既然物质不灭,煤燃烧完后除了少量灰渣,其余部分都去哪了?

本文基于回答网友类似问题:10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰 , 那9斤物质去哪里了?
要说清楚这个问题 , 必须从质量守恒说起 。
从质量守恒到质能守恒
在18世纪 , 法国化学家拉瓦锡通过实验 , 推翻了所谓燃素说 , 就建立了物质不灭质量守恒的理论 , 就是说 , 在一个封闭孤立系统 , 物质不论如何变化 , 其总质量是不变的 。
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后来 , 许多化学家做了大量精确度极高的实验 , 不断验证了实验前后物质质量的一致性 , 变化小于一千万分之一 , 这在实验误差允许范围之内 , 因此严格证明了物质不灭定律 , 即质量在任何变化中前后是守恒的 , 包括:物理变化质量守恒、化学变化质量守恒、核反应变化质量守恒 。
后来 , 爱因斯坦发现了物质质量是随着运动变化而变化的 , 速度越快动质量会越大 , 而推动物质改变其运动状态需要能量 , 这样 , 就发现了质量和能量的统一性 , 由此推演出了伟大的质能方程 , 简单表述为:E=MC^2 。
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这里的E表示能量 , M表示质量 , C表示光速 。这个方程的重大意义在于 , 质量和能量是等价的 , 任何物体质量全部转化为能量 , 同等质量都是一样多的 , 不管是金子还是白菜都一样 , 都是质量乘以光速的平方 。
光速是我们世界最快的速度 , 真空光速约30万km/s(千米/秒) 。这就说明 , 质量里面蕴含的能量十分巨大 。但要把这些能量全部挤压出来 , 条件十分苛刻 , 很难做到 。
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现在我们人类掌握质能转换技术最先进的是核聚变 , 转换率只能达到约0.7% 。现在还只是掌握了不可控核聚变 , 也就是氢弹爆炸;可控核聚变还在实验中 , 也就是让这种聚变缓慢释放 , 这样就可以作为发电、动力等能源 , 造福社会 。而现在的核发电是采用核裂变技术 , 质能转换率只有约0.1% 。
化石燃料利用主要通过化学反应方式
数百年来 , 人类利用最大的能源是化石能源 , 如煤炭、石油等 。化石能源是通过开采化石燃料 , 通过燃烧取得其能源 。
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燃烧是一种化学反应 , 其质能转化率是极低的 。各种化石燃料通过燃烧可得到的发热量约为:1kg原煤约20934000J(焦耳);1kg石油原油约41868000J;1kg汽油为43124000J;1kg柴油约42705000J 。
这个转化率有多大呢?我们根据爱因斯坦质能方程公式E=MC^2计算 , 1kg质量完全转化可得到9*10^16J的能量 , 即9亿亿焦耳 , 相当250亿度电能 。与之相比 , 化石燃料得到的质能转化率只有:原煤的质能转化率约为0.00000002326% , 也就是约百亿分之2.326;石油原油的质能转化率约0.00000004652%;汽油只能转化率约0.00000004792%;柴油转化率约0.00000004745% 。
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因此化石燃料在燃烧后转化为其他物质质量的计算中 , 能量所占的比重是极小的 , 可以忽略不计 。这就是在以往质量守恒实验中 , 实验前后质量基本一致的原因 , 而实验过程作为能量损失掉的质量完全可以忽略不计 , 因为损失的量远远小于一千万分之一 。