這個在人教版高中物理選修3-3中的 物態(tài)和物態(tài)變化 中的 飽和汽與飽和氣壓 中有解釋
物理書中有關(guān)內(nèi)容:
液體蒸發(fā)的實質(zhì)是液體分子從液面飛出的過程,同時由于水蒸氣的分子在不停做無規(guī)則的熱運動,有的分子撞到水面回到水中.在密閉的容器中,隨著水的不斷蒸發(fā),上方的水分子數(shù)不斷增多,回到水中的水分子也不斷增多,使蒸發(fā)速率變慢.最終離開液面的水分子數(shù)與回到水中的水分子數(shù)相等,達到一種動態(tài)平衡,液體停止蒸發(fā).
與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽叫飽和汽
在一定溫度下,飽和汽的分子數(shù)密度是一定的,因而其壓強也是一定的,這個壓強叫做飽和汽壓.
飽和汽壓指的只是液體蒸汽的分氣壓
這里水的飽和氣壓指的只是空氣中水蒸氣的分氣壓,與其他氣體壓強無關(guān)
飽和汽壓隨溫度升高而升高
水在100攝氏度下的飽和氣壓是100KPa,即一個大氣壓,事實上沸點就是在一定壓力下,某物質(zhì)的飽和汽壓與此壓力相等時對應(yīng)的溫度.
因而水不斷蒸發(fā)的原因:
只要水上方的水蒸氣沒有達到飽和氣壓,水就會不斷蒸發(fā),即蒸發(fā)大于液化.水在100攝氏度沸騰時的飽和氣壓是1個大氣壓,而空氣中的水蒸汽的分氣壓不可能達到1個大氣壓,且相差巨大(相當于水在極為干燥的空氣中),所以水的汽化不會停止,會不斷的劇烈汽化,變?yōu)樗魵?br/>此外氣泡上浮變大的原因是:
氣泡上升時是越來越大的,因為此時氣泡里是水沸騰產(chǎn)生的大量水蒸氣,沸騰時對流已基本停止,上下水溫基本一致,不存在熱脹冷縮的問題,但由于水的壓強隨深度的增加而增加,所以氣泡越到上面,所受水的壓強越小,這樣內(nèi)外氣壓不平衡,內(nèi)面氣壓大于外面氣壓,所以氣泡會膨脹、變大,只到到達水面破裂開來,里面的水蒸氣就散發(fā)到空氣中.
水變?yōu)樗魵獾脑颍?br/>溫度是分子熱運動的劇烈程度的標志即分子熱運動的平均動能的標志
物體的內(nèi)能包括分子動能和分子勢能
分子平均動能與溫度有關(guān),而分子勢能與物體的體積有關(guān)
水達到沸點后溫度不再升高卻繼續(xù)吸熱,即分子平均動能不變,而內(nèi)能增加,所以分子勢能變大,分子間距離變大即體積增大從而水變?yōu)樗魵?此時水蒸氣溫度與沸騰的水溫度相同,所以并不是因為局部溫度大于沸騰溫度.如果是因為局部溫度大于沸騰溫度,且局部溫度繼續(xù)增大的話,則違背了熱力學第二定律,所以不是因為局部溫度大于沸騰溫度.
至于飄浮在水面上的氣泡還可以持續(xù)一段時間不會破,可能有多種原因,據(jù)我猜測可能是因為水表面的張力,還有可能是水中有雜質(zhì)
補充:我說的違背了熱力學第二定律的意思是局部溫度不可能比沸騰溫度大很多,所以水蒸氣的溫度也不可能很大.
沸騰時上下水層是有溫差,我以前做過的試驗中,沸騰時上下水層也確實有溫差,但最多也就2-3攝氏度,可以說溫差很小.所以沸騰時水的溫度也就在100攝氏度-103攝氏度之間.因為水蒸氣是在水中產(chǎn)生的,其熱源是水,并不是燒水的爐子等熱源.所以水中的水蒸氣溫度不可能超過水的溫度,應(yīng)與水一致.這也是水浴加熱的原理.
(加熱水時有兩種熱傳遞的方式:一種是水的對流,另一個就是以水為導(dǎo)體的熱傳導(dǎo).對流的結(jié)果使得水上層溫度較高,下層溫度較低;熱傳導(dǎo)的結(jié)果使得下層水溫度較高,上層水溫度較低.溫差越大,水的對流現(xiàn)象越明顯,因為水是熱的不良導(dǎo)體,熱傳導(dǎo)的速率變化不明顯.所以燒水時,上下水層的溫差不會很大,沸騰時,溫差更是很小)
這是一個別人探究水沸騰前后水層溫度分布的實驗數(shù)據(jù):
壺底溫度℃下層水溫度℃中層水溫度℃上層水溫度℃
3833.53536
484343.545
534848.550
65595960
7265.56666
85808080
96929190
999895.595
104 100 98.598.5
105 103 101 100
水沸騰后里面冒出的氣泡怎么這么多,好像永遠沒完似的,難道水里有溶解這么多氣體嗎.誰能告訴我是怎么回事?
水沸騰后里面冒出的氣泡怎么這么多,好像永遠沒完似的,難道水里有溶解這么多氣體嗎.誰能告訴我是怎么回事?
回答者:daijuesn 說的好像有點道理,但并沒有說明氣泡產(chǎn)生的原因,
回答者:tobyliu415 說的跟我以前猜測的很像,就是鍋底局部溫度超過100度時的水必須為水蒸氣,看是看懂了.但是本人以前看到過“飄浮在水面上的氣泡還可以持續(xù)一段時間不會破”和肥皂泡的原理不同,肥皂溶液可改變水的物理性質(zhì),而沸騰的水卻沒有改變.能解釋一下“飄浮在水面上的氣泡還可以持續(xù)一段時間不會破”的原因嗎?
回答者:F_LL_Y 說的意思明確,但是這“局部溫度大于沸騰溫度”并沒有違反熱力學第二定律,原因很簡單,就是這里不涉及低溫物體和高溫物體之間的傳熱,而是這里的所有水分子共同從火焰中吸取熱量,只是鍋底靠近火焰,熱量來不及傳遞,就是“局部溫度大于沸騰溫度”了.這就好像是表層海水吸收更多的陽光熱能從而比底層海水的溫度高罷了,這也是熱量來不及傳遞的實例.別忘了,水在水蒸氣的狀態(tài)下升高溫度的潛能可是很大的喲,很容易超過100度的.
回答者:daijuesn 說的好像有點道理,但并沒有說明氣泡產(chǎn)生的原因,
回答者:tobyliu415 說的跟我以前猜測的很像,就是鍋底局部溫度超過100度時的水必須為水蒸氣,看是看懂了.但是本人以前看到過“飄浮在水面上的氣泡還可以持續(xù)一段時間不會破”和肥皂泡的原理不同,肥皂溶液可改變水的物理性質(zhì),而沸騰的水卻沒有改變.能解釋一下“飄浮在水面上的氣泡還可以持續(xù)一段時間不會破”的原因嗎?
回答者:F_LL_Y 說的意思明確,但是這“局部溫度大于沸騰溫度”并沒有違反熱力學第二定律,原因很簡單,就是這里不涉及低溫物體和高溫物體之間的傳熱,而是這里的所有水分子共同從火焰中吸取熱量,只是鍋底靠近火焰,熱量來不及傳遞,就是“局部溫度大于沸騰溫度”了.這就好像是表層海水吸收更多的陽光熱能從而比底層海水的溫度高罷了,這也是熱量來不及傳遞的實例.別忘了,水在水蒸氣的狀態(tài)下升高溫度的潛能可是很大的喲,很容易超過100度的.
物理人氣:102 ℃時間:2019-09-20 06:26:48
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