【科技之光】室温下的水在真空状态下会沸腾后结冰,为什么?

1个回答

  • 这期电视节目我没看,但是恰好这个实验我4、5年前做过,我是用的一般的真空烘箱,在烘箱里放了一烧杯水,然后开始抽真空,随后加电加热,抽的真空度并不是很高,但是最终结果是烧杯里的水确实结冰了,然后烘箱的温度也升高到了80摄氏度,结果冰居然也没有明显融化.我将冰拿了出来在室温下放置了一段时间后才融化.这个实验恐怕比你说的电视上的还好看一点.

    我当时的分析就是这个原因:真空泵将烧杯上方以及烘箱腔体内的气体全部抽走了,迫使烧杯里的水变成蒸汽(强制汽化),水蒸发带走热量使得剩下的水温度降低,达到0摄氏度并且继续放出热量而结冰应该不是很难的事情.

    可以这么估计分析一下:(气压降低对水冰点的影响可以忽略不计)

    1、在比较低的气压下水汽化(沸腾)很容易,室温下就可以达到.比如0.02个大气压,沸点只要17.703℃;0.04大气压,29.188℃;0.06大气压,36.399℃……

    2、水的汽化热很大,水汽化会带走大量的热,比如0.06大气压下1g水沸腾吸收热量2414J/g;而1g水的熔解热大约335J/g(相反,1克0℃的水释放出335J的热量就可以凝固——结冰),另外1g水降低温度1℃需要放热4.18J.所以1g水汽化吸收的热可以让大约2414/(4.18*30+335)=5.2g的水温度降低到0℃并且继续降温直到结冰!

    3、因此,理论上说只需要不到1/6的水汽化就可以让剩下的水都结冰.

    4、因为烧杯被抽了真空,因此外界热量很难进入到内部(气体对流的途径被阻断了,气体热传导和辐射的传热量相对很小,基本忽略不计).