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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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【其它】從“速溶咖啡粉險些毀容”事件說起 已有2人參與
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從“速溶咖啡粉險些毀容”事件說起Comments>> | Tags 標(biāo)簽：原創(chuàng), 蒸汽壓, 過熱 科學(xué)松鼠會 發(fā)表于 2010-05-16 11:35  文/窗敲雨說起這個名字頗為詭異的事件，其實是挺久以前從電視上看來的，一件和表面現(xiàn)象有點關(guān)系的事。雖然隔了這么長時間，我卻依舊對此印象頗為深刻，逮到機會就和別人講。現(xiàn)在也來跟大家說說。 事件的經(jīng)過是這樣的： 在北京生活頻道一檔專管生活瑣事的節(jié)目里，一位男性觀眾致電節(jié)目組說，自己最近經(jīng)歷了一件怪事。某日他想沖速溶咖啡喝，于是拿了個杯子接了一杯飲水機里的水，塞到微波爐里熱了幾分鐘。熱好后他把杯子拿出來，發(fā)現(xiàn)里邊的水沒啥動靜，一點要開的跡象都沒有。當(dāng)然了，本身就是飲水機里的水，不燒開也無所謂嘛，于是此男撕開一袋速溶咖啡，一股腦到了進去。怪事發(fā)生了，杯里原本風(fēng)平浪靜的水一下子噴了出來，并開始劇烈沸騰。這位觀眾嚇壞了。要不是躲得快就要毀容啦，他心有余悸的說。 于是觀眾就借節(jié)目詢問事情的緣由。節(jié)目組找到了一位教授幫忙解釋，教授非�？孔V地思考了一會（也可能是和電視機前的我一樣被這么華麗的事故搞得有點無語了…），說，這說明你的杯子很干凈，水也很干凈… 于是很對不起那位觀眾，電視機前的我在教授如此亮點的發(fā)言下華麗的笑噴了… 笑歸笑，發(fā)生這樣的事情確實很危險，大家畢竟不希望喝個咖啡都要冒著被開水毀容的危險。那么，究竟為什么會發(fā)生這樣的事故呢？這其中的幕后黑手究竟是誰？ 雖然我把咖啡粉寫進了標(biāo)題，但其實它是無辜的。它引發(fā)了危險，但并不是危險的制造者。真正的危險在于那杯看似平靜的水。 那時的它，已經(jīng)不是普通的水了，而是過熱液體，也就是溫度明明已經(jīng)超過了沸點卻不沸騰的液體。 為啥液體會過了沸點還不沸騰呢？這都是彎曲液面惹的禍。 對于寬廣的湖泊或是較大的容器，其中水的液面是平坦的，但是很多情況下，例如葉片上的水滴或是細玻璃管里的水柱，它們的液面是彎曲的。液面的彎曲使得液面的表面積增大，而液體的表面在表面張力的作用下會有回縮的趨勢，也因此使得彎曲的表面上多了一個附加的壓力。對于彎曲的凸液面，這個附加的壓力方向指向液體的內(nèi)部；而對于彎曲的凹液面，這個附加壓力指向空氣，這就好比是在用力想把液面縮小。這個壓力的大小與曲面的曲率半徑的絕對值有關(guān)，絕對值越小，這個附加壓力就越大。（注：曲率半徑是一個用來表示面的彎曲程度的量，曲率半徑絕對值越小，面就越彎。對于球面而言，曲率半徑的絕對值就是球的半徑。曲率半徑的符號只表示方向，不代表正的曲率半徑比負(fù)的大。） 而過熱液體該沸騰不沸騰的狀態(tài)就是這個附加的壓力造就的。 講沸騰之前，先來說說液體的蒸汽壓。 蒸汽壓是指在液體（或固體）表面產(chǎn)生的蒸汽對液面（固體表面）的壓力。我們在物理學(xué)課本上讀到，在某一溫度下，如果液體的蒸汽壓超過了液面上氣壓，那么液體就能夠在這個溫度下沸騰，而這個溫度就被稱為液體的沸點。照著么說的話，壓根就不會有什么“過熱液體”存在了。而顯然事情是沒有這么簡單的。 我們都知道，水開了的特征就是水咕嘟咕嘟地冒泡，也就是說，要想讓水沸騰，就必須讓水的內(nèi)部能夠產(chǎn)生氣泡才行。這聽上去再簡單不過了，但是對于純水而言卻是一項相當(dāng)困難的任務(wù)。在純水中要想產(chǎn)生氣泡，就必須從一個尺寸非常小的氣泡開始（大概是納米級的）。我們先來假設(shè)這樣一個迷你小氣泡已經(jīng)產(chǎn)生了，于是，這個小家伙就在水中形成了一個球形的凹液面。要想保持這個小氣泡不被周圍的水?dāng)D扁，氣泡內(nèi)外至少要保持壓力平衡。為了給它減輕一點負(fù)擔(dān)，我們假設(shè)這個小家伙是生成在非常接近水面的地方，這樣它受到的水壓基本就可以忽略了。這樣一來似乎氣泡內(nèi)的蒸汽壓就能夠很輕松地維持小氣泡的存在了，但是曲面附加壓力卻惹了禍。由于小氣泡的直徑非常小，因此這個球面的凹液面的曲率半徑就很小，這就意味著加在這個面上的附加壓力會變的非常大，而這個壓力的方向又是指向氣泡的中心的。也就是說，這時多了一個很大的向內(nèi)的力拉著小氣泡的表面促使它收縮。不止如此，由于液面周圍的液體受到的壓力不同于水平液面下的液體，這使得小氣泡中的蒸汽壓也發(fā)生了變化。對于凹液面，其所產(chǎn)生的蒸汽壓會比平液面小，并且曲率半徑的絕對值越小，這種變化越明顯。于是，倒霉的小氣泡同學(xué)只好用一個比正常情況的蒸汽壓小了很多的壓力來對抗巨大的曲面附加壓力，結(jié)果自然是非常悲劇地被曲面附加壓力擠扁了。于是，在這杯本來已經(jīng)達到沸點的純水里，引發(fā)沸騰的小氣泡無法順利生成，于是就只好保持不沸騰的狀態(tài)繼續(xù)升溫直到小氣泡可以形成，一杯過熱液體就這樣誕生了。 如果僅僅如此似乎也沒什么危險，但是過熱液體的狀態(tài)很不穩(wěn)定，一旦小氣泡可以形成，它就會迅速的沸騰，形成一種比普通沸騰更為生猛的狀態(tài)：爆沸。而在本文的事件中，這個允許小氣泡形成的家伙就是咖啡粉。雖然在我們看來，咖啡粉也算是很細的顆粒，但它的半徑比起之前那個悲劇的小氣泡同學(xué)要大得多了，當(dāng)它進入過熱液體時，小氣泡就可以附著在上面，形成一個曲率半徑大的多的凹液面。這時，蒸汽壓的下降遠沒有那么明顯了，而且附加壓力也小了許多，因此這時候這個較大的氣泡就可以比較輕松的形成。而這時的液體還在沸點之上，于是，它就迅速而劇烈地沸騰起來了，這就是爆沸。 以上就是咖啡粉險些毀容事件的全部內(nèi)幕。估計有人開始擔(dān)心天天在家燒開水會不會有如此危險了，但事實上是不會的。要想打造過熱液體需要滿足這樣兩個條件：純凈液體（注意哦，事件中的男觀眾用的是飲水機里的純凈水），以及潔凈、表面光滑的容器，當(dāng)然，這也就是那位靠譜的教授說“你的杯子很干凈，水也很干凈”的原因（不過這笑話實在有點冷）。而如果是用自來水，由于其純度不夠，含有少量的雜質(zhì)顆粒，并且溶解一些氣體，在加熱過程中可以比較容易的產(chǎn)生較大的氣泡，因此不必?fù)?dān)心爆沸。如果一定要像那位男觀眾一樣在潔凈的杯子里加熱純凈水，也有辦法可以防止爆沸。只需要在杯里放上一把勺子，讓氣泡可以附著在勺子上形成比較大的氣泡就行了。 |
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