山東省臨邑縣第二中學 趙文彬
小林、小鹿和小德是L中學的學生,好奇與好學將他們聯(lián)系在了一起。有一天,小林在手機上看到一個躥紅網(wǎng)絡(luò)的視頻“油鍋打坐”(如圖1),便推薦給了小鹿和小德。視頻中,泰國僧侶泰然自若地在熱油鍋上打坐,油鍋下面則燃著熊熊大火。這名僧侶在如此極端的條件下為什么沒有像正常人一樣痛苦尖叫?三人各抒己見,莫衷一是。
圖1
于是,他們共同去請教物理老師。趙老師沒有直接解釋,而是指導他們做了“紙鍋燒水”實驗:首先取一張厚紙做一個小紙鍋(如圖2所示,也可以用一次性紙杯來代替紙鍋,用酒精燈代替蠟燭),在紙鍋內(nèi)盛上大約1厘米深的水;然后用硬紙殼做一個鍋蓋,蓋到紙鍋上,并用蠟燭的外焰加熱紙鍋底部;三四分鐘后,當聽到水發(fā)出響聲時,再打開鍋蓋,觀察到有沸騰現(xiàn)象。
趙老師解釋說:紙鍋燒水是一種隔物傳熱現(xiàn)象,熱量轉(zhuǎn)移途徑是:燭焰→紙鍋→水。在一個標準大氣壓下,水的沸點是100℃,而紙的著火點是183℃。一般情況下紙的內(nèi)外表面溫度差不會超過10℃(紙質(zhì)不是很厚)。因此,即使水沸騰了,紙的外表面溫度也不會超過110℃。水燒開后,雖然仍不斷從紙鍋上吸收熱量,但是溫度保持在沸點不變,從而使紙的溫度不致達到183℃(紙的燃燒點)。
圖2
對于“油鍋打坐”,趙老師提示了四點:一是醋的密度比油的大,油鍋中上面是油,下面是醋,熱量轉(zhuǎn)移途徑是:火焰→醋→油→人;二是醋的沸點是60℃,食用油的沸點一般都在200℃以上,由于醋的沸點低所以先沸騰,這時醋和油的溫度都不再升高;三是人體的體感溫度在20℃~47℃之間,當水溫超過36℃時人會有溫覺,當超過45℃時會明顯感覺到熱,當超過50℃時會有燙的感覺,當超過60℃時會形成燙傷,且接觸時間越長,燙傷的情況會越嚴重;四是把水堿(主要成分為碳酸鈣)投到熱醋中,會發(fā)生反應(yīng)生成CO2氣體,冒出到液體的表面上造成假沸騰的效果,但實際上油和醋都沒有沸騰,溫度也并不升高。
隔物傳熱的典型應(yīng)用是“水浴法”加熱,其裝置如圖3所示。趙老師根據(jù)燒杯和試管中盛裝物體的不同,提出了下表中幾種情況的實驗供他們思考。
圖3
另外,隔物傳熱還可用于烤制食品,如烤箱烤蛋糕的水浴法:將調(diào)好的蛋糕糊糊倒入模具后,將模具放在烤盤上,烤盤中注入1厘米~2厘米深的熱水。這樣在烤的時候,水的溫度不致過高,可以保證烤箱中濕潤,糕體不會被烤得很干很焦,蛋糕的口感柔軟好吃。
小林他們深有感觸:物理是有用的,有趣的,從生活走向物理,從物理走向社會。
序號燒杯中的物體1 2 3 4水水水冰試管中的物體石蠟海波水 冰觀察現(xiàn)象石蠟會熔化嗎海波會熔化嗎水會沸騰嗎冰會熔化嗎