分子动理论对水的沸腾现象的解释

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1、Vol.23No.9物理教师第23卷第9期(2002)PHYSICSTEACHER2002年·教师进修园地·分子动理论对水的沸腾现象的解释项贤民(灌云县侍庄中学,江苏灌云222207)1分子动理论对水的蒸发现象的解释分子突然在水中的某一处集合在一起才能在水的内部在不停地做无规则运动的水分子中,总有一些速组成一个水蒸气泡.但是这样的过程实际上是不可能度大的分子能克服液面其它分子的吸引跑到水面外面发生的.因为分子的无规则运动总是使水中能量大的去成为水蒸气分子,这就是水的蒸发.分子与能量小的分子均匀的分布.因而实际上不可能2过热水有很大数目的能量大的分子突然在水中某一处集中.在实验室中做水

2、的沸腾实验会因为所用水的干净所以在1atm下100℃的水中,大部分水分子能量程度不同而得到两种不同的实验结果.小于水的逸出功,有小部分分子的能量大于逸出功.能(1)用一般的河水或自来水来实验,那么当水的温量大和能量小的分子均匀分布在水中.当那些能量大度达到沸点,对水继续加热,水就沸腾.在沸腾过程中,的分子靠近水面时,就有可能逸出水面成为水蒸气.这水温保持沸点不变.就是蒸发.蒸发是水中能量大的分子向水面上方的不(2)把水提纯,并去除水中的微小的空气泡及尘饱和水蒸气里扩散运动,水分子逸出水面就成水蒸气土,烧杯也经过精密的清洗,去除杯上的油渍及尘土,了.所以蒸发能否进行与温度和压力无关.只

3、要有水面实验结果是水温达到沸点后,对水继续加热时,水并不存在,并且水面外面有不饱和水蒸气的空间存在,蒸发沸腾,完全平静,而水的温度继续向沸点以上的温度上汽化就能进行.升.但是在干净水的内部,不存在水面,所以要在不存温度超过沸点的水称作过热水.在水面的水中生出一个宏观的不会很快消失的水蒸气热力学中说“:⋯⋯沸腾的发生往往藉助于空气泡泡沫,就必须要有很大数目的大能量的水分子在水中来给蒸气泡构成一个足够大的半径.当液体非常干净某一处突然集合.但是分子运动论告诉我们这样的几[1]时,它可以达到相当高的过热程度而不沸腾.”率极小,实际上不可能发生.3发生过热的原因所以在1atm下,对干净的10

4、0℃的水继续加热时(1)在1atm下,1g100℃的水汽化成1g100℃的水水中不可能生成蒸气泡,形成沸腾.也就是水的内部不蒸气需要吸收2255J的热量.这说明了两点.可能释放汽化热.这时当水从热源吸取的热量大于水①水蒸气中水分子的平均能量比水中水分子的平平面上蒸发而散失的热量,水就进入亚稳态,成为过热均能量大得多.对水来说水蒸气是由大(大于逸出功)水.能量的水分子组成的.所以在干净水中只有当有很大4分子动理论对水的沸腾现象的解释数量的那些大能量的水分子突然集合在一起,才能在仔细观察水从冷水到沸腾的加热过程,可以看到,水中形成水蒸气泡.当水的温度开始上升以后,水中会有个别的小气泡上②

5、说明100℃的水中大部分水分子的能量较小升到水面上.这是混在水中较大的空气泡受热膨胀而(小于逸出功).只有一小部分分子的能量达到逸出功形成的.以上,有可能逸出水面成为水蒸气分子.当水的温度上升到90℃左右后,从锅底上会有很(2)水中的水蒸气泡是由能量大的水分子组成的.多的小水蒸气泡向上升,这些小气泡都在上升过程中由于水分子不停地做无规则的运动,所以蒸气泡不可消失.能由水中能量大的分子一个,二个,⋯⋯慢慢的积聚而产生小水蒸气泡的原因是:成.又由于蒸气泡的表面存在着表面张力,它给泡内水(1)一般的水中都混有微小的小空气泡及尘土等蒸气添加了一个附加压力.当气泡很小时,附加压力很杂质;一般的

6、容器壁上总有一些油渍尘土等杂质,在有大,泡中的水蒸气将很快液化,蒸气泡也就很快消失.杂质的地方水与容器壁没有完全密合,而是隔了一薄所以在很干净的水中,必需要有很大数目的大能量的层空气.这些小空气泡及空气层很小,肉眼看不见,但—42—第23卷第9期物理教师Vol.23No.92002年PHYSICSTEACHER(2002)是对分子来说那是很大的空间.气泡的里面是空气,周5对水的沸腾条件的解释围是水.空气与水之间就存在一个水面.这是水的内部水沸腾的条件:(1)水的温度达到沸点;(2)对水继的水面.水中能量足够大的水分子也能单个分子逸出续加热.这水的内部的水面进入空气泡或空气层成为水蒸气

7、分设气压为1atm,气温24℃,有一杯普通的水,水温子,即在水的内部的水面上也能进行蒸发过程.为20℃.这时水内部的小空气泡里充满着饱和水蒸(2)热传递需要温度差和时间,在上层水温为汽,蒸汽温度20℃,压力0.023atm.由于这个压力小于90℃左右时,锅底温度已在100℃以上了.这时贴在锅水平面上的气压1atm,所以气泡不会膨胀,水不沸腾.底上的水的温度也已达到100℃.再继续对水加热的要使水能够沸腾,气泡必需能够膨胀,也就是气泡时候,这些水中的能量足够