新资讯:水的沸点是多少?水的沸点最高可以达到多少度?
2022-11-04 10:12:51来源:环球传媒网
哈喽小伙伴们 ,今天给大家科普一个小知识。在日常生活中我们或多或少的都会接触到水的沸点是多少(水的沸点最高可以达到多少度)方面的一些说法,有的小伙伴还不是很了解,今天就给大家详细的介绍一下关于水的沸点是多少(水的沸点最高可以达到多少度)的相关内容。
水的冰点为0℃,沸点为100℃。水有三态,即固态、液态、气态。就是水在0℃以下时为固态,0℃到100℃这个范围是液态,到了100摄氏度以上就会转化为气态了。
这只是水的一般性常识这也是比较早时期,人们认知的物质仅有的三态。但这只是水在特定条件下的状态,这个特定条件,就是在一个大气压环境下,脱离这个环境,水的相变温度就不是这样了。
(资料图片)
现在,人们认识的物质已经有了七态,即除了气态、液态、固态等三态,还增加了等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、电子简并态、中子简并态等四态。这些物态不是本文讨论的话题,这里就不展开说了。
现在就来说说水的三态相变条件,在不同气压环境下,相变温度就会发生变化,前面的那些常识就不再是常识了。水只是在一个大气压条件下,0℃以下才会结冰,成为固态;0℃以上才会成为液态;而到了100℃才会蒸发成为水蒸气,也就是液态。
脱离了一个大气压环境,相变温度就会发生变化。
早在1990年1月1日开始,国际计量委员会推行采用新修订的国际温标,规定热力学温标(开氏温标,符号K)为国际统一温标,摄氏温标必须与热力学温标对应,0 K=-273.15℃,这样过去的摄氏温标就有了些许差异。
严格说来,按照新的温标,水的沸点在1个标准大气压下的准确值为99.974℃。当然,与100℃相差的这点差异,在我们日常生活中可以忽略不计。那么,1个标准大气压是多少?就是101325Pa(帕),也可以称为101.325kPa(千帕)或1013.25hPa(百帕)。
在日常生活中,人们也常把1个大气压称为1公斤压力,以此类推。
随着气压的改变,水的沸点也会变化水在不同的气压状态下,沸点是不同的,一般遵循气压越高,沸点越高,气压越低,沸点越低的逻辑。为什么说一般呢?这是因为气压一旦到了极高或极低状态,水的相变就不是按照线性变化了,而会到达超临界状态。
在我们日常生活中,常用到高气压让沸点变高的方法。如高压锅炖骨头,就是通过密闭,让锅内压力不断增高,从而让水的沸点升高,这样就更容易更快地将骨头炖烂。
家用压力锅一般最大可承受2公斤压力,也就是两个大气压,即101325Pa*2=202625Pa。在这样的压力下,水的沸点可达134℃;而为了保障家用安全,一般压力锅在使用时会保持在1个大气压以下,当锅内压力达到1个大气压时,水的沸点约120℃;一般家用压力锅的使用会在0.5~0.8个大气压之间,水的沸点约112~117℃。
工业用锅炉一般可达4~8公斤压力,水的沸点可达150~170度,随便漏点气就可能伤到人,因此要十分注意锅炉安全。
这里还要特别指出的是,水之所以会沸腾,是基于热胀冷缩原理。在烧水时,壶底会出现一些小气泡,叫汽化核。随着汽化核受热加大,就会不断上升,从而形成沸腾现象。而在一些并非壶底加热的状态下,水又比较洁净,水里难以产生汽化核,加热过程虽然水温会持续上升,但超过100℃也不沸腾。
如水在微波炉里加热,没有汽化核,很容易超过沸点而不沸腾,这种水叫过热水(液体)。随便往这种过热水中加入一些小颗粒,或任意搅拌一下,就相当突然产生了汽化核,会形成瞬间爆沸现象。因此这里特别提醒,刚用微波炉加热的过热水,尽量放置一会再动用,以免造成人身伤害。
特别高压状态下水的相变如果烧水容器一再加压,水温会随压力升高,沸点也不断线性升高吗?答案是否定的,这就是我前面说的不一般情况了。
当压力一再增大,到达一个临界点,在这种压力状态下的水就不再沸腾了;压力再升高到一定程度,水不但不会沸腾,还会成为固体。这就是水在压力状态下的相变。
这个临界点就是:当压力上升到约225个大气压时,水的沸点达到374.3℃,气压再增加,水温也不提升了,也无法沸腾了。这是因为此时的饱和蒸汽和饱和水的比重相同,两种状态没有任何区别了,这种水被称为超临界水。
当压力大于1~10万个大气压,也就是1平方米水面有1000万吨~1亿吨的压力时,这些水就不会再以液态存在,而是以固态存在了。但这个固态已经不是我们常见的“冰”了,而是密度更高的特殊冰。
随着压力的加大,当到达1000万个大气压时,水就会转变为金属态;压力再大,达到4.5亿个大气压,任何物质的分子结构都会被破坏了,原子也压扁了,包括水,都会成为像白矮星那样的电子简并态物质;当压力达到10^28个大气压,也就是1万亿亿亿个大气压时,任何物质,包括水,都会变成中子星的中子简并态物质。
当然,这些都是在地球条件下无法做到的,但科学家们已经在实验室,通过采用激光轰击的办法,在微观层面达到相当地球核心的大气压力,也就是300~400万个大气压强,从而得到了除自然冰以外的18种冰的形态,这些都属于水的相变形态,因此可以说水的形态有21种之多。
好了,以上说的都是在压力不断增大情况下,水会变成什么样子,尤其是水的沸点变化。下面我们再说说减压状态下水的沸点变化。
在压力递减的状态下,水的沸点会越来越低水的沸点会随着气压的降低而降低,但也不是一直呈现这种线性关系,到达一个阈值,这种变化就会戛然而止。但这个临界点是以温度为界限的。今天就不展开说这个了。
在航空医学上有一个阿姆斯特朗极限,是指在距地表约18900~193500米高度时,大气压低至6.3kPa时(约0.062个标准大气压),水的沸点为37℃,约与人的体温相当。因此,这个高度是人类的禁区,在这个高度若无保护,人的体液就会沸腾。
体液沸腾是个什么感受呢?就是你全身的水都开了,眼泪、鼻涕、口水、汗液、血液、尿液等都会沸腾起来,气体就更会膨胀。因此专家告诫人们,在这种环境下千万别憋气,否则就会导致肺泡胀裂。
在这个状态下,首先人体内的所有气体都会迅速往外冲,如果还没有昏迷的话,此人就能够听到自己上下一切排气的空洞,呼啦啦的往外喷气,那种噪音可比平时的放屁大多了。眼泪鼻涕汗液皮肤水分会迅速升华,如果血液尿液沸腾起来,人就会全身胀裂而死。
好在血液等大部分体液,受到人体组织腔体的包裹加压,这样一下子就不会沸腾起来。但体表和结膜等松散结缔组织的体液,还是会迅速沸腾,因此会眼球突出冒血,鼻孔嘴巴飞血等恐怖状况,皮肤渗液,人体也会迅速肿胀起来。
如果不能尽快脱离这种环境,人就会很快死亡,并迅速脱水成为一具干尸。
气压越低,这种现象就越严重。因此,宇航员们在太空执行任务,如果脱离了压力保护暴露在真空环境,首先不是会被憋死,而是会被体液沸腾胀裂而死。
历史上几个真空暴露的案例人类高空跳伞的最高纪录是3.9万米高度,这个记录由奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳,于2012年10月15日创下,一直保持至今;而在其之前创下记录的是美国军官约乔·基汀格,他在1960年从31300米高度的氦气球上跳下。
他们的跳伞高度都在阿姆斯特朗极限之上很多,因此没有保护必死无疑。为了应对低气压导致的体液沸腾和缺氧,他们跳下前都穿有类似航天服的抗压供氧服。他们的跳伞都很成功,但基汀格的那一跳出了些状况,差点导致生命危险。
原因就是在下落时,基汀格抗压服的右手手套失去密封,瞬间暴露在接近真空环境。基汀格感到右手一阵剧痛,很快右手迅速肿大到有平时的两倍。幸好肿胀的手堵住了抗压服的漏气,他又是以接近音速自由落体,很快到达了对流层,气压逐步增高,随后开了伞,很快安全着陆。不久,他肿胀的手也恢复了常态。
1965年,NASA在航天中心的一次真空舱实验中,一位叫Subject的舱内实验者,身上的宇航服突然漏气,全身暴露在极低气压中,仅14秒,Subject就失去了意识。工作人员发现异常后迅速给真空舱充气,当气压达到海拔5000米水平时,Subject恢复了意识。他说,自己记得的最后一件事,是舌头上的口水沸腾了。
这些都是没有发生恶性后果的事件,而导致无法挽回悲剧的是,发生在1971年6月30日的航天事件。这一天,前苏联三名完成任务的宇航员,乘坐联盟11号宇宙飞船返回舱进入大气层,他们根本没想到,等待他们的是迅速死亡。
这三位宇航员分别是:指令长格奥尔基·多勃罗沃利斯基,实验工程师维克托·帕查耶夫和飞行工程师弗拉季斯拉夫·沃尔科夫。
他们在礼炮号空间站停留了23天又18小时多,完成了一系列观测和实验任务后,于6月29日下午9时,离开礼炮号返回。但在返回舱,3人都没有穿航天服。他们在轨道上飞行了4个多小时,一边与地面联系,一边等待脱离轨道舱的时机。
6月30日1点35分,飞船按程序启动制动火箭,降低轨道再入大气层。这时需要按程序执行返回舱与轨道舱分离,问题就出在这里,分离过程的爆炸螺栓本应先后引爆,但却同时引爆了,这样导致了返回舱的换气阀门被震开。
此时返回舱高度为168千米,舱内开始失压。仅仅几秒钟,舱内气压即降到了致命的程度,他们发现了这个要命的问题,但气阀位于帕查耶夫座椅下方,他赶紧解开自己固定带,企图设法堵上真空管,其他两人由于空间太窄,眼睁睁看着却无法挤过来帮忙,因此根本没有办法在30秒内关闭这个漏洞。
40秒后,返回舱的生物传感装置就显示出,这几位刚才还鲜活的生命就没有了生命迹象,仅仅40秒;212秒后,舱内气压降为零。
返回程序依然自动执行,降落伞如期打开,返回舱安然落地,但送回的是三具宇航员尸体,死因是失压导致的体液沸腾。这次教训除了机械故障,还有宇航员返回没穿航天服,导致失压后没有保护,完全暴露。
那时的返回舱太狭小,航天服太臃肿,因此前苏联航天有规定,宇航员返回前必须脱掉宇航服。这次事故导致分管航天的将军被撤职查办,一些制度规程被更改。从此,全世界都严格规定,宇航员在上升时和返回时都必须穿上航天服。
这些故事告诉我们,在低气压环境,暴露是十分危险的。也诠释了水在各种环境的性质和形态,沸点是随气压环境而变得。欢迎讨论,感谢阅读。
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