你可能還不知道,我們平時說的多少“攝氏度”其實是根據(jù)水的冰點和沸點來制定的。 在1標準大氣壓下,水的冰點為0攝氏度,沸點則為100攝氏度,在其中間分成100等分,這樣就有了溫度的計量方式了。 當然,這不是唯一的溫度計量方式,但是不管溫度是怎么計量的,也無論你在什么地方加熱水,到達一定溫度后,它將不再升溫。 在常壓下,這個溫度是100攝氏度,為什么水達到這個溫度后就不會再升高了呢? 關于沸點 水是我們生活的必須品,把水燒開,它將開始沸騰,常識告訴我們這時候的水是100攝氏度,如果用物理學名詞表達就是達到了沸點。 水的沸點取決于氣壓,我們現(xiàn)在所說的100攝氏度就是在海平面水的沸點。如果在更高的氣壓下,燒開水的溫度將高于100℃,比如高壓鍋;同樣的,如果去往較低氣壓的地方,沸點的溫度就較低,在珠穆朗瑪峰上水的沸點差不多只有70℃。 但是,無論沸點溫度是多少,當水達到沸點并開始產(chǎn)生水蒸氣時,溫度就停止上升。你可以添柴加火,水只會更猛烈地沸騰,更快地轉化為蒸汽,但不會變得更燙。 這就很有趣了,為什么會這樣呢?為什么沸點和氣壓有關?只要我們了解了沸點的本質,就很容易理解了。 圖為:在沸水中形成氣泡 蒸氣壓和大氣壓 當液體被加熱到沸點時,它會開始沸騰,這意味著液體在變成蒸汽,這種通過蒸發(fā)離開液體的分子與空氣分子碰撞時會產(chǎn)生向上的壓力,這種向上的推力叫做蒸汽壓。 而在液體上方,同樣有一個氣體壓力在影響著液體,在開放系統(tǒng)中,這個壓力叫做大氣壓。 而當液體的蒸汽壓等于施加在液體上的大氣壓時,就發(fā)生了從液態(tài)到氣態(tài)的變化,反過來說也就是達到了沸點。 圖為:液體的蒸氣壓等于大氣壓達到沸點 大氣壓越大,液體沸騰所需的能量就越多,沸點也就越高。實際上,在沒有任何外部壓力的情況下,液體分子將隨意擴散,并從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。 同樣的,蒸氣壓是由液體分子之間的力決定的,所以不同物質的蒸汽壓是不同的,換句話說沸點就不同。 另外,液體的蒸汽壓降低了大氣對液體施加的壓力,因此具有高蒸氣壓的液體沸點較低。而蒸汽壓可以通過加熱液體而增加,因為加熱可以導致更多的分子進入大氣。 為什么達到沸點就不會再升溫? 達到沸點的液體會產(chǎn)生氣泡,這些氣泡也是由液體分子組成的,這些分子獲得了足夠的能量而變成氣態(tài)。 液體變成氣體需要能量,這些氣體上升進入更大的空間也會帶走能量,而達到沸點的液體意味著大氣壓已經(jīng)無法“鎖定”熱量。 施加更多的熱量只會導致更多的液體變成氣體,因此,液體的溫度在達到沸點后保持恒定。 最后 事實上,在微觀層面上,沸水也可能存在較冷的區(qū)域。當蒸汽泡在熱源附近形成時,比如在鍋底,這些氣泡將水與熱量隔離開來。 別小看這種受熱不均,對家庭烹飪來說并不是什么大事,但對于工業(yè)應用來說卻是一個重要的考慮因素。 同樣的,有時候常壓下超過100攝氏度的水也不會沸騰,比如微波水,這種熱水法也能夠克服水熱容器加熱不均勻的缺點。
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