物理化学生活现象的解释
过热液体的形成
过热液体:是指液体的温度超过其沸腾温度而没有沸腾的情况,此时若加入可以引起液体沸腾的多孔物质或金属,可导致液体爆沸,若液体温度高过其沸腾温度过多,可能导致爆炸。用微波炉加热用不会引起沸腾的玻璃容器盛装的水会出现过热液体。
形成原因:液体沸腾时,液体内部有大量的气泡形成,使汽液分界面大大增加,于是整个液体剧烈汽化。在一般情况下,液体中容有空气。以这些既有的空气泡作核而形成的气泡具有足够大的半径,接近于分界面为平面的情形,只要气泡中的蒸汽压等于液体的压强,即发生沸腾。如果液体中没有现存的空气泡作核,最初气泡的形成,其半径必然极小,泡内饱和蒸气压必然远小于外压力,因此在外压力压迫之下,小气泡难于形成,致使液体不易沸腾,从而成为过热液体。当达到正常沸点的温度,即饱和蒸汽压P等于液体的压强p,力学平衡条件要求气泡内的蒸汽压强大于液体的压强,而相变平衡条件又要求气泡内的蒸汽压强小于液体的压强。因此在正常沸点的温度,不能同时满足力学平衡条件和相变平衡条件。除非液体的温度高于正常的沸点,使相应的饱和蒸汽压大于液体压强。故此,形成了过热液体。
高压锅的工作原理
为了节约时间,人们已经习惯用高压锅来煮饭菜。其实它并非是现代生活中的发明,早在300多年前,法国物理学家帕平就用它做过“大餐”。
一次,帕平在做实验时,由于不小心,被从加热容器中喷出来的蒸汽烫伤了手,伤势十分严重。帕平就向波意耳请教这次的蒸汽格外热的原因。波意耳的解释是,在高压下水的沸点升高,所以它的蒸汽特别烫。实验中水是在密闭容器里加热的,沸腾后的水蒸气使容器上方的空气密度加大,从而使气压升高。反之,在低压情况下,沸点降低的水蒸气就不烫手了。
受到启发之后的帕平设计并且制作了一个密闭的容器,然后把容器内的水加热,容器里的压力随着水温的升高越来越大,因而水的沸点也升高,食物也就熟得快了。他从此得出结论,气压的高低与水的沸点温度成正比。帕平制造了第一只高压锅,然后,他用高压锅做了牛肉等各种食物,举办了一个名为“加压大餐”的宴会,大家吃过以后都啧啧称奇。就这样,高压锅开始走入千家万户
因为水的沸点受气压影响,气压越高,沸点越高。在高山、高原上,气压不到1个大气压,不到100℃水就能沸腾。在气压大于1个大气压时,水就要在高于100℃时才会沸腾。人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把水相当紧密地封闭起来,水受热蒸发产生的蒸汽不能扩散到空气中,只能保留在高压锅内,就使高压锅内部的气压高于1个大气压,也使水要在高于100℃时才沸腾,这样高压锅内部就形成高温高压的环境,饭就容易很快做熟了。当然,高压锅内的压力不会无限地上升,高压锅的排气装置会在气压达到一定程度时把蒸汽排出,保证使用安全。
用普通锅做饭,得先把水烧开,温度达到100℃左右,然后在这一温度下焖一段时间,才能把饭煮熟。
水烧开以后,它的内部和表面上同时发生剧烈的汽化,这种现象叫做沸腾。水沸腾时的温度叫做水的沸点。
如果锅里的温度能高于100℃, 做饭所用的时间就大大缩短。但是,普通锅无法再提高温度, 因为水沸腾后再加热,只能加快水的汽化,不可能升高水的温度。所以,只有提高水的沸点,才能达到提高锅内温度的目的。
怎样提高水的沸点呢?
先做个实验:在烧瓶中盛半瓶水,用一只插有玻璃管和温度计的塞子塞紧瓶口,
再用一段橡皮管把玻璃管和一个小气筒连接。用酒精灯给烧瓶加热, 可以从温度计上看到。当接近100℃时,瓶里的水沸腾了。此后即使再加热,温度不再上升。然后用力压气筒的活塞,增大瓶里的压强,并继续加热。我们会看到沸腾停止,
水的温度又开始升高。这说明,水的沸点随着压强的增大而升高。
液体发生沸腾时的温度。当液体沸腾时,在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等,气泡才有可能长大并上升,所以,沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增大时,它的沸点升高;压强减小时;沸点降低。例如,
蒸汽锅炉里的蒸汽压强,约有几十个大气压,锅炉里的水的沸点可在200℃以上。又如,在高山上煮饭,水易沸腾,但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低,水的沸点也随高度的升高而逐浙下降。(在海拔1900米处,大气压约为79800帕(600
毫米汞柱),水的沸点是93.5℃)。
在相同的大气压下,液体不同沸点亦不相同。这是因为饱和汽压和液体种类有关。在一定的温度下,各种液体的饱和汽压亦一定。例如,乙醚在20℃时饱
生活中的物理现象和气压为5865.2帕(44厘米汞柱)低于大气压,温度稍有升高,使乙醚的饱和汽压与大气压强相等,将乙醚加热到35℃即可沸腾。液体中若含有杂质,则对
液体的沸点亦有影响。液体中含有溶质后它的沸点要比纯净的液体高,这是由于存在溶质后,液体分子之间的引力增加了,液体不易汽化,饱和汽压也较小。要使饱和汽压与大气压相同,必须提高沸点。不同液体在同一外界压强下,沸点不同。沸点随压强而变化的关系可由克劳修斯;克拉珀龙方程得出。
沸点与气压成正比.气压越大,沸点越高;气压越低,沸点越低。
理由:液体在挥发的时候产生蒸气压,当蒸气压(饱和蒸气压)等于外界的压力时,液体就会沸腾,此时
的温度就是液体的沸点.
外界的压力增大时,必须升高温度才能使蒸气压增大以等于外界压力,达到
沸腾.当外界压力降低时,温度比较低的时候就能够使蒸气压等于外界压力,达到沸腾.
其实仔细研究高压锅的构造后,我们就会发现高压锅的原理并不复杂。上面已经
说过,水的沸点会随着压强的增大而增大,反之,降低而降低,所以高压锅的基本思想就是要通过增大锅内压强,使水的沸点增高从而提高水能达到的最高温度,使食物在较高的温度中煮,这样就能使食物容易熟,于是缩短烹饪时间。那么高压锅是如何使锅内压强达到一个较大的值呢?
经过我们研究了家里的高压锅的结构,我们发现锅盖上有2个气孔(有时还有一个小气孔,上面有向上的活塞,它的气密性较好,在放气时可以观察锅内的气是否放完,从而在安全时开启锅盖),气孔1在常温时有活塞落下,使锅内与外界相通,但在温度升高至100°C时,水气化成水蒸气,水蒸气会把活塞冲起(此时锅内压强latm),气孔2上的限压阀是由较重的金属制成,质量较大,不易被立即冲开,所以此时锅被密封,继续加热,锅内温度继续升高,于是锅内气体分子的温度升高,即气体分子运动加剧,分子的平均速度增大,分子撞击器壁的作用力增大,故压强增大,当压强增至一定值时,气体就会冲开气孔2上的限压阀。气体冲开限压阀就是我们常看到的高压锅“放气”,由于继续加热,“放气”会
一直持续下去,说明这以后锅内都保持一定的、较高的温度,当然,为了安全,我们这时可以把火适当调小,煮至适当的时间,就可以将火关掉,于是食物就烹饪成功。
高压锅就是根据这个原理制造的。它用特别的胶圈密封, 不让锅内蒸气跑掉。因此, 在加热过程中蒸气压强不断增大,    提高了水的沸点。家庭常用的高压锅内蒸气压强能达到1.3个大气压,锅内水沸腾的温度可达到108℃左右,所以做饭快,省时省燃料。

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