水能沸腾到结冰(让水一直沸腾直到结冰)
科迪实验室youtube视频画面截图
如果希望给自己来一点头脑风暴,试试这个——按照正确步骤,你可以在水煮沸的同时,使它结冰。
是的,在开水沸腾几分钟后,开始慢慢凝固,如果手指触碰一下,你会发现水很冷。有够挑战常识吧?
那么发生什么了呢?
首先,我们需要特别的装置,因为在正常情况下,你不会立刻就把水烧开,所以把家里的水壶拿开吧。
你需要的是一个压力舱,它使用一个真空泵来吸走空间内部的所有空气。在国外泛科普自媒体科迪实验室 Cody's Lab video 的youtube视频里,舱内放置一个盛有60毫升室温自来水的烧杯。
压力室内放置无水硫酸镁和涂了一层硫酸钙的烧瓶充当干燥剂。这两种物质在煮沸——冷冻过程中毫无作用——它们可以吸收水蒸气,避免气压升高破坏实验或损害压力舱。
然后将几块固体方解石作为“沸腾片”添加到水中,这也不会带来温度上的影响,但会使水更加平稳地沸腾。
好吧,现在一切都准备好了。
在压力室内部,水并非因升高温度而沸腾,而是因减压而沸腾。
正如Cody所解释的那样,液体的沸腾温度、也就是所谓的沸点,随着气压压力变化而变化,压力越高,液体的沸点就越高。
1标准大气压、或0.101325兆帕(MPa)蒸汽气压下,水会在100摄氏度(水的正常沸点)下发生沸腾。当水的温度达到这一点,它开始蒸发并将状态从液态水转换成蒸汽。
这也就是为什么,水在室温的时候,不会自发的出现沸腾的状况。
知晓了这些原理,就可以解释前面的现象。当我们抽走压力舱内部大量的空气时,气压降低,沸点也跟着降低。最终,沸点低到当时水自身的温度,然后就会自发地开始沸腾。
水沸腾的时候,实际上,单个水分子会以更激烈的方式运动,直到脱离了其他分子的束缚,逃逸到空气中。但是,液体本身没有其他的能量来源,所以,分子逃逸时消耗的就是液体自身的热量。当你通过降低气压的方式使水沸腾时,处于液态的分子将能量传递给逃逸出去的分子。结果就是,剩余的液体的温度越来越低,最后就降低到结晶点。
显然,气态分子比无法克服分子间弱作用力的分子具有更多的动能。
物理学,你真棒.jpg
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