把水燒開之後,繼續燒,會發生什麼?

2020-12-08 正五邊形的世界0科學

當然是水一直沸騰,直到被燒乾為止了!不過那是多麼無聊的一個過程啊,不會有人悠閒到盯著一壺燒開的水一直看,直到裡面一滴水都不剩為止的。那既不有趣,也不安全。

既然如此,我們為什麼不做點改動呢?如果我們讓水燒開之後,水蒸氣跑不出去,會怎麼樣?比如說,我們將一些冷的液態水都放到一個柱形容器當中,然後放上一個活塞,並讓活塞與液態水剛好接觸,不會留下空隙,之後我們再在活塞上放置一塊重物。這樣再去持續不斷的燒水,會發生什麼呢?很幸運的,這已經被科學家專門研究過了,被稱為水的定壓氣化過程。

由於重物和活塞的重力都不會改變,而且大氣壓力也是不會改變的,所以活塞給水的壓力也是不會改變的,這也是為什麼這個過程被稱為定壓氣化過程的原因。好了,現在一起來看看接下來持續不斷的加熱水會發生什麼吧!一開始的時候,水是冷的,隨著熱源的不斷加熱,水的溫度逐漸升高,直到達到對應壓力下的沸點,這時,水仍是液態的,但體積有所增大。

這裡順便說一下,不同的壓力所對應的的沸點是不相同的,壓力越低,水沸騰時的溫度也就越低,這也是為什麼在大氣壓比較低的高山上水沸騰時溫度達不到一百攝氏度的原因!如果壓力足夠低,那麼當水沸騰的時候,你甚至能感覺到水一點都不燙手!

回到正題,這時候繼續加熱的話,毫無疑問,水將開始沸騰氣化,但水和水蒸氣的整體溫度並不會升高,只會維持在沸點的溫度(至於為什麼,在這裡就不解釋了,那將使文章過於冗長)。同時,混合物的體積不斷增大。這種水蒸氣和液態水的混合物被稱為溼飽和蒸汽,就像下面這幅圖一樣。

如果繼續加熱呢?那當然是水蒸氣繼續增多了,而液態水繼續減少了,直到最後液態水完全變成了水蒸氣,容器中只有水蒸氣了,水蒸氣的體積達到了沸點所對應的溫度下的最大值。這時的蒸汽被稱為幹飽和蒸汽。

幹飽和蒸汽

現在,繼續加熱的話,蒸汽的溫度終於可以繼續升高了,這時的蒸汽被稱為過熱蒸汽,繼續加熱的話,蒸汽的體積也會繼續增加。就像下面這幅圖這樣。

過熱蒸汽

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