物理化學(xué)生活現(xiàn)象的解釋.doc

過熱液體的形成過熱液體:是指液體的溫度超過其沸騰溫度而沒有沸騰的情況,此時(shí)若加入可以引起液體沸騰的多孔物質(zhì)或金屬,可導(dǎo)致液體爆沸,若液體溫度高過其沸騰溫度過多，可能導(dǎo)致爆炸。用微波爐加熱用不會(huì)引起沸騰的玻璃容器盛裝的水會(huì)出現(xiàn)過熱液體。形成原因：液體沸騰時(shí)，液體內(nèi)部有大量的氣泡形成，使汽液分界面大大增加，于是整個(gè)液體劇烈汽化。在一般情況下，液體中容有空氣。以這些既有的空氣泡作核而形成的氣泡具有足夠大的半徑，接近于分界面為平面的情形，只要?dú)馀葜械恼羝麎旱扔谝后w的壓強(qiáng)，即發(fā)生沸騰。如果液體中沒有現(xiàn)存的空氣泡作核，最初氣泡的形成，其半徑必然極小，泡內(nèi)飽和蒸氣壓必然遠(yuǎn)小于外壓力，因此在外壓力壓迫之下，小氣泡難于形成，致使液體不易沸騰，從而成為過熱液體。當(dāng)達(dá)到正常沸點(diǎn)的溫度，即飽和蒸汽壓P等于液體的壓強(qiáng)p,力學(xué)平衡條件要求氣泡內(nèi)的蒸汽壓強(qiáng)大于液體的壓強(qiáng)，而相變平衡條件又要求氣泡內(nèi)的蒸汽壓強(qiáng)小于液體的壓強(qiáng)。因此在正常沸點(diǎn)的溫度，不能同時(shí)滿足力學(xué)平衡條件和相變平衡條件。除非液體的溫度高于正常的沸點(diǎn)，使相應(yīng)的飽和蒸汽壓大于液體壓強(qiáng)。故此，形成了過熱液體。高壓鍋的工作原理為了節(jié)約時(shí)間，人們已經(jīng)習(xí)慣用高壓鍋來煮飯菜。其實(shí)它并非是現(xiàn)代生活中的發(fā)明，早在300多年前，法國(guó)物理學(xué)家帕平就用它做過“大餐”。 一次，帕平在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于不小心，被從加熱容器中噴出來的蒸汽燙傷了手，傷勢(shì)十分嚴(yán)重。帕平就向波意耳請(qǐng)教這次的蒸汽格外熱的原因。波意耳的解釋是，在高壓下水的沸點(diǎn)升高，所以它的蒸汽特別燙。實(shí)驗(yàn)中水是在密閉容器里加熱的，沸騰后的水蒸氣使容器上方的空氣密度加大，從而使氣壓升高。反之，在低壓情況下，沸點(diǎn)降低的水蒸氣就不燙手了。 受到啟發(fā)之后的帕平設(shè)計(jì)并且制作了一個(gè)密閉的容器，然后把容器內(nèi)的水加熱，容器里的壓力隨著水溫的升高越來越大，因而水的沸點(diǎn)也升高，食物也就熟得快了。他從此得出結(jié)論，氣壓的高低與水的沸點(diǎn)溫度成正比。帕平制造了第一只高壓鍋，然后，他用高壓鍋?zhàn)隽伺Ｈ獾雀鞣N食物，舉辦了一個(gè)名為“加壓大餐”的宴會(huì)，大家吃過以后都嘖嘖稱奇。就這樣，高壓鍋開始走入千家萬戶因?yàn)樗姆悬c(diǎn)受氣壓影響，氣壓越高，沸點(diǎn)越高。在高山、高原上，氣壓不到1個(gè)大氣壓，不到100水就能沸騰。在氣壓大于1個(gè)大氣壓時(shí)，水就要在高于100時(shí)才會(huì)沸騰。人們現(xiàn)在常用的高壓鍋就是利用這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。高壓鍋把水相當(dāng)緊密地封閉起來，水受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽不能擴(kuò)散到空氣中，只能保留在高壓鍋內(nèi)，就使高壓鍋內(nèi)部的氣壓高于1個(gè)大氣壓，也使水要在高于100時(shí)才沸騰，這樣高壓鍋內(nèi)部就形成高溫高壓的環(huán)境，飯就容易很快做熟了。當(dāng)然，高壓鍋內(nèi)的壓力不會(huì)無限地上升，高壓鍋的排氣裝置會(huì)在氣壓達(dá)到一定程度時(shí)把蒸汽排出，保證使用安全。用普通鍋?zhàn)鲲?得先把水燒開,溫度達(dá)到100左右,然后在這一溫度下燜一段時(shí)間,才能把飯煮熟。水燒開以后,它的內(nèi)部和表面上同時(shí)發(fā)生劇烈的汽化,這種現(xiàn)象叫做沸騰。水沸騰時(shí)的溫度叫做水的沸點(diǎn)。 如果鍋里的溫度能高于100, 做飯所用的時(shí)間就大大縮短。但是,普通鍋無法再提高溫度, 因?yàn)樗序v后再加熱,只能加快水的汽化,不可能升高水的溫度。所以,只有提高水的沸點(diǎn),才能達(dá)到提高鍋內(nèi)溫度的目的。怎樣提高水的沸點(diǎn)呢?先做個(gè)實(shí)驗(yàn):在燒瓶中盛半瓶水,用一只插有玻璃管和溫度計(jì)的塞子塞緊瓶口, 再用一段橡皮管把玻璃管和一個(gè)小氣筒連接。用酒精燈給燒瓶加熱, 可以從溫度計(jì)上看到。當(dāng)接近100時(shí),瓶里的水沸騰了。此后即使再加熱,溫度不再上升。然后用力壓氣筒的活塞,增大瓶里的壓強(qiáng)，并繼續(xù)加熱。我們會(huì)看到沸騰停止,水的溫度又開始升高。這說明,水的沸點(diǎn)隨著壓強(qiáng)的增大而升高。液體發(fā)生沸騰時(shí)的溫度。當(dāng)液體沸騰時(shí)，在其內(nèi)部所形成的氣泡中的飽和蒸汽壓必須與外界施予的壓強(qiáng)相等，氣泡才有可能長(zhǎng)大并上升，所以，沸點(diǎn)也就是液體的飽和蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)的溫度。液體的沸點(diǎn)跟外部壓強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)液體所受的壓強(qiáng)增大時(shí)，它的沸點(diǎn)升高；壓強(qiáng)減小時(shí)；沸點(diǎn)降低。例如，蒸汽鍋爐里的蒸汽壓強(qiáng)，約有幾十個(gè)大氣壓，鍋爐里的水的沸點(diǎn)可在200以上。又如，在高山上煮飯，水易沸騰，但飯不易熟。這是由于大氣壓隨地勢(shì)的升高而降低，水的沸點(diǎn)也隨高度的升高而逐浙下降。（在海拔1900米處，大氣壓約為79800帕（600毫米汞柱），水的沸點(diǎn)是93.5）。 在相同的大氣壓下，液體不同沸點(diǎn)亦不相同。這是因?yàn)轱柡推麎汉鸵后w種類有關(guān)。在一定的溫度下，各種液體的飽和汽壓亦一定。例如，乙醚在20時(shí)飽和氣壓為5865.2帕（44厘米汞柱）低于大氣壓，溫度稍有升高，使乙醚的飽和汽壓與大氣壓強(qiáng)相等，將乙醚加熱到35即可沸騰。液體中若含有雜質(zhì)，則對(duì)液體的沸點(diǎn)亦有影響。液體中含有溶質(zhì)后它的沸點(diǎn)要比純凈的液體高，這是由于存在溶質(zhì)后，液體分子之間的引力增加了，液體不易汽化，飽和汽壓也較小。要使飽和汽壓與大氣壓相同，必須提高沸點(diǎn)。不同液體在同一外界壓強(qiáng)下，沸點(diǎn)不同。沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)而變化的關(guān)系可由克勞修斯;克拉珀龍方程得出。 沸點(diǎn)與氣壓成正比.氣壓越大，沸點(diǎn)越高;氣壓越低，沸點(diǎn)越低。 理由:液體在揮發(fā)的時(shí)候產(chǎn)生蒸氣壓,當(dāng)蒸氣壓(飽和蒸氣壓)等于外界的壓力時(shí),液體就會(huì)沸騰,此時(shí)的溫度就是液體的沸點(diǎn). 外界的壓力增大時(shí),必須升高溫度才能使蒸氣壓增大以等于外界壓力,達(dá)到沸騰.當(dāng)外界壓力降低時(shí),溫度比較低的時(shí)候就能夠使蒸氣壓等于外界壓力,達(dá)到沸騰.其實(shí)仔細(xì)研究高壓鍋的構(gòu)造后，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)高壓鍋的原理并不復(fù)雜。上面已經(jīng)說過，水的沸點(diǎn)會(huì)隨著壓強(qiáng)的增大而增大，反之，降低而降低，所以高壓鍋的基本思想就是要通過增大鍋內(nèi)壓強(qiáng)，使水的沸點(diǎn)增高從而提高水能達(dá)到的最高溫度，使食物在較高的溫度中煮，這樣就能使食物容易熟，于是縮短烹飪時(shí)間。那么高壓鍋是如何使鍋內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)較大的值呢?經(jīng)過我們研究了家里的高壓鍋的結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)鍋蓋上有2個(gè)氣孔(有時(shí)還有一個(gè)小氣孔，上面有向上的活塞，它的氣密性較好，在放氣時(shí)可以觀察鍋內(nèi)的氣是否放完，從而在安全時(shí)開啟鍋蓋)，氣孔1在常溫時(shí)有活塞落下，使鍋內(nèi)與外界相通，但在溫度升高至100C時(shí)，水氣化成水蒸氣，水蒸氣會(huì)把活塞沖起(此時(shí)鍋內(nèi)壓強(qiáng)latm)，氣孔2上的限壓閥是由較重的金屬制成，質(zhì)量較大，不易被立即沖開，所以此時(shí)鍋被密封，繼續(xù)加熱，鍋內(nèi)溫度繼續(xù)升高，于是鍋內(nèi)氣體分子的溫度升高，即氣體分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子的平均速度增大，分子撞擊器壁的作用力增大，故壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)增至一定值時(shí)，氣體就會(huì)沖開氣孔2上的限壓閥。氣體沖開限壓閥就是我們?？吹降母邏哄仭胺艢狻?，由于繼續(xù)加熱，“放氣”會(huì)一直持續(xù)下去，說明這以后鍋內(nèi)都保持一定的、較高的溫度，當(dāng)然，為了安全，我們這時(shí)可以把火適當(dāng)調(diào)小，煮