沸騰和液化是生活中常見的現(xiàn)象,我們并不陌生,但有些現(xiàn)象很特別,實(shí)驗(yàn)起來別有一番趣味,我們不妨來試一下。
實(shí)驗(yàn)一:燒不開的水
取一只容量為1000毫升的燒杯,盛以清水后置于三腳鐵支架的石棉鐵絲網(wǎng)上。再取一支試管,盛以半管清水后浸入燒杯水中,并用夾子固定在鐵架臺上,使它既不傾倒,也不碰觸燒杯底部。將量程為0℃~100%的溫度計(jì)插入試管水內(nèi),也固定在鐵架臺上。石棉鐵絲網(wǎng)下置一酒精燈。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖(一)所示。
點(diǎn)燃酒精燈,使燒杯內(nèi)的水沸騰。這時(shí)觀察溫度計(jì),盡管已指示試管內(nèi):水溫達(dá)到了100℃,試管內(nèi)水卻始終不會沸騰。這是為什么呢?
這要從水沸騰的原理談起了。燒杯加熱時(shí),杯底和杯壁附有大量小氣泡,里面含有空氣和水汽。隨著水溫的升高,小氣泡逐漸膨脹,最后在浮力作用下升到水面,同時(shí)杯底和杯壁上的空氣又生成新的小氣泡。在氣泡上升過程中,由于燒杯水面溫度低,使氣泡中的水汽凝結(jié)成水,氣泡又縮小。
但隨著對流過程的進(jìn)行,燒杯內(nèi)水達(dá)到沸點(diǎn)溫度(100℃)時(shí),上升的氣泡的體積就不會再縮小,而是在水面上破裂,使水汽從氣泡里逸出,發(fā)生“咕嘟咕嘟”的聲音,表明水燒開了。氣泡內(nèi)水汽的溫度雖然也為100℃,但由于100℃的水轉(zhuǎn)化成100℃的水汽需要吸收大量的汽化熱,這種熱量取自酒精燈的火焰。而在上述試管內(nèi),水僅能從燒杯沸水中獲得100℃的水溫,卻怎么也得不到形成水汽的汽化熱,因此,盡管它也含有氣泡,但總是不能沸騰。
當(dāng)然,要想讓試管里的水沸騰,只要在燒杯內(nèi)添加一些食鹽就行,由于鹽水沸點(diǎn)高于100℃,那么試管內(nèi)氣泡就能獲得額外的汽化熱了,也就有沸騰的可能了。下面我們就用實(shí)驗(yàn)二來驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)二:哪一杯水先燒開
取兩只容量均為1000毫升的相同玻璃燒杯,A杯內(nèi)盛800克清水;B杯內(nèi)盛400克清水加400克碎銅塊。將它們放在兩盞完全相同的酒精燈上加熱。
猜猜看,哪一杯水先燒開?人們一般總認(rèn)為,既然都是800克質(zhì)量,應(yīng)同時(shí)燒開。其實(shí)不然。實(shí)驗(yàn)表明:B杯先燒開。那么,是否因?yàn)榫凭珶舻幕鹧鏌崃坑写笮∧?等水冷卻后,對換酒精燈再實(shí)驗(yàn)一次,依然是B杯先燒開。
B杯水先燒開表明其吸收的熱量較少。因?yàn)锽杯內(nèi)有400克銅塊,而銅的比熱比水小得多,所以B杯只要吸收比A杯少的熱量就能將水燒開。
實(shí)驗(yàn)三:雨滴是怎樣形成的
取一只容量為2000毫升的玻璃燒杯,倒入300毫升清水后,置于墊有石棉鐵絲網(wǎng)的三腳鐵架臺上。石棉鐵絲網(wǎng)下放一盞酒精燈。實(shí)驗(yàn)裝置如圖(二)所示。
點(diǎn)燃酒精燈,緩緩加熱燒杯內(nèi)的水。待水溫較高時(shí),再取一只直徑略大于燒杯外徑的金屬淺盆,盆內(nèi)放滿小冰塊,將其蓋在燒杯上面。
由于燒杯內(nèi)的水大量蒸發(fā),產(chǎn)生水蒸氣,水蒸氣碰到冰冷的淺盆底部,凝結(jié)成許許多多小水滴。燒杯內(nèi)水溫逐漸升高,蒸發(fā)現(xiàn)象越來越激烈,淺盆底部小水滴漸漸凝聚成大水滴。當(dāng)水滴自身重量足以克服其表面張力時(shí),就開始下落,形成“雨”滴。
自然界里雨滴的形成,其原理與這個(gè)實(shí)驗(yàn)是一樣的。
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2008年7期