搜搜考试网水在零摄氏度下可能会沸腾吗?
来源：学生作业帮 编辑：搜搜考试网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/29 12:24:39
水在零摄氏度下可能会沸腾吗?
水的沸点在海拔高的地方沸点会比正常情况下低~那么在理论上有足够的海拔~水有没有可能在零摄氏度以下沸腾?
水的沸点在海拔高的地方沸点会比正常情况下低~那么在理论上有足够的海拔~水有没有可能在零摄氏度以下沸腾?
这个问题事实上很难的!
首先考虑沸点的问题.
你注意过没有,用锅烧开水的时候,加热一会,就
会看到锅底附近出现许多小泡泡,随着温度不断升高,
泡泡越来越大.这是因为壶底受热快,紧挨壶底的水首
先变成水蒸气,在水中形成泡泡；同时,原来溶解在水
中的空气,也因受热析出、膨胀而形成小气泡,周围的
热水又会向小气泡里蒸发水蒸气,使气泡慢慢变大.当
加热到一定的温度时,水中这些气泡变得相当大,由于
浮力作用就会上升,升到水面便破裂开来.这种在液体
内部和表面同时进行的急剧的气化现象,就叫做沸腾.
这时,我们就说水烧开了.水沸腾时的温度叫做水的沸点,
我们平常说“水的沸点是100℃”,那是指在一个大气压下
（101.5Kpa）水沸腾时的温度.那么水的沸点是不是一成
不变呢?不是的.水的沸点是随大气压强的变化而变化的
：气压增大了,沸点就升高.因为水面上的大气压力,总
是要阻止水分子蒸发出来,所以气压升高的时候,水要化
成水蒸气必须有更高的温度.一般在海拔不高的地面上,
大气压强基本上是一个大气压.低于海平面的地方（如很
深的矿井）,气压高于一个大气压,在那里烧水,水的沸
点要升高,据测定,深度增加一公里,水的沸点就提高3度.
相反,气压减小,沸点也就降低.如海拔越高的地方,空
气越稀薄,气压也越低,这个地方水的沸点就降低了.在
世界之巅的珠穆朗玛峰上烧水,只要烧到73.5℃,水就被
烧“开”了.这样的“开水”,不能把饭菜煮熟,也不能
杀死某些细菌.因此,地质工作者和登山队员在高山上工
作时,都要使用高压炊具——高压锅.它是利用高压下沸
点升高的原理制成的.密封的锅盖使锅内的蒸气无法逸出,
因此气压增大,沸点提高,饭菜就熟得快了.
接下来是冰点,因为这里讨论的是水(液态)而非冰(固态).
热力学上的冰点是根据水中固、液两相共存时的温度
确定的,在标准大气压下为0℃.
如果是单就纯水来说,压力会导致冰点的降低.（但
导致沸点的上升!）另外,添加水溶性物质,例如盐,也
是方法之一 ,因为任何物质溶于水时,都会降低水的冰点
（0℃）.至于温度可降低多少,这需实验来说明.
在现实的情况下,是否有凝结核,是个重要因素,有人
向个长者请教,他说:若是纯水,全无杂质,在一般大气压力
下,甚至水温降至零下40度,水仍可维持液态而不结冰,这是"过冷"（supercooled water）.他又问:如果这"过冷"水,突然受到扰动,是否会瞬间结冰?长者回答说:（!）
此图是所谓冰或水的三相图（即固、液、气三相）.
冰、水与水蒸气同时共存的温度也就是三相点
是摄氏0.1度水最低温会随着压力增加而下降 但是
请注意图中压力的单位以及数值,那可不是一般实
验可以达到的状况!
（另：大学热力学课本(fundamentals of classical thermodynamics,
Gordon J.Van Wylen,Richard E.Sonntag,page 40)有水的相位图(phase diagram of water),可看出压力升高,凝固温度会降低的,只有第一相的冰,其它相的冰,凝固温度,随压力增大而升高,故除了过冷水外,水的最低温应该是第一,三相冰,与水共存之三相点,由图上推估之,应是近2000个大气压力,约摄氏零下21度.）
所以,如果哪个牛人肯用微积分对付一下上图,求作极端情况值(如:0℃时,如果出现三相点-沸点,其气压是否是负值),应该可以得到精确的解释.现在我只能说:如果"另"的数据是无误的,再考虑到非纯水中溶液依数性的因素,基本可以肯定,零度的水是可能沸腾的.
首先考虑沸点的问题.
你注意过没有,用锅烧开水的时候,加热一会,就
会看到锅底附近出现许多小泡泡,随着温度不断升高,
泡泡越来越大.这是因为壶底受热快,紧挨壶底的水首
先变成水蒸气,在水中形成泡泡；同时,原来溶解在水
中的空气,也因受热析出、膨胀而形成小气泡,周围的
热水又会向小气泡里蒸发水蒸气,使气泡慢慢变大.当
加热到一定的温度时,水中这些气泡变得相当大,由于
浮力作用就会上升,升到水面便破裂开来.这种在液体
内部和表面同时进行的急剧的气化现象,就叫做沸腾.
这时,我们就说水烧开了.水沸腾时的温度叫做水的沸点,
我们平常说“水的沸点是100℃”,那是指在一个大气压下
（101.5Kpa）水沸腾时的温度.那么水的沸点是不是一成
不变呢?不是的.水的沸点是随大气压强的变化而变化的
：气压增大了,沸点就升高.因为水面上的大气压力,总
是要阻止水分子蒸发出来,所以气压升高的时候,水要化
成水蒸气必须有更高的温度.一般在海拔不高的地面上,
大气压强基本上是一个大气压.低于海平面的地方（如很
深的矿井）,气压高于一个大气压,在那里烧水,水的沸
点要升高,据测定,深度增加一公里,水的沸点就提高3度.
相反,气压减小,沸点也就降低.如海拔越高的地方,空
气越稀薄,气压也越低,这个地方水的沸点就降低了.在
世界之巅的珠穆朗玛峰上烧水,只要烧到73.5℃,水就被
烧“开”了.这样的“开水”,不能把饭菜煮熟,也不能
杀死某些细菌.因此,地质工作者和登山队员在高山上工
作时,都要使用高压炊具——高压锅.它是利用高压下沸
点升高的原理制成的.密封的锅盖使锅内的蒸气无法逸出,
因此气压增大,沸点提高,饭菜就熟得快了.
接下来是冰点,因为这里讨论的是水(液态)而非冰(固态).
热力学上的冰点是根据水中固、液两相共存时的温度
确定的,在标准大气压下为0℃.
如果是单就纯水来说,压力会导致冰点的降低.（但
导致沸点的上升!）另外,添加水溶性物质,例如盐,也
是方法之一 ,因为任何物质溶于水时,都会降低水的冰点
（0℃）.至于温度可降低多少,这需实验来说明.
在现实的情况下,是否有凝结核,是个重要因素,有人
向个长者请教,他说:若是纯水,全无杂质,在一般大气压力
下,甚至水温降至零下40度,水仍可维持液态而不结冰,这是"过冷"（supercooled water）.他又问:如果这"过冷"水,突然受到扰动,是否会瞬间结冰?长者回答说:（!）
此图是所谓冰或水的三相图（即固、液、气三相）.
冰、水与水蒸气同时共存的温度也就是三相点
是摄氏0.1度水最低温会随着压力增加而下降 但是
请注意图中压力的单位以及数值,那可不是一般实
验可以达到的状况!
（另：大学热力学课本(fundamentals of classical thermodynamics,
Gordon J.Van Wylen,Richard E.Sonntag,page 40)有水的相位图(phase diagram of water),可看出压力升高,凝固温度会降低的,只有第一相的冰,其它相的冰,凝固温度,随压力增大而升高,故除了过冷水外,水的最低温应该是第一,三相冰,与水共存之三相点,由图上推估之,应是近2000个大气压力,约摄氏零下21度.）
所以,如果哪个牛人肯用微积分对付一下上图,求作极端情况值(如:0℃时,如果出现三相点-沸点,其气压是否是负值),应该可以得到精确的解释.现在我只能说:如果"另"的数据是无误的,再考虑到非纯水中溶液依数性的因素,基本可以肯定,零度的水是可能沸腾的.