正在沸腾的“开水”,居然结冰了

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-01-10

我真没骗你。

正在沸腾的“开水”,居然结冰了

图片来源:Cody's Lab

  在适当的条件下,可以把水烧开,直到它凝固起来。

  没错,正如Cody实验室出土的视频所展示的那样,在沸腾几分钟之后,水开始形成固态的冰晶,而且实际上还是冷的。简直要疯了对不对?

  所以这到底是怎么一回事?

  首先,让我们来看一下当前的条件,因为在正常情况下,冷冻的东西没办法很快就煮沸,所以先把水壶放边上。

  正如视频所解释的,你需要有一个压力室,用一个真空泵将你需要用来烧水成冰的区域内的所有空气都抽走。然后在里面放上一个装着60毫升的室温自来水的烧杯。

  在压力室里,烧杯外面还套上一个更大的杯子,里面放着一种用硫酸镁制成的盐,杯身则涂上了硫酸钙。

  这两种物质不是用来帮助水的沸腾和冻结进程,而是用来吸收压力室内的水蒸气,以免压力室因为水蒸气积聚而受损。

  然后将一些方解石固体加到水里,作为“沸腾的晶片”。它们不会影响到任何温度,但能帮助水煮得更顺畅。

  好的,现在一切已经就绪。

  在压力室内,水不是通过温度的升高来煮沸,而是通过降压达到煮沸的效果。

  正如Cody解释的,液体的沸点取决于温度和压强。而液体的温度越高,蒸汽压就越高。

  在10℃(水的正常沸点),蒸汽压力为1标准大气压,或者0.101325兆帕斯卡(MPa)。这个时候,水会开始蒸发,状态将从液体变成蒸汽。

  但在室温下,水的蒸汽压要低得多,所以它是处于稳定状态的,不会沸腾。

  使用这些原理,你可以把室温水放入一个压力室中,接着开始去除空气(因此压力降低),几分钟后,沸点温度将下降到水温以下,水就会在没有加热的情况下达到沸腾。

  Cody说道:“从理论上来说,如果我继续降低压力,水应该会继续沸腾,但实际上它会失去热量。因为水分子来回跳动,最热、或者动能最大的分子会像气体一样离开,烧杯中剩下的水分子就会变得更冷。”

  在视频中你可以看到,当水沸腾时,它的温度会下降到冰点。

  正如来自加利福尼亚的哈佛西湖高中的物理系所解释的那样,当你通过降低压力来烧水的时候,处于液态状态的分子会把能量转化成气体。

  他们解释道:“很明显,气态分子比那些无法克服分子间弱力的分子具有更多的动能。”

  “所以说,随着煮沸过程的进行,液体会不断地失去热量。继续运行真空泵就会阻止气体分子的压力重新凝结,使得沸腾继续进行下去。最终,液体的温度就会下降到足以冻结的程度。”

  物理简直帅呆了。

 

  蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 狗格格,转载须授权 

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