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立博威廉 - 打个响指就让能水一秒沸腾,这是不是降世神通的技能?|科学DIY
发布日期:2020-01-11 18:49:44    文章来源:未知    浏览次数:4284

立博威廉 - 打个响指就让能水一秒沸腾,这是不是降世神通的技能?|科学DIY

立博威廉,本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育

尼克公司的东方主义动漫《降世神通》中的截水神功

看过动漫《降世神通》的截水神功吗?就是让水可以按照你的意志运动的那种本领。

这似乎违反物理学了,但是今天教你一招方便易学的“截水特技”,学会了之后,你就可以控制沸水,让它只在你的指令下沸腾。

这样,你就可以在同学面前表演,打一个响指就能让水一秒沸腾的“魔术”了。

关键概念

过热

材料和操作

一个比较光滑的玻璃杯,最好是新杯子

微波炉

没有气泡的水

防热手套(烤箱用的那种)

方糖/砂糖/盐都可以

注意:这个实验有一定的危险性,一定要在成年人的看护下进行。

如果你害怕受伤,那就不要亲自操作了,看下面的动图吧。

这个实验的操作很简单。

1. 用一个比较光滑的杯子,最好是新杯子,装上半杯纯净水。

2. 把杯子放到微波炉里,加热8分钟。注意加热完毕后不要直接用手去拿杯子,也不要把杯子从微波炉里取出。

3. 戴上烤箱的防热手套,小心翼翼地用筷子或者勺子把方糖放到杯子里,同时打一个响指,你就可以让水一秒沸腾啦!

用铅笔——

用方糖——

用菜刀——

用冰棍——

原理

你观察到的这个现象叫做过热(superheating),也叫沸腾延迟,是液体到了沸点但不沸腾,或延迟沸腾的现象。

用微波炉把纯净水加热太长时间的时候就容易出现过热,特别是你在使用新买的茶杯或碗的情况下。

过热现象产生的主要原因是,,要形成沸腾的气泡,就必须要跨越自由能垒(free-energy barriers)。用人话说就是,你看见的沸腾的气泡,它们不是凭空产生的,而是借助水里本来就有的小气泡形成的。

这些可以变成大气泡的小气泡,叫做成核位点(nucleation sites),它们往往是贴杯壁上的那些空气囊。

你的皮肤表面并不平滑,有很多缝隙,里面的小气泡就是成核位点,所以手指放到汽水里面以后,手指上会出现大量气泡。

新的杯子和碗的表面比较光滑,小的气泡无法镶嵌在上面,因此缺乏形成气泡所需的成核位点。缺乏成核位点,就很难形成气泡,也就不易沸腾了。由于不会沸腾,多余的热量无法通过水蒸气散发,因此过热水的实际温度可以超过100摄氏度,相当烫手。

不过,当过热水受到扰动,比如你把它放到嘴边,或是放入勺子搅拌的时候,它就会突然沸腾,对人体造成伤害,所以不要直接用手去拿过热水。

为什么用火烧水就不会出现过热呢?

微波炉加热水的时候,水是被均匀加热的,上层和下层温差不大;另外,微波炉的器皿一般比较光滑,使气泡难以附着,因此不容易沸腾。

但是用火烧水的时候,容器的底部先被加热,一锅水的上下温度并不均匀,被加热的部分区域会出现过热的情况,热水上升,冷热水混合形成扰动,继而诱发沸腾。

其次,你家的铁锅什么的表面并不光滑,容易附着小气泡,它们可以成为成核位点。

那么,平时用微波炉煮水的时候,应该怎样防止过热呢?

有一个好方法就是在水里放一根木勺,因为木勺表面并不光滑,上面有许多凹痕,气泡可以躲在这些凹痕里带入水中,形成成核位点。这样在微波炉里加热的时候,水就会正常沸腾了。

有过热水,那有没有过冷水呢?

你猜对了,实际上,过冷水也是存在的,还可以用来制作酷炫的冰棍,我们之前也介绍过,有兴趣的话点我看一下吧!

亲爱的小伙伴们,

你有没有尝试“一秒沸腾”?

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图片来源和参考资料:

降世神通截图

wikipedia

http://www.lassp.cornell.edu/sethna/nucleation/

http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/superheating.htm,

five m crafts

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