等质量下体积最小的,此时加热或者降温都会导致其体积的变化,这时候,物理学家或者工程师们如果设法阻挡其体积的变化——这个变化的程度大致在每度万分之2.5左右,即一顿水一立方米,每提高一摄氏度体积就会膨胀250毫升,半斤白酒的体积😄——盛装水的容器一般情况下会毫无意外的被撑破!不用加热或降温的方法,直接施加压力,把一立方左右的水压缩250毫升?不好意思,我没有经过实验室试过,但可以想象其难度之巨大。

好,不必拘泥于实验室的条件,设想恒星级别的万有引力环境,水的被压缩成为了很容易的事情,但正如开头所说,那样首先就改变了水的分子结构,甚至是氢原子和氧原子的原子结构,水,已然不再是水了。


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水的化学式是H2O,一个氢分子链接一个氧原子,夹角大约是104.5°。结构如下所示:

水分子中,氢和氧通过共价键相连,而水分子之间通过氢键组成网络结构,形成宏观上的水。水分子的体积大概是3*10^-29m3,正常情况下1m3水可以装下1吨水。

如果把100万立方米水压缩成1立方米,则必须压缩分子见的氢键以及原子间的化学键,才可以缩小水分子体积,像中演的那样缩小物质。而缩小分子间的氢键以及化学键,现今的技术根本不可能做到。如果强力压缩分子间距离,会使分子紧密排列,原子挨着原子。由于氢键距离很小,只有0.1-0.4纳米长,所以小倍率压缩可以,大倍率的即便再缩小也小不到那里去。唯一的方式就是把原子的电子壳层“压碎”,形成共享的电子,缩小原子空间。因为原子中99%的空间都是空的。只是这样,形成的就是类似于白矮星的东西了。



如果是100立方米缩小为1立方米,密度是100t/m3,体积缩小100倍。水分子和原子之间“挤一挤”就可以了,还是水。但是如果是100万立方米水压缩为1立方米,则密度会变成1*10^6t/m3,刚好处于白矮星的密度范围内,成了白矮星了,成了名副其实的“重水”了。


科学探秘频道


水是不可压缩地初中老师没教你吗?


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结论是不可被压缩,除非这个世界的自然规则发生改变,也就是说穿越到另外一个规则跟本世界完全不一样的世界,有可能被压缩,当然也只是有可能。

为什么这么说呢?

首先本世界的规则是,物质、能量是不可能消失的,它是保持守恒的,有时候我们感觉到它消失了,只是因为它要么转化成其他形式的能量,要么变成了另外一种物质!

比方说,水烧开了变成气体,物质形态的变化,本质还是守恒的,光变成了热能,这是能量形态的变化!

其次据PV=nRT,当体积无数的在被压缩,外在的压力势必应顺应增大,只有这样才能保证等式两边的平衡,而水分子与水分子之间的间距是固定,顺便提一句,水在固态冰的状态下分子的间距要比液态下要大,所以随着压力的增大,分子的间距减小,液态水并不会结成冰……

但是我们都知道,通常我们看到的像金属、石头之类的物质,之所以是固体,缘由在于其分子的间距要远小于液体、气体,所以当水被压缩后,如果可以被压缩,那压缩后要么是一种更加粘稠的未知液体,要么就是一种全新的固体,再也不会是水,是H2O,至于会是什么东西,无法想象


缺一门牙


这个命题是不成立的,别说是10000立方,即使是10立方也不可能,因为,当你给它无限施压的时候,它的温度会升高,水会在高压下沸腾,一方面,水分子之的距离在外力作用一下变小,另一方面,在温度下距离又在增大,如果刚好距离被底消,无论你跟她施加多大的压力,原先的1万立方还是1万立方?当然你硬要说这个命题成立可以办到。结果会是只有一立方米!


筠连城乡生活


水如果极端高温高压,分子键就会破坏,在高温高压,原子键也会破坏,水会变成等离子体,如果压力更大,电子会被压缩至原子核成为中子态。这时候跟水也没关系了。

想说的是,关于能不能压缩,要看你的适用范围及定义。至于中子态能不能压缩,按霍金看法,只要引力足够大,会被压缩为一个奇点。那里密度将无穷大,就这样。


浪仔001


结果是压缩机崩烂了,或压缩机功率太小压不动了。

元素(原子)是物资基本颗粒体,在本宇宙中不可分割、不可破裂、不可破碎、不会消失、不可压缩。

能压缩的是元素(原子)组成“分子”的元素间隙,水分子的元素间隙不可能是一比一百万,最多也就是绝对零度除二。但你只能将水分子压缩到绝对零度就因水分子吸收压缩机温度而导致压缩机降温,压缩机降温导致压缩机机体分子收紧致压缩机物资“分子”解体,表相是机体“崩烂”。


人脑机器人总工程师


水是由氢、氧两种元素组成的,一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的.一个水分子H2O由两个氢原子和一个氧原子构成,压缩的话就是核聚变了,跟太阳一样,地球都要变火海的


瓷风子


头条出傻子,今年特别多!


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