如果把一根压紧的弹簧放进酸里溶解，它的弹性势能到哪里去了？ 第1页

看到大家的回答基本上都是在从微观层面来解释这个事情, 其实这可以看作是一个纯热力学 (宏观理论) 的问题.

虽然实际上描写一个弹簧需要的状态参量非常复杂, 但我们现在考察一个非常简化的模型: 将弹簧看做一个球形的物块, 其表面有均匀分布的压强. 在这种情况下, 我们需要的状态参量就只有 , 而 Hooke 定律化为与 相关的一个状态方程 (当然, 该物态方程中必然还含有 这样的参量).

然后, 我们把这个物块放在一堆气体里面 (不能考虑液体的情况, 因为液体内不同高度处压强是不一样的, 这个我不喜欢, 不过这并不违背题主使用的硫酸的精神). 这堆气体在一个等温等压的环境当中 (假装这是个很好的实验室环境). 物块与气体之间有形如 的化学反应 (这个化学反应也非常粗糙, 但并不妨碍我们体现题主的原题的精神).

当然了, 这个模型听上去非常粗糙, 但是它也能完全地反映题主的题目中透露出的精神: 参与化学反应的反应物本身存储着机械能 (对于这里的具体问题, 机械能可以由状态方程计算等 等 过程 的积分得到, 如果你认为这样定义的能量也能称为 "机械能" 的话 (实际上在热力学当中这种形式的能量直接被当做内能的一项了: )).

剩下的问题就化归为复相系的化学反应问题了. 当然了, 考虑到非平衡态热力学非常复杂, 我们只考虑化学平衡的情况. 这个化学平衡, 如果状态方程都给全的话, 应该是不难做的. 那么这里最关键的精神在于: 无论我怎么考虑这个系统, 总是将弹簧的弹性势能并入内能当中作为内能的一项而不是分开分析, 这样你可以保证你能简洁地给出热力学定律 (自然也包括能量守恒) 的要求之下系统的行为.

当然, 类似的处理有很多. 在热力学中, 我们总是倾向于将所有的能量都作为内能的项, 然后进行总体上的考虑. 比如说, 当中, 你就可以认为它包含了机械能, 热能, 化学能. 在其他状态参量也能影响能量的情况下, 当中还要包含更多的项, 比如电极化能 (), 磁极化能 (), 表面能 (), 电势能 (), 动能 ()... 所以这意味着如果你能从热力学角度解决考虑了机械能的情况下的化学反应, 那么你也能解决题主可能会问出的其他类似的问题:

如果一块被外电场极化的电介质在化学反应之后变成了极化性很低的介质, 它的电极化能到哪里去了?
一个在硫酸里旋转的铁质陀螺被硫酸腐蚀之后, 它的转动动能到哪里去了?

诸如此类...

看到e神

的答案来的，强烈建议各位去了解点机械力化学，这个领域非常有趣。

我并不是来答题的，但是看到

知友的回答之后觉得别莱利曼的那个实验结果太反直觉了，所以我就去查了一下文献。

以下实验结果出自Gutman E M. Mechanochemistry of materials[M]. 1998,Cambridge Int. Science Publishing, pp. 103-107.

我使用的数据均来源于Google图书，可在线阅览（但是我看不到这本书的参考文献部分什么的所以无法进一步进行搜索），此书鄙校图书馆没有，libgen找不到。因为似乎大多数对于机械力化学的研究集中在高分子领域（如我另一个回答），以及某些无机材料通过球磨等机械力作用方式促进的化学反应，而这个东西我倒是觉得跟应力腐蚀很相关啊……因为比较常见的现象是在金属材料受拉应力作用的时候，其被腐蚀的速度常常会加快……

在作者的实验中，用外力使得钢、铝片发生单轴或者是双轴（这是较为简单的情况）弯折，将其浸入到腐蚀液之中，因为材料被腐蚀之后厚度降低，实际的应力会发生变化，所以实验均只测定在浸入后相对较短的时间内的溶解速度。

本实验中采用了四种碳钢，腐蚀液为30%盐酸，所加应力均不超过屈服点，上图为实验结果，v为受力弯折的钢片，v0为不受力的钢片，其结果是显然的。作者又称其他金属或者合金的单轴弯折也给出了类似现象。

本实验中，作者使用了一种马氏体钢（0.3% C, 1% Si, 0.9% Mo, 1% Cr, 0.4% Ni），腐蚀液是20% 硫酸（加或不加30 g/L 氯化钠），或者是铝，腐蚀液为3% 氯化钠和0.1% 过氧化氢，或是氯化钠和盐酸，其结果也是显然的。

其实我就是比较怀疑别莱利曼的实验结论，我并不是来答题的。

这问题（从某个角度上讲）我觉得可以被归为是Mechanochemistry。关于高分子材料在机械力作用下发生的一些有趣现象及其应用，诸位（想看文献的）可以去看看我的这个回答：

以上

我来给个比较标准的答案，这个问题其实挺有意思的，希望不要有人被开玩笑的回答给误导了。

如果一个人能够在宏观和微观缩放自如的话，这个问题其实就不难理解了。

弹簧宏观上的弹性势能体现在微观上就是分子间、分子内的化学键的扭曲，数量巨大的化学键被扭曲所储藏的能量在宏观上就以整体的势能得以体现了。在微观上，这种弹性势能则被分散在每一个化学键里面了——也就是说每个化学键都是一根小弹簧。

那么当弹簧浸入酸液被腐蚀的时候（我们来假设一种理想状况，既弹簧整体被同时瞬间腐蚀掉），这个时候所有扭曲的化学键的弹性势能都会被释放出来——我们甚至可以理解为每个被腐蚀产生的离子要比弹簧不压缩的情况下“弹”出去得速度更快，也就是体系内能更大。

再从宏观上来看的话，就是这样的场景了——所有弹性势能最终都变成了酸性溶液（内含弹簧分子或离子）体系的内能了。所以压缩弹簧泡进酸液要比不压缩弹簧泡进酸液总体系温度更高，当然这种差别大抵是温度计测量不出来的。