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什么是「物质的量」?

2021-05-23知识

一、物理学中质量概念的发展

1、质量概念

牛顿写的【自然哲学之数学原理】里对物质的量的定义在定义1: 物质的量 是物质的度量,可用它的密度和体积共同求出 [1] [2]

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牛顿在【原理】中,对质量的定义是建立在原子论的物质观念上的:所有物质由原子组成。原子是运动变化的不变单体。物质是由原子排列的疏密来决定物质含量的。密度概念被解释为用单位体积粒子数确定的。牛顿以上质量定义是没有测量意义的。若质量概念到此为止,则质量定义只是空洞的同语反复。

2、惯性概念

「物质固有的力,就是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力。在这种力的作用下,物体保持其原来的静止状态或者在一直线上等速运动的状态。」牛顿作了这样一个重要的假设:「这种力总是同具有这种力的物质的量成正比。」在牛顿看来,惯性是原子的固有的普遍特性。 物质惯性的大小,应由物质含量的多少决定 。这个假设指出,物质含量即质量的多少,可以用惯性大小来量度。从而把两个完全不同的概念,质量与惯性统一起来了,使质量的概念成为可测量值。 从测量意义上讲,用惯性来量度的质量叫惯性质量 。即由物体的相对加速度来测量的惯性质量。在一定的力的作用下,有 \frac{m}{m_{0}}=\frac{a_{0}}{a} ,m_{0} 选择的是单位质量的物体。通过加速度测量,真正能测量的是物体的惯性。通过牛顿的假设,才是惯性等同于质量: m=\frac{a_{0}}{a}m_{0}

3、引力质量

万有引力的发现,使牛顿认为引力亦是原子的普遍属性,是同惯性完全不同的属性。惯性仅是物体的固有性质,它与其他物体无关。而引力与其他物质有关,是物质之间存在相互作用的一种性质。物质的这种属性,犹如电荷一样,我们则叫它「引力荷」(即引力质量),用Q表示,如图所示 [3]

万有引力定律应表述为: F=k\frac{Q_{1}Q_{2}}{r^{2}} ,

毫无疑问,引力荷的测量,可用力的大小衡量: \frac{Q}{Q_{0}}=\frac{F}{F_{0}} ,

选择单位引力荷 Q_{0} ,则任一物体的引力荷应是 Q=\frac{F}{F_{0}}{Q_{0}} ,引力荷是一个可观测量。

4、等价原理

直到后面发现 m=Q ,这是由实验归纳出米的引力质量与惯性质量成比例的规律,我们把它称为 等价原理 。这个定律把两种截然不同的性质:引力与惯性统一起来了。直至现在,还未发现这条自然定律有失效的地方。

为什么最后会发现惯性质量与引力质量是相等的,这可能是因为质量是物质运动状态改变的难易程度的度量,所以两个质量最终会相等。另外,能量则是物质运动能力强弱的度量。

二、化学里物质的量

化学里物质的量指的是分子、原子等微观粒子的 数量 。物质的量是一个物理量,它表示含有一定数目粒子的集体,符号为n,其大小可用物质所含微粒数(N)与阿伏加德罗常数(N_{A} )的比值计算得到,即n=N/N_{A} 。

物质的量的单位为摩尔 ,简称摩,符号为mol。国际上规定,1mol粒子集体所含的粒子数与0.012kg¹²C(碳12)中含有的碳原子数相同,也就是阿伏伽德罗常数N_{A} 的数值(约为6.02×10²³)。

参考

  1. ^ 【自然哲学之数学原理】牛顿 第5页
  2. ^ 【物理学基本概念的历史发展】朱荣华 第45页
  3. ^ 【物理学基本概念的历史发展】朱荣华 第46页