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阿伏伽德罗常量 日常生活中的计数单位是多少个1?

更新时间:2024-03-24 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

以下为修改后的文字内容dvA物理好资源网(原物理ok网)

首先我们看一下日常生活中的一些计数单位:1打=12、1分=20等等。这种用法在一定意义上是为了方便而约定的。 例如:“一打啤酒”、“一打”等日常用语。 (事实上​​,一千=10^3、一百万=10^6等也是类似的计数单位。)dvA物理好资源网(原物理ok网)

那么我们言归正传,看看微观粒子(分子、原子等)。 粒子的数量(N)通常很大。 当这个概念实际运用时,很容易达到10^{23}的量级(例如28.00g的氮气中大约有6.022^{23}rm N_2}分子)。 可想而知,这会给科研和生产过程中的相关记录和计算带来不便。 因此,我们需要一个大的计数单元来方便操作。dvA物理好资源网(原物理ok网)

我们选择的是6.×10^{23}那么大的“计数单位”,我们将如此多的粒子称为“1摩尔”。dvA物理好资源网(原物理ok网)

但对于物理量,我们也要注意其单位,而不是简单粗暴地划等号。 物质的量(n)的国际单位是摩尔(mol); 而粒子数(N)则没有单位(或单位为1),因为我们只能说有多少个“数”,而不能说有多少个。 有多少个“一”(否则会重复)。 那么我们当然不能说“1摩尔等于多少个1”,因为不同国际单位的物理量不可能相等。dvA物理好资源网(原物理ok网)

感谢@子衿提出问题。 在沟通过程中,让我重新审视“数”这个单位问题,有了更准确的认识。dvA物理好资源网(原物理ok网)

(2021年11月15日)dvA物理好资源网(原物理ok网)

现在,我们来看看物质的量(space of space)是如何定义的:n=frac{N}{N_{A}}dvA物理好资源网(原物理ok网)

其中,n代表物质的量,分子上的N为粒子数,下面的分母为阿伏加德罗常数N_{A}=6.×10^{23}mol^{-1}(注意!有是单位)。dvA物理好资源网(原物理ok网)

我们再用“打架”来比喻。 已知:1打=12; 有一个鸡蛋,设置为b打。 那么阿伏伽德罗常量,显然有: b=frac{a}{12} (左边是“高级”计数单元,右边是直接数除以“转换因子”,即实体的数量包含在一个计数单元中)。dvA物理好资源网(原物理ok网)

如果你带单位的话,实际上应该是:=frac{一块}{12块/打}dvA物理好资源网(原物理ok网)

那么用物质的量类比就很容易理解了:每摩尔对应6.×10^{23}块,所以“换算系数”就是6.×10^{23}块/mol。 而“件”不是国际单位,视为1,那么阿伏加德罗常数的单位为mol^{-1}(件/mol)。dvA物理好资源网(原物理ok网)

这其实可以抽象成一个对应关系:数量(N)→材料数量(n)。 转换因子是阿伏加德罗常数 N_A。 (就像1kg对应10N一样。)dvA物理好资源网(原物理ok网)

顺便再讲几个类似的例子。dvA物理好资源网(原物理ok网)

在地球上,我们将重力加速度设为 g=10space m/s²。 那么我们说质量(m)为1kg的物体的重力(G)为1N,或者说它的重量为1牛顿。 所以,在地球上,1kg相当于10N。 请注意,它是“对应”而不是“等于”。 因为只有单位相同的物理量才能相等。 写成函数表达式,就是G=f(m)=mg(其中f表示G是m的函数)。dvA物理好资源网(原物理ok网)

这样,我们就建立了一个对应关系:质量→重量。 由于它们是不同的物理量,所以中间有一个换算系数,解决比例系数和单位的问题。 这里是重力加速度。 (应该看出: 1space N=1space kgcdot{m}cdot s^{-2} )dvA物理好资源网(原物理ok网)

另一个例子是质能方程 E=mc²。 质量对应于能量。 中间还有一个转换因子——真空中光速的平方(约9.0×10^{16}space m^2cdot s^{-2})。 这个对应关系是:质量→能量。dvA物理好资源网(原物理ok网)

其实,这个“对应”的含义,用现代数学术语来说,就是“函数”。 而且,这种单位之间的对应关系一般是简单的比例函数,所谓的“换算系数”就是比例系数。dvA物理好资源网(原物理ok网)

如果我们看摩尔空间质量会更容易理解。 摩尔质量(M)的定义是每单位量物质的质量(即M=frac{m}{n})。 SI 单位的值是每摩尔物质的千克数,但在化学中,单位通常是 g/mol,因此该值恰好等于相对分子(或原子)质量。dvA物理好资源网(原物理ok网)

这类似于密度 ρ = m/V - 物体每单位体积的质量。 对应关系是体积→质量。 这里的换算系数是密度阿伏伽德罗常量,它不是通用常数,而是因物质而异。dvA物理好资源网(原物理ok网)

同样,物质的数量→质量。 摩尔质量是转换因子,它也因物质而异。dvA物理好资源网(原物理ok网)

BTW,这两个物理量的定义方法在物理学中被称为“比率定义法”。 这种定义方法常常定义“换算系数”(如密度、发热量、速度、加速度、电阻、电容等),建立“对应关系”。 这个比例是物质(物体)本身的属性,与定义中使用的分子和分母这两个物理量无关。dvA物理好资源网(原物理ok网)

可见,在理解公式和物理量时,通过单位做一些类比推理,可以得到更清晰的理解。 这大概就是一点维度分析的思路吧。dvA物理好资源网(原物理ok网)

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