讓水一直沸騰,直到結冰

類別: 新奇
majer@ 2018.01.13 , 10:00
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讓水一直沸騰,直到結冰

讓水一直沸騰,直到結冰
科迪實驗室youtube視訊畫面截圖

如果希望給自己來一點頭腦風暴,試試這個——按照正確步驟,你可以在水煮沸的同時,使它結冰。

是的,在開水沸騰幾分鐘後,開始慢慢凝固,如果手指觸碰一下,你會發現水很冷。有夠挑戰常識吧?

那麼發生什麼了呢?

首先,我們需要特別的裝置,因為在正常情況下,你不會立刻就把水燒開,所以把家裡的水壺拿開吧。

你需要的是一個壓力艙,它使用一個真空泵來吸走空間內部的所有空氣。在國外泛科普自媒體科迪實驗室Cody's Lab videoyoutube視訊裡,艙內放置一個盛有60毫升室溫自來水的燒杯。

壓力室內放置無水硫酸鎂和塗了一層硫酸鈣的燒瓶充當乾燥劑。這兩種物質在煮沸——冷凍過程中毫無作用——它們可以吸收水蒸氣,避免氣壓升高破壞實驗或損害壓力艙。

然後將幾塊固體方解石作為“沸騰片”新增到水中,這也不會帶來溫度上的影響,但會使水更加平穩地沸騰。

好吧,現在一切都準備好了。

在壓力室內部,水並非因升高溫度而沸騰,而是因減壓而沸騰。

正如Cody所解釋的那樣,液體的沸騰溫度、也就是所謂的沸點,隨著氣壓壓力變化而變化,壓力越高,液體的沸點就越高。

1標準大氣壓、或0.101325兆帕(MPa)蒸汽氣壓下,水會在100攝氏度(水的正常沸點)下發生沸騰。當水的溫度達到這一點,它開始蒸發並將狀態從液態水轉換成蒸汽。

這也就是為什麼,水在室溫的時候,不會自發的出現沸騰的狀況。

知曉了這些原理,就可以解釋前面的現象。當我們抽走壓力艙內部大量的空氣時,氣壓降低,沸點也跟著降低。最終,沸點低到當時水自身的溫度,然後就會自發地開始沸騰。

水沸騰的時候,實際上,單個水分子會以更激烈的方式運動,直到脫離了其他分子的束縛,逃逸到空氣中。但是,液體本身沒有其他的能量來源,所以,分子逃逸時消耗的就是液體自身的熱量。當你通過降低氣壓的方式使水沸騰時,處於液態的分子將能量傳遞給逃逸出去的分子。結果就是,剩餘的液體的溫度越來越低,最後就降低到結晶點。

顯然,氣態分子比無法克服分子間弱作用力的分子具有更多的動能。

物理學,你真棒.jpg

本文譯自sciencealert,由譯者majer基於創作共用協議(BY-NC)釋出。

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