过热

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在物理学中,过热(有时称为沸腾延迟或沸腾延迟)是液体被加热到高于其沸点的温度但没有沸腾的现象。这是所谓的亚稳态或转移状态,沸腾可能随时发生,由外部或内部影响引起。过热是通过在干净的容器中加热均匀物质来实现的,没有成核点,同时注意不要扰动液体。这可以通过在非常光滑的容器中微波加热水来实现。扰乱水源可能导致不安全的热水喷发并导致烫伤。 当水蒸气的气泡不受限制地增长并在表面破裂时,据说水会沸腾。要使气泡...

过热

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在物理学中,过热(有时称为沸腾延迟或沸腾延迟)是液体被加热到高于其沸点的温度但没有沸腾的现象。 这是所谓的亚稳态或转移状态,沸腾可能随时发生,由外部或内部影响引起。 过热是通过在干净的容器中加热均匀物质来实现的,没有成核点,同时注意不要扰动液体。 这可以通过在非常光滑的容器中微波加热水来实现。 扰乱水源可能导致不安全的热水喷发并导致烫伤。

原因

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当水蒸气的气泡不受限制地增长并在表面破裂时,据说水会沸腾。 要使气泡膨胀,温度必须足够高,使蒸气压超过环境压力(主要是大气压)。 低于该温度,水蒸气气泡会收缩并消失。

过热是这个简单规则的一个例外; 有时观察到液体不会沸腾,即使其蒸气压确实超过环境压力。 原因是一种额外的力,即表面张力,它抑制了气泡的生长。

表面张力使气泡像一个有弹性的气球。 试图收缩的皮肤会稍微升高内部压力。 为了使气泡膨胀,温度必须升高到略高于沸点以产生足够的蒸气压以克服表面张力和环境压力。

使过热如此具有爆炸性的原因是,较大的气泡比较小的气泡更容易膨胀; 就像吹气球一样,最难的部分是开始。 事实证明,由于表面张力导致的超压 Δ p {\displaystyle \Delta p} 与气泡的直径 d {\displaystyle d} 成反比。 也就是说,Δ p ∝ d − 1 {\displaystyle \Delta p\propto d{-1}} 。

这可以通过想象一个平面将气泡分成两半来得出。

这意味着如果容器中xxx的气泡很小,直径只有几微米,克服表面张力可能需要很大的 Δ p {\displaystyle \Delta p} ,需要超过沸点几摄氏度。 一旦气泡确实开始生长,表面张力就会降低,因此它会在正反馈回路中爆炸性地膨胀。 在实践中,大多数容器都有划痕或其他缺陷,这些缺陷会形成气泡,产生起始气泡,而含有小颗粒的不纯水也会形成气泡。 只有光滑的纯净液体容器才能可靠地过热。

通过微波炉发生

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当在微波炉中加热未受干扰的水容器时,可能会发生过热。 取出容器时,由于没有成核位点,可以防止沸腾,从而使表面平静。 然而,一旦水受到干扰,其中一些就会猛烈地闪蒸成蒸汽,可能会从容器中喷出沸水。 可以通过推动杯子、插入搅拌装置或添加速溶咖啡或糖等物质来触发沸腾。

过热

光滑的容器过热的可能性更大,因为划痕或碎屑会容纳小气泡,成为成核点。 在未受干扰的容器反复加热和冷却循环后,更有可能发生过热,例如当忘记的咖啡杯在没有从微波炉中取出的情况下重新加热时。 这是由于加热循环从溶剂中释放出溶解的气体,例如氧气和氮气。 有一些方法可以防止微波炉过热,例如预先将非金属物体(例如搅拌棒)放入容器中或使用有划痕的容器。 建议不要将水微波加热的时间过长。

应用

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过热的液用于气泡室。

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