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阿伏伽德羅常量 日常生活中的計數(shù)單位是多少個1?

更新時間:2024-03-24 文章作者:佚名 信息來源:網(wǎng)絡(luò)整理 閱讀次數(shù):

以下為修改后的文字內(nèi)容24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

首先我們看一下日常生活中的一些計數(shù)單位:1打=12、1分=20等等。這種用法在一定意義上是為了方便而約定的。 例如:“一打啤酒”、“一打”等日常用語。 (事實上??,一千=10^3、一百萬=10^6等也是類似的計數(shù)單位。)24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

那么我們言歸正傳,看看微觀粒子(分子、原子等)。 粒子的數(shù)量(N)通常很大。 當這個概念實際運用時,很容易達到10^{23}的量級(例如28.00g的氮氣中大約有6.022^{23}rm N_2}分子)。 可想而知,這會給科研和生產(chǎn)過程中的相關(guān)記錄和計算帶來不便。 因此,我們需要一個大的計數(shù)單元來方便操作。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們選擇的是6.×10^{23}那么大的“計數(shù)單位”,我們將如此多的粒子稱為“1摩爾”。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

但對于物理量,我們也要注意其單位,而不是簡單粗暴地劃等號。 物質(zhì)的量(n)的國際單位是摩爾(mol); 而粒子數(shù)(N)則沒有單位(或單位為1),因為我們只能說有多少個“數(shù)”,而不能說有多少個。 有多少個“一”(否則會重復(fù))。 那么我們當然不能說“1摩爾等于多少個1”,因為不同國際單位的物理量不可能相等。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

感謝@子衿提出問題。 在溝通過程中,讓我重新審視“數(shù)”這個單位問題,有了更準確的認識。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(2021年11月15日)24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

現(xiàn)在,我們來看看物質(zhì)的量(space of space)是如何定義的:n=frac{N}{N_{A}}24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

其中,n代表物質(zhì)的量,分子上的N為粒子數(shù),下面的分母為阿伏加德羅常數(shù)N_{A}=6.×10^{23}mol^{-1}(注意!有是單位)。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們再用“打架”來比喻。 已知:1打=12; 有一個雞蛋,設(shè)置為b打。 那么阿伏伽德羅常量,顯然有: b=frac{a}{12} (左邊是“高級”計數(shù)單元,右邊是直接數(shù)除以“轉(zhuǎn)換因子”,即實體的數(shù)量包含在一個計數(shù)單元中)。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

如果你帶單位的話,實際上應(yīng)該是:=frac{一塊}{12塊/打}24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

那么用物質(zhì)的量類比就很容易理解了:每摩爾對應(yīng)6.×10^{23}塊,所以“換算系數(shù)”就是6.×10^{23}塊/mol。 而“件”不是國際單位,視為1,那么阿伏加德羅常數(shù)的單位為mol^{-1}(件/mol)。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這其實可以抽象成一個對應(yīng)關(guān)系:數(shù)量(N)→材料數(shù)量(n)。 轉(zhuǎn)換因子是阿伏加德羅常數(shù) N_A。 (就像1kg對應(yīng)10N一樣。)24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

順便再講幾個類似的例子。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在地球上,我們將重力加速度設(shè)為 g=10space m/s2。 那么我們說質(zhì)量(m)為1kg的物體的重力(G)為1N,或者說它的重量為1牛頓。 所以,在地球上,1kg相當于10N。 請注意,它是“對應(yīng)”而不是“等于”。 因為只有單位相同的物理量才能相等。 寫成函數(shù)表達式,就是G=f(m)=mg(其中f表示G是m的函數(shù))。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這樣,我們就建立了一個對應(yīng)關(guān)系:質(zhì)量→重量。 由于它們是不同的物理量,所以中間有一個換算系數(shù),解決比例系數(shù)和單位的問題。 這里是重力加速度。 (應(yīng)該看出: 1space N=1space kgcdot{m}cdot s^{-2} )24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

另一個例子是質(zhì)能方程 E=mc2。 質(zhì)量對應(yīng)于能量。 中間還有一個轉(zhuǎn)換因子——真空中光速的平方(約9.0×10^{16}space m^2cdot s^{-2})。 這個對應(yīng)關(guān)系是:質(zhì)量→能量。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

其實,這個“對應(yīng)”的含義,用現(xiàn)代數(shù)學術(shù)語來說,就是“函數(shù)”。 而且,這種單位之間的對應(yīng)關(guān)系一般是簡單的比例函數(shù),所謂的“換算系數(shù)”就是比例系數(shù)。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

如果我們看摩爾空間質(zhì)量會更容易理解。 摩爾質(zhì)量(M)的定義是每單位量物質(zhì)的質(zhì)量(即M=frac{m}{n})。 SI 單位的值是每摩爾物質(zhì)的千克數(shù),但在化學中,單位通常是 g/mol,因此該值恰好等于相對分子(或原子)質(zhì)量。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這類似于密度 ρ = m/V - 物體每單位體積的質(zhì)量。 對應(yīng)關(guān)系是體積→質(zhì)量。 這里的換算系數(shù)是密度阿伏伽德羅常量,它不是通用常數(shù),而是因物質(zhì)而異。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

同樣,物質(zhì)的數(shù)量→質(zhì)量。 摩爾質(zhì)量是轉(zhuǎn)換因子,它也因物質(zhì)而異。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

BTW,這兩個物理量的定義方法在物理學中被稱為“比率定義法”。 這種定義方法常常定義“換算系數(shù)”(如密度、發(fā)熱量、速度、加速度、電阻、電容等),建立“對應(yīng)關(guān)系”。 這個比例是物質(zhì)(物體)本身的屬性,與定義中使用的分子和分母這兩個物理量無關(guān)。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

可見,在理解公式和物理量時,通過單位做一些類比推理,可以得到更清晰的理解。 這大概就是一點維度分析的思路吧。24U物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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