【腦洞系列】水能被加熱到1千攝氏度嗎?一直加熱密封容器中的水會發生什麼?

天空之城 2020/12/03 檢舉 我要評論

水被稱為生命的源泉,每隔一段時間,我們就需要喝水,但我們喝水卻是有講究的,通常情況下,我們都會對水進行加熱處理以後再喝,據說這樣做可以有效地清除掉水裡的細菌。在燒水的時候,我們忽然冒出了一個疑問,那就是水到底可以被加熱到多高的溫度?

對此我們的第一反應是,如果一直對水加熱,那麼水就可以達到很高的溫度,比如說1千攝氏度。那麼到底水能不能被加熱到1千攝氏度呢?凡事都得講個證據,對於這個問題,我們應該通過實驗來找到答案,心動不如行動,反正閑著也是閑著。

實驗方法很簡單,一堆火、一口鍋,再加一個溫度計,好的,現在實驗開始,看著溫度計上的數字不斷地攀升,我們不禁露出了滿意的笑容,然而正所謂「人生不如意之事,十有八九」,我們很快就發現,當水的溫度上升到大約100攝氏度的時候,就再也沒有上升了。這是為什麼呢?

原因就在於水的揮發性,作為一種液體,水中的水分子會自發地向空氣中擴散,即從液態的水轉變為氣態的水蒸氣,水的溫度越高,單位時間內產生的水蒸氣就越多,其產生的壓強就越大,而當水蒸氣產生的壓強與外界的壓強相等的時候,水就沸騰了,在這種情況下,水就開始大量地變成水蒸氣,從而源源不斷地將熱量帶走,於是水的溫度就不會繼續上升了。

由此可見,當外界的壓強增加的時候,水蒸氣產生的壓強就必須要達到更大的值才能夠讓水沸騰,這就需要更高的溫度,換句話來說就是,要將水加熱到更高的溫度,就需要將水放進可以增加壓強的密封容器中。於是我們的問題就變成了:在密封的容器中,水能被加熱到1千攝氏度嗎?一直加熱密封容器中的水會發生什麼?

理清了思路之後,我們決定升級裝備,很快我們就找來了一套集密封、加壓、加熱以及即時資料分析於一身的專業設備。

為了謹慎起見,我們決定先加壓到1兆帕,這大約相當於10個標準大氣壓,一切準備就緒之後,我們開始對密封容器中的水進行加熱。正如我們所預想的那樣,在增加了外界的壓強之後,水的溫度輕鬆地突破了100攝氏度,並且一路上升,最終定格在180攝氏度,因為水又沸騰了……

很明顯,我們對水施加的壓力還不夠,那麼2兆帕又會如何呢?在我們的想像中,既然1兆帕可以讓水的溫度在100攝氏度的基礎上提高80攝氏度,那麼2兆帕就應該再提高80攝氏度,也就是260攝氏度。

但實驗結果卻顯示,在2兆帕的壓強下,水的溫度達到210攝氏度就沸騰了,更讓人失望的是,當我們將壓強提高到3兆帕的程度,水的溫度僅升高了25攝氏度。

看樣子我們的加壓力度還遠遠不夠啊,好吧,我們已經有點不耐煩了,現在我們直接加壓到20兆帕,這已經相當於大約200個標準大氣壓了。然後我們驚訝地發現,即使在這樣的高壓下,水的溫度也只是達到了365攝氏度,離1千攝氏度還差得很遠。

沒關係,反正我們的設備很專業,繼續加壓就是了,但怪事很快就發生了,我們觀察到當壓強增加到22.12兆帕、溫度達到374攝氏度的時候,密封容器中的水已經不再是原來的樣子了,其形態變得既像氣體又像液體,又兩者都不是。

這又是怎麼回事呢?在諮詢了專業人士之後,我們才得知,原來這是水的超臨界現象,374攝氏度是水的臨界溫度,一旦超過了這個溫度,水就會完全轉變成水蒸氣,無論我們施加多大的壓力,這些水蒸氣都不可能再轉變成水了。

也就是說,我們的實驗證明了374攝氏度就是水的溫度極限,就算是在密封的容器中,水也不能被加熱到1千攝氏度。接下來,我們還要繼續把這個實驗做下去,因為我們還有另一個問題,即一直加熱密封容器中的水會發生什麼?

在高溫的炙烤下,密封的容器中的水很快就全部消失了,它們都變成了水蒸氣,接下來的過程就顯得非常無聊,儘管溫度在不斷地上升,我們卻看不到任何有趣的現象。就在我們等得呵欠連天的時候,有意思的事情發生了,因為密封的容器中的物質居然發光了。

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