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转载:关于液体突沸的解释

原创 Linux操作系统 作者:lfree 时间:2006-06-12 00:00:00 0 删除 编辑
转载的一篇文章,希望各位朋友使用微波炉时小心,避免此类灾难的发生!

今天有同事发文章,讲述了一件在家庭中容易发生的严重的事故。这就是用微波炉加热水(液体),水突沸导致烫伤的事故。事情是这样的,一个人想冲一杯咖啡, 就使用微波炉加热了一杯白水。当微波炉提示OK了以后,他将这杯水拿出来。发现水并没有沸腾,而是很平静。就在这个时候,杯子里的水忽然的沸腾起来,爆 炸,导致此人脸部严重的烫伤,很严重。

虽然早知道这个现象。今天收到mail,就又仔细的想了想。发现其中真的蕴涵好多的物理学原理。心血来潮,忽然就想写这样一篇文章,来详细阐述这个原理。这其中涉及到的物理学概念有:温度、气化、沸点、爆炸。

为避免冗长,将这几个概念的解释放在后面附加的部分。虽然我极力想避免,但似乎这个问题很难用极少的篇幅说清楚。

首先我们来了解一下微波炉的加热原理。微波炉,当然是用微波来加热物品的。为什么微波就能加热物品呢?我们先来看这样一个实验,将一块冰和一块干冰(固态 二氧化碳)同时放在两个相同的微波炉里,使用相同的功率加热相同的时间。会发生什么结果呢?冰会化掉,而干冰则安然无恙,完好无损。

这个实验结果很让人惊奇!为什么同样加热,冰都融化了,而凝固点低得多的干冰怎么没液化甚至气化成平时的气态呢?这都是因为微波炉的加热原理。

我们来仔细了解一下冰和干冰的不同。冰的分子式是H2O,它的化学键是120度角的,H+和O-2的分布导致起电性是不均匀的。也就是说,它稍宏观的表现 是一面是正电荷,而另一面则是负电荷。而干冰的分子式CO2中C和2个O则是排列在一条直线上。在稍宏观的表现则是没有电性的,任何方向都是平均的。这就 导致了不同。微波炉将微波打到这些分子上。冰的分子,由于极性的不同,会被微波激荡的来回运动,运动,这就是温度。这样冰的温度就逐渐升高,甚至融化。而 干冰,由于其分子根本就是没有极性的,所以微波的激荡也不可能引起其分子的运动,自然,温度也就不会上升,也就不会融化了。

水,自然也是可以加热的。我们知道,液体加热倒沸点就会沸腾。我们平时烧水,为什么不会爆炸?因为平时烧水,能量是靠热传递从下面给水的,在水中由于密度 的差异,就会引起对流,水壶中的水时刻都是在运动的。由于加热,水的蒸发也在加剧,这也导致了水面局部的气流不稳。气流的不稳在局部就表现为局部气压的不 稳。由于液体的沸点是和气压有关系的,所以在局部就有可能先达到当时气压的沸点,发生局部的沸腾。谚语讲“响水不开,开水不响”就是这个道理。

而在微波炉中,情况就不太一样了。前面,我们知道了微波的加热原理。那么好,平时足够水沸腾的能量输入给微波炉中平静的水后,会产生什么反应呢。理想的情况,水分子会在自己原来位置的附近剧烈的震动,而彼此之间的流动则要少好多。

这里,就要考虑温度的定义了。温度的定义是:物体内分子间平均动能的一种表现形式。那么我们就有疑问,这个平均动能,包括不包括分子震动的能量呢?如果定 义为包括。那么这就是液体的例外情况了,达到沸点而不沸腾。而一旦有了杂质或者震动等破坏这个过稳定状态的时候,水就会突然的沸腾,就好比铁饼运动员旋转 身体的时候看起来没什么,将铁饼投出去就是很大的速度和能量。这就是前面说的情况,这就是突沸。

能量在短时间内大量的释放,这是什么?就是爆炸的定义么。而水蒸气遇到皮肤液化放热的危害,想必大家也都知道了。

话继续说回来,如果温度的定义不包括分子震动的能量。那么这个现象就更好解释了。因为这个时候,虽然水里包含了这么多的能量,可是并没有达到沸点。能量全 部在震动中,而不在彼此碰撞的运动中。这很危险,一点有一点风吹草动,哪怕是外界气流的变化都会突沸。因为气流的变化引起局部气压的变化,引起局部水沸点 的变化,局部水沸腾,一下子就引得水运动起来,而继续的能量就会马上的一瞬间释放出来了。

知道了这些,我们也就知道了在生活中去怎样避免突沸了。尽量不要用微波炉加热比较纯净的水,如果真的需要可以加点杂质什么的,比如茶或者咖啡(哈哈,没有 人这么冲咖啡和泡茶的吧)。还有,由于前面讲的微波炉加热原理。也尽量不要加热煮鸡蛋(爆炸),或者其他封闭容器内的东西,因为一般微波炉的加热是从内而 外的(虽然一起震动,但外面稍微有热传递,将热量散出去)。


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