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固体和液体的分子势能与体积 对于固体或者液体来说,总分子势能的变化是否决定于体积的变化? 在压力一定的情况下,判断固体或液体分子势能的变化,只要看温度的变化,不必看体积的变化. 先说说简谐振动.在光滑的水平面上,有两个相同的小球,小球的尺寸可不计,小球之间由自然长度为l的弹簧相连,拉开两球,使弹簧伸长x,放手,两小球作简谐振动.每当相距为l时,势能为零,动能达到最大值,每当相距为(l＋x)和(l－x)时,动能为零,势能达到最大值.在一个周期内,在周期的整数倍时间内,动能的平均值等于势能的平均值.如果x比较大,那么动能的平均值和势能的平均值都比较大. 氯化钠晶体中,每个氯离子,每个钠离子都在周围离子的分子力作用下做振动,比上述小球的振动复杂一些.在振动周期的整数倍时间内,每个离子拥有的平均势能跟拥有的动能应该相等或者有大致确定的“比例k”(请注意这个命题).温度升高时,大多数离子的动能增大,那么大多数离子的分子势能也会增大.这样看来,晶体的温度升高,不但意味着离子平均动能增大,而且意味着离子平均势能增大.应当得出结论:晶体中粒子的势能与温度有密切关系. 晶体中离子的振动一般不象弹簧振子那样具有完全的对称性,因此在振动的一个周期内,平均距离一般不等于平衡时分子间距离,振动的能量不同时,平均距离有所不同,每一对离子都是这样,这是热胀冷缩和“热缩冷胀”的原因；如离子的振动具有完全的对称性,那么物体就不发生热胀冷缩现象,这是一种理想情况.在理想情况中,分子势能(离子势能)是随温度的升高而增大,分子势能并没有因体积不变而不变；那么在实际情况中,分子势能随温度的升高而增大,不可以说是由于体积随温度变化而变化. 液态水中,水分子除了偶尔做大范围的运动,在多半时间内,是在周围水分子施加的分子力作用下振动,因此,和氯化钠晶体类似,液态水中分子势能也是随着温度的升高而增大. 因此可以理解,(在压力一定时)固体和液体随温度的升高,分子势能增大. 所以,液态水,从0℃到100℃,(尽管体积随温度的升高不是单调变化)分子势能随温度的升高而单调增大. 有的书上讲“分子势能与体积有关”,而且提这个命题的时候,不提分子势能与温度的关系.这个命题似乎是说,分子势能的变化主要与体积的变化有关,同一物体体积相等的两个状态,分子势能是大致相等的.这个命题是错误的；得到这个命题的那种推理过程是错误的.
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