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开水不响,响水不开的道理

科普小知识2022-04-12 21:30:14
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我们一生中都有这种经历。当烧开水时,如果我们听到水响,这意味着水还没有烧开。过了一段时间,原来的声音听不见了,这表明水在沸腾。为什么开水不响,响水不开?

我们知道少量的空气溶解在水中,空气被吸附在容器壁表面的小孔中,这些小气泡充当汽化核心。水对空气的溶解度和容器壁对空气的吸附量随着温度的升高而降低。当水被加热时,气泡首先在加热表面的容器壁上产生。在气泡产生之后,随着水被持续加热,在加热表面附近形成过热水层,过热水层将水蒸气持续蒸发到小气泡中,增加气泡中的压力,扩大气泡的体积,并增加气泡的浮力。当气泡的浮力大于气泡和容器壁之间的粘附力时,气泡将离开容器壁并开始漂浮。

沸腾前,容器内各水层的温度不同,受热面附近的水层温度较高,水面附近的温度较低。在气泡上升的过程中,不仅气泡内的气压随着水温的降低而降低,而且气泡内的部分水蒸气凝结成饱和蒸汽,压力也在降低,而外部压力基本不变。此时,气泡的外部压力高于气泡的内部压力。因此,在上升过程中,浮动气泡的体积会缩小。当水温接近沸点时,大量气泡出现,持续上升,并迅速由大变小,导致水剧烈振荡,并产生“嗡嗡”声。这就是“响水不开”的原因。

继续加热水,由于对流和气泡不断给中层和上层带来热能,整个容器的水温趋于稳定值。气泡从容器壁向上浮起,气泡内的饱和蒸汽不会凝结,饱和蒸汽压力趋于稳定值。在气泡上升的过程中,液体对气泡的压力随着水深的减小而减小。因此,与内部压力相比,气泡上的外部压力逐渐减小。气泡迅速膨胀并迅速上浮,直到蒸汽和空气从水面释放出来。水开始沸腾,即“水开了”。当气泡在这个时候升到水面破裂时,水面上的振荡减弱,几乎听不到“嗡嗡”声。这就是“开水不响”的原因。