是否能被加热到1千摄氏度?连续加热密封容器中的水会发生什么?

聊聊科技 2023-06-10 11:23:35

是否能被加热到1千摄氏度?连续加热密封容器中的水会发生什么?

水被称为生命之源,我们不时地需要喝水,但我们对如何喝水是有规定的,我们通常会在喝水之前将其加热,据说这样可以有效地去除水中的细菌。当我们烧水时,我们突然面临一个问题:水可以加热到什么程度。我们首先想到的是,如果我们继续加热水,它可以达到一个非常高的温度,比如说1000摄氏度。那么,水到底能不能被加热到1000摄氏度?一切都要证明,对于这个问题,我们必须通过实验找到答案。实验很简单:一个火,一个锅和一个温度计。

我们很快发现,当水达到大约100摄氏度时,它没有再上升。为什么会这样呢?原因在于水的挥发性,作为一种液体,水中的水分子会自发地扩散到空气中,即从水的液态变成水蒸气的气态,水的温度越高,单位时间内产生的水蒸气越多,它产生的压力也越大、 而当水蒸气产生的压力等于外界的压力时,水就会沸腾,在这种情况下,水开始大量变成水蒸气 在这种情况下,水开始大量变成水蒸气,从而源源不断地带走热量,使水的温度不会继续升高。因此,当外部压力增加时,水蒸气产生的压力必须达到一个更高的值,才能使水沸腾,这就需要更高的温度,也就是说,为了将水加热到更高的温度,必须将水放在一个可以增加压力的封闭容器中。

因此,我们的问题是:在一个封闭的容器中,水能被加热到1000摄氏度吗?在封闭的容器中继续加热水会发生什么?在解决了这个问题之后,我们决定升级我们的设备。幸运的是,我们不差钱,很快就找到了一个集密封、加压、加热和实时数据分析为一体的专业设备。我们决定加压到1兆帕,相当于大约10个标准大气压,作为一项预防措施,一旦一切就绪,我们就开始加热密封容器中的水。正如预期的那样,随着外部压力的增加,水温很容易就超过了100摄氏度,并上升到180摄氏度,这时水又沸腾了......。

显然,我们对水施加的压力是不够的,那么在2兆帕的时候会发生什么?在我们的想象中,由于1兆帕的水温从100摄氏度增加了80摄氏度,2兆帕应该再增加80摄氏度,即260摄氏度。然而,实验结果显示,在2兆帕的压力下,水在210摄氏度下沸腾,更令人失望的是,当我们将压力增加到3兆帕时,水温只上升了25摄氏度。看来我们的压力不够,好吧,我们有点不耐烦了,现在我们已经把压力提高到20兆帕,这已经相当于大约200个标准大气压。我们惊讶地发现,即使有这么高的压力,水的温度也只达到了365摄氏度,离1000摄氏度还很远。

但是奇怪的事情很快就发生了,我们观察到,当压力增加到22.12兆帕,温度达到374摄氏度时,密封容器中的水不再像原来的样子,而是变成了气体或液体,两者都不是。这怎么可能发生呢?在咨询了专业人士后,我们了解到这是水的一种超临界现象。374摄氏度是水的临界温度,一旦超过这个温度,水就会完全变成水蒸气,无论我们施加多大的压力,水蒸气都无法再变成水。换句话说,我们的实验证明了374摄氏度是水的极限温度,水不能被加热到1000摄氏度,即使是在一个封闭的容器中。

我们必须继续这个实验,因为我们还有一个问题——当我们继续加热封闭容器中的水时会发生什么?密闭容器中的水在热量的作用下很快就消失了,变成了水蒸气,剩下的过程变得非常无聊,我们看不到任何有趣的东西,尽管温度在上升。当我们在等待和打哈欠的时候,一件有趣的事情发生了:封闭容器中的物质发亮了。我们得到的答案是,水分子由两个氢原子和一个氧原子组成,通过化学键连接在一起,但这种键不是很牢固,当温度达到一定程度时,它就会分解,这导致水分子分裂成单个原子。

随着温度的升高,原子的电子从原子核中释放出来,这被称为 电离。在结合过程中,电子从高能状态移动到低能状态,并发射出光子,所以我们看到它们发光。这种 混合物 被称为等离子体,所以我们现在明白,如果我们继续在一个封闭的容器中加热水,它最终会变成一个发光的等离子体。值得注意的是,尽管我们费尽心思获得这种等离子体物质,但这并不意味着这种物质状态在宇宙中是稀缺的。事实上,宇宙中的绝大多数物质都是等离子体形式的,例如,太阳系99.86%的质量完全由太阳占据,而太阳中的所有物质都是等离子体。

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