@ 2016.11.23 , 13:00

牛逼物理:让水沸腾到结冰

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一切皆有可能!

如果你有将传统信条丢出窗外的觉悟,那你可以试试将这杯水一直煮到结冰。

没错,正如文章结尾处的Cody实验室视频中演示的那样,在烧杯中的水沸腾几分钟后,水会逐渐结冰直至冻成一坨。简直□□炸天,不是咩?

那么,这里到底发生了什么?

首先,让我们浏览一下我们的装备。在正常条件下,你根本不可能将什么东西沸腾直到结冰,所以呢,请把你的水壶丢掉,谢谢。

正如视频中所说的,你需要一个压力舱,用真空泵将其中的空气全部抽走。Cody在里面放了一个装满60ml室温自来水的烧杯。

压力舱的后面还放着一些无水硫酸镁和外面涂着硫酸钙的瓶子。

这两种东西实际上并没有帮助我们完成这项逆天的过程,它们仅仅是为了吸收压力舱内的水蒸气,以防止其受损。

之后我们向水中加了一些固体方解石作为“沸石”,这并不会对温度有什么影响,但是却能够防止液体爆沸。

好了,一切就绪,我们可以开始实(zhuang)验(bi)了。

在压力舱内部,水不会因为压力增加而沸腾,相反,只有减小压力水才会沸腾。

正如Cody在视频中解释的,液体的沸点决定于温度和压力两个方面,液体温度越高,所需压力越大。

在100℃下(水的正常沸点),所需的压力是一个“标准大气压 ”,或者说是“0.101325兆帕(MPa)”。当达到这个条件时,水开始沸腾,并从液体转化为气体(蒸汽)。

在室温下,气压很低,所以水表现的很稳定,也不会沸腾。

运用以上的原理,你可以将室温下的水放入压力舱中,然后减少空气(以此获得低气压),几分钟后你就会看到常温下的水沸腾了,但是你还没加热呢。

Cody表示,从理论上说,如果我继续降低气压,水则会继续沸腾。实际上这是一个损失热量的过程,因为水分子的不规则运动,热能将会转化为动能,水会变成气体离开烧杯,这会让烧杯中剩下的水逐渐冷却。

你可以看到视频中水在沸腾时,温度实际上已经下降到冰点以下了。

美国加州哈佛西湖分校物理系的研究者解释“解释”说,当你用降低气压的方法使水沸腾时,仍处于液体状态的分子会给气态分子提供能量。

他们还补充道,很明显,气体分子比那些无法克服分子间作用力的水分子拥有更多的动能。

所以呢,液体沸腾的过程是不断损失热量的过程。继续使用真空泵降低压力舱的气压,会让沸腾的过程继续。最终,液体的温度降到冰点以下,它就结冰啦~

那么,现在你明白了吧。视频全程你都会发现Cody在让水沸腾的时候都无比蛋定,甚至烧杯都不会有一丝损坏。

物理,真TM牛逼!

本文译自 sciencealert,由译者 千里之外 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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