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对于100℃的水和水蒸气而言 , 它们之间当然是存在着相当大的区别的 , 否则就没有这篇文章了 。
尽管它们的温度是相同的 , 而且组成它们的物质也是一样的 。 但毕竟他们一个是气态 , 一个是液态 , 所以要说他们之间没有区别肯定是不可能的 。
问题的关键是它们之间的区别在何处?
对这个问题的解答 , 就需要从水和水蒸汽最本质的形成原因出发来讨论 。 我们知道 , 在标准大气压下 , 水的饱和温度大约是100℃ 。 之所以是“大约” , 因为实际上在标准大气压下 , 离100℃还存在着非常微小的差别 。 这边我们暂时不去考虑这个差别 。
如果现在有一盆水 , 我们知道当它加热到100℃的时候就会开始汽化 。 对于这样一个特殊的状态 , 我们称之为是饱和水 。
饱和水只是一个瞬间的状态 , 而我们接下来就要对这样一个瞬间状态进行讨论 。 我们假设当水达到饱和状态以后 , 瞬间阻断所有的热量输入 , 请问饱和水是否还会自动变成水蒸汽?
这个问题的答案是一个关键 , 当然我们现在可能暂时无从给出回答 。 那么这边可以举一个例子说明 。 假设有一个人站在悬崖边上 , 只要他再向外踏出一步 , 他就会从悬崖上掉下去 。 但如果在之后的时间他不再向前移动哪怕1mm的距离 , 请问他会掉下去吗?
答案是显而易见的 , 不可能掉下去 , 除非悬崖突然塌掉了 。 当然悬崖塌掉这个情况不在今天的讨论范围之内 。
对于饱和水也是一样的情况 , 水只要再往前走一步 , 它就会变成水蒸汽 。 但是水不是人 , 它没有自主的行动能力 。 所以它不会主动由饱和水状态变成水蒸汽 , 就像悬崖上的一块石头不会自己滚下去 。 如果石头从悬崖上滚下去 , 那一定是有人踢了它 , 或者别的外力因素作用 。
同样的道理 , 由饱和水变成水蒸汽 , 也一定是需要外力的作用 , 也就是热量的输入 。
这其实就是100℃的水和同样温度水蒸气之间最大的差别 , 100℃的水需要继续吸收热量才可以转变为100℃的水蒸汽 。 从饱和水到蒸汽状态所需要吸收的热量 , 我们称之为是汽化潜热 。
这一股热量是非常庞大的 。 我们把水从0℃加热到100℃ , 只需要420kj/kg的热量 。 但是如果我们想把饱和水变成水蒸汽 , 则需要2260kj/kg的热量 。 后者是前者的五倍之多 , 所以100℃的水蒸气中蕴含的能量 , 要远远大于100℃的水 。
【科普知识(17)——100℃的水和水蒸汽有区别吗?】这其实就可以解释为什么相同的温度下水蒸气所造成的烫伤 , 要远远严重于同温度下的水 。
而在燃煤电厂中所使用的蒸汽 , 往往是一千多度的过热蒸汽(随锅炉的规模不同而不同) , 这种蒸汽所蕴含的能量更是难以想象的 。 一旦这里面出了问题 , 所造成的结果也是灾难性的 。
其次水吸收热量转变成水蒸汽 , 其内部到底是什么发生了变化?
首先要明确一点 , 水分子是不会发生任何变化的 。 水分子一旦发生变化 , 水就不能算水了 , 而水蒸汽依旧是属于水的范畴 。
其实水从液态变成汽态过程是很简单的 , 无非就是体积发生了膨胀而已 。 这一体积的膨胀产生的原因 , 无非就是水分子之间的距离变大了 。 我们知道分子是每时每刻都在做无规则热运动的 , 而分子所具有的能量越高 , 其热运动的剧烈程度就越强 。
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