在日常生活中,我们都应该有过烧白开水的经历,而且我们知道当温度达到度的时候,水就开始沸腾了,就算再继续加热下去,水的温度也不会再继续上升了。
那么大家有没有想过,水的沸点和哪些因素有关,有没有什么办法可以把水加热到度以上?今天我们就来讨论一下这个问题。
沸点的定义是什么,水的沸点为什么是度?
沸点,顾名思义,液体沸腾的时候的温度,再准确一点就是:当液体变成为气体的温度,这个临界温度就叫作沸点。有人可能会问,正常温度下,水也会挥发成为气体啊。
没错,但其实水的挥发是一种只发生于液体表面的现象,液体内部当然是不会的。而沸腾则是全部液体(包括内部液体)都剧烈蒸发的过程。所以我们看到的效果就是:内部液体由于也会蒸发,所以水沸腾的时候才会不断的产生气泡。
水的沸点是度,这是大家最熟悉的基本常识了,但其实,这句话是有一个隐含的前提条件的,那就是:在一个标准大气压下(约为.千帕斯卡),纯净水的沸点为摄氏度(后来国际上的温度计量标准变更之后,水的沸点变成了99.摄氏度)。
但在生活中,由于水的纯净程度不同再加上所处海拔的不同,就会导致水的沸点并不是精确的摄氏度,当然,我们日常也不需要纠结它的精确值,知道沸水大致是度就可以了。
至于水的沸点为什么是度,这其实完全是我们人为规定的。
当时,科学家为了找到适合日常使用的温标,于是就拿在一个大气压下,水结冰的温度定义为0摄氏度,水沸腾的温度定义为摄氏度,然后把它们之间的温度差平均分成份,每一份就是1摄氏度,所以水的沸点才刚好是度。
水的沸点和大气压之间的关系。
前面我们一直在强调,水的沸点是度的前提条件是在一个标准大气压下,那么沸点和大气压之间存在什么关系呢。
首先我们从大气压说起,众所周知,在大气层到海平面内到这段距离内,充满着空气,而空气也是有质量的,据估计空气的密度约为1.kg/m。
又因为地球引力的存在,生活在地表的我们,就会无时无刻的受到来自几千千米空气的压力(1个大气压相当于10吨的重量),这个压力就叫做大气压。
这个时候我们再来考虑海拔,想象一下,如果站的越高,那么“压”在你身上的空气自然也就越少,那么我们受到的压力也就越小,所以我们通常说:海拔越高,大气压越低。
当我们煮白开水的时候,水的内部会蒸发产生气泡,气泡内部有一个向外的压力,这个压力叫做饱和蒸汽压。而气泡的外部又承受着来自大气的压力。当气泡内部的压力大于外部大气压的大小时,液体才会出现沸腾的现象。
而前面我们提到,海拔越高,大气压越小,那么我们就可以得出这样一个结论:大气压越高,水的沸点就越高,相反,则水的沸点越低。
这就是为什么在西藏等一些海拔米以上的地方,要用高压锅煮饭,因为如果不用高压锅,水的温度只能达到80多度就沸腾了,根本无法把食物煮熟,甚至无法对细菌进行消毒。
如何把水的沸点提高到度以上?
看到这里,大家应该知道如何把水(液体)加热到度以上了。我再来简单的叙述一遍。
在一个标准大气压下(海平面附近的大气压力),水的沸点是摄氏度,如果想把沸点继续提高到度以上,那么唯一的办法就是给水增加外界的压力,比如使用高压锅来烧水。
由于密封的高压锅只有一个很小的出气孔,当高压锅里的水汽不断产生,而出气孔的冒气的速度又小于水汽的产生速度,这些水汽就会在国内不断聚集,就这样,锅内部的压力就提高了。
据估计,家里用的高压锅,能提高到2个大气压左右。这样算下来,水的沸点就达到了度左右。这样不仅煮食物更快,而且还节省煤气费。
超临界态水:最高可达摄氏度!
如果不依靠人为的改变压力,还可以借助海水的力量。因为一个标准大气压是在海拔为零的地方,如果继续往下,压力自然也就更大了。那么海底的水沸点岂不是更高?
在热力学中,我们把物质以液态形式存在的最高温度,或者反过来以气态存在的最高压强,叫做临界点,当液体的温度或者压强超过了这个点,就会变成超临界流体。
这种超临界流体,会同时具有液体和气体的性质,它既可以像气体一样发生泻流,又可以像液体一样具有流动性,那么自然界哪里有超临界流体呢?
首先是藏在海底米以上的海域,这里的压力高达个大气压,海底会有很多活火山,有时候会放出很多蒸汽以及岩石碎片。在这些海底活火山附近的海水,都会变成超临界流体,温度都在度以上。
年的时候,德国科学家在大西洋的海底就发现了高温的海底热泉喷口,经过测量,这里的水温竟然达到了摄氏度,这已经人类发现温度最高的水。
这种超临界态水,有极强的氧化能力,还能溶解各种金属,以至于科学家根本无法使用钻头才从这里获取标本进行研究,目前对超临界态水形成的研究还只能用电脑进行模拟。
最后我们来总结一下。
水的沸点是指液体变成气体的临界温度,和火力的大小没有关系。大气压越强,水的沸点就越高,所以可以使用增加外界压力的方法,来提高水的沸点。在海底有着巨大的压力,海底活火山口附近的水会变成超临界态水,温度可达度以上。