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主题:【原创】爆炸力学(一) -- 不爱吱声

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        • 家园 花谢,继续问

          爆炸释放的机械能究竟是谁提供的:

          A 因为产生了数千倍体积的气体,这些气体向外挤压,成为机械功。

          B 生成大量气体,但主要是因为生成气体的每个气体分子具有的极高的动量,从而对外做功。

          如果主要原因是B,那么爆炸发生后,化学能被释放出来,一部分成为辐射,另一部分为生成气体提供动能。这个从爆炸物的化学能到生成气体动能的转换是怎么进行的?或者说能量怎么从化学键中转换的快速运动的微粒的?

          • 家园 惨啊,刚刚给你回复了一个很长的帖子,结果提交却不成功

            一个字也没留下来,还得重打一遍字,真想给铁手扔颗鸡蛋去。

            通过您的这几个问题,觉得您真的是个很会思考的,问的问题都是非常关键非常基本的。

            您问到:

            爆炸释放的机械能究竟是谁提供的:

            A 因为产生了数千倍体积的气体,这些气体向外挤压,成为机械功。

            B 生成大量气体,但主要是因为生成气体的每个气体分子具有的极高的动量,从而对外做功。

            如果主要原因是B,那么爆炸发生后,化学能被释放出来,一部分成为辐射,另一部分为生成气体提供动能。这个从爆炸物的化学能到生成气体动能的转换是怎么进行的?或者说能量怎么从化学键中转换的快速运动的微粒的?

            这里提到了三个概念:

            1。气体向外挤,成为机械功

            2。每个气体分子具有的极高的动量,从而对外做功

            3。从化学键中转换的快速运动的微粒的机制(使用提问的方式)

            而对这三个概念的理解,恰好可以归纳出(化学炸药)爆炸产生的三要素:化学反应生成气态产物,化学反应的放热性,化学反应的快速性。下面我来具体解释一下。

            1。化学反应必须有气态产物生成,才会形成爆炸,因为爆炸原本就是高温高压气体快速膨胀导致的。

            2。只有放热反应才会形成爆炸。吸热反应是不会形成爆炸的。这基本上就回答了你的问题:从爆炸物的化学能到生成气体动能的转换是怎么进行的?或者说能量怎么从化学键中转换的快速运动的微粒的?答案就是“”,化学反应放出的热量是爆炸做功的能源机制。但也不是所有放热反应都产生爆炸,因此爆炸还有第三要素。

            3。这种放热反应必须是快速的。慢速的放热反应不会产生爆炸。举个例子就清楚了,比如说煤燃烧也是放热反应,但是一块煤燃烧可能需要几分钟甚至几十分钟,而同样重量的炸药反应大概也就需要几微妙的时间就把热量都是放出来了,也就是说炸药的爆炸过程要比燃料燃烧过程快数千万倍,尽管实际上炸药释放的总热量并没有煤燃烧释放的热量多。从这个意义上来说,炸药是高功率的能源,而并非高能量的能源。

            另外你提的A和B,实际上是一回事儿,A是从宏观角度(macroscale)理解,B是从微观角度(microscale)理解。宏观的高温压缩气体膨胀向外做功,从微观上来看就是炸药化学键断裂从新结合成气体分子,并且化学反应会导致气体分子高速运动(也就是你说得气体分子具有的极高的动量)。微观上分子高速运动宏观上体现出来就是“高温,放热”,分子之间相互碰撞,也是宏观气体高压产生的根源。

            在力学上,人们分析问题尽可能先考虑连续体模型,使用他们的“宏观”特性,因此,力学上分析问题更多地使用气体压力,温度,爆炸波等概念。

            • 家园 受教了,花谢!

              多谢这么细致的回答。真是受益蜚浅!

              如果说,热就是分子的无规则运动,宏观的热能就是微观的分子动能;那么,我很好奇能量是怎么从安安静静的,储存在物体里的化学能转化成分子动能(热能)的?

              就好像两个人代表两个原子团,紧紧地拉着手,代表它们之间的化学键。两边紧拉着的同时,又使劲向外挣脱,代表能量储存在其间。如果化学键突然断了,就好像一旦松开手,两个人就会快速向相反方向运动。

              这是一个外行解释,等于把化学能解释成某种势能了。真正的化学能肯定不是这么个原理。那么,真正的化学能,释放-吸收的过程是什么样的呢?有时候,我猜想这个过程和辐射有关。类似电子吸收辐射可以发生轨道跃迁(至于电子为什么能吸收辐射,怎么跃迁,我实在不懂,就全当基本事实了),是不是爆炸生成的气体分子也能吸收辐射能量,从而增加自己的动能呢?或者化学能是从其它途径转化成为分子动能的?

              • 家园 化学能可以简单理解为势能

                与辐射没有关系。这个外行的解释,没有大问题,可以作为入门理解。

              • 家园 我觉得这样说吧

                化学能是一种位能.自由原子的能量是最高的,当原子之间形成化学键的时候,他们的能量就有一部分释放了出来,变成其他形式的能量.分子就处于一个比较低的能量状态.我们说一个化学键越强,就是指形成这个化学键释放出的能量越大,所以,想要把这个化学键拆掉,需要付出的能量也就越大.

                化学键越强,分子和自由原子相比,所处的能量状态就越低,也就越稳定.

                回到炸药上,炸药分子内部的化学键,相比爆炸产生气体(N2,CO2,SO2) 要弱,因此,爆炸就是一个弱键迅速转化为强键的过程,位能转化为动能,就和东西从高处落下,速度会增加类似.

              • 家园 再本质就是E=MC2

                这个帖子只讨论到化学反应和力学。

                再本质的就是理论物理的范畴,不再纠结了。不同层面的纠结在一起就乱了。

                • 家园 应该扯不到质能方程那么远

                  根据我对化学的理解,其实就是一个快速燃烧或者说化学键的断裂和分子重组的过程。炸药通常都不稳定,就是说分子中的能量比较高,一般都含有多个硝基(NO2)引爆以后原子间的化学键断裂需要的能量不高,硝基和分子中的碳链同时被破坏,然后重新组合成二氧化碳和氮气分子(N3),重新组成的氮气分子的稳定性是有数的,就是说这个过程中要释放大量的能量,通过热能的形式释放出来。也就形成了爆炸。

                  • 家园 应该能扯到吧?

                      据说燃烧等放热的化学反应都伴随着质量的微量减少。

                    • 家园 这个说法比较罕见

                      化学能的变化,在传统热力学领域就应该是能量守恒的,不应该存在质量损失。

                      普通爆炸的速度与光速相比仍然有很大差距,应该不会应用到质能变换。

                      • 家园 这个俺也不懂,记不清是听人说的还是从哪篇文章中看来的

                          俺当年还没学到化学就下乡了。

                    • 家园 理论上不能说没有

                      不过应该不属于可以测定的范围,化学里面似乎是从来不考虑的。当然,如果喜欢牛角顶端另说。呵呵。

                    • 家园 一般化学反应形成的爆炸

                      化学方程式两边都是配平的。质量怎么减少?释放出来的能量还是化学键里的能量。

                • 家园 啊!刚发现自己有歪楼嫌疑。

                  歪楼者,打!

                  那我不纠结了(这个纠结,是形容人的吧?不是说微粒之间吧?

    • 家园 你要对人家负责~~

      俺已经掉坑里了,不准烂尾啊~~俺鲜花伺候着

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