三六九山莊與雪山的相對位置（取自Google Map）
嗯，這是個好題目，為什麼要將水燒「開」，為何水會被燒開？
首先我們先看看這個燒開水的影片。
注意到了嗎？水還沒「開」之前，鍋底有些點已經開始冒出泡泡，漸漸的泡泡越來越大，然後就看到整鍋水的表面有劇烈的泡泡在滾動，這時候就叫做沸騰。
我們先來解釋「沸騰」的這個現象。
在日常生活中，我們可以觀察到，當環境溫度越高時，水越容易被蒸發，也就是「氣化」，或者說，水從液態變成氣態，要達到這個過程，當水的溫度越高，水分子之間的碰撞越激烈，就會有比較高的比例（機率），讓液態水分子脫離彼此的束縛，進而形成彼此間束縛比較小的氣態。
在此，「轉換成氣態的機率」可以看成另外一種物理量，蒸汽壓，也就是說水的蒸汽壓隨著溫度提高而增加，但是可以無限制的增加嗎？
如果不能無限制的增加，那什麼情況是這個蒸汽壓的上限？
原來的個液態水所處環境的大氣壓力就是它的限制，也就是說當水的溫度上升到蒸汽壓等同於大氣壓力的時候，液態水就自然全部氣化了。
然而在燒開水的時候，我們不可能將整鍋的水，同時間加熱到相同的溫度，所以在這一鍋水裡面，一定有一部分的水溫度較低，例如靠近鍋壁的位置，由於外界空氣溫度較低，所以水的熱量容易散失到空氣中，而鍋底的位置，因為直接與瓦斯接觸，所以溫度比較高，尤其是一般的鍋子，底部不會有均勻的平面，一定會有一些缺陷或是尖點，這些地方的溫度更容易傳導到水中，所以這些點鄰近的水分子，特別容易獲得來自鍋底的能量，因此溫度特別的高，也就是這些局部的水會有比較高的蒸汽壓，因此這些點上的水分子，具有較大的能量，可以將周圍的水分子撞開，而形成一個以水蒸氣構成的「氣泡」，這個氣泡就會浮出水面，而且隨著溫度越來越高，只要有水分子的溫度到達蒸氣壓與大氣壓力相同，這個水分子就可以形成氣泡，所以水中的溫度越高，氣泡也會越來越多，這個現象就是所謂的沸騰。
可是沸騰的時候，還是有液態水啊，難道他們的溫度不夠高？
沒錯，其實液態水要轉換成氣態水，是需要相當大的熱量，因此當瓦斯燃燒傳入鍋子的熱量等同於氣泡形成所需的熱量時，這個時候其餘還沒形成氣泡的液態水，就沒有能量來提升溫度了，也就是說這些水的溫度低於可形成氣泡的蒸氣壓溫度了，以海平面的大氣壓力 76 mm-Hg來說，就是低於攝氏100度。
如果以登山的角度來看，由於大氣壓力是與氣體的濃度、大氣的高度相關，因此高山上的大氣壓力其實是低於海平面的。一般來說氣壓隨高度而遞減,平均每增高275公尺, 氣壓降低其原有氣壓的1/30，以雪山山屋（三六九山莊）為例，其海拔高度約為3100，若以大氣壓為760mm-Hg，則此山屋的大氣壓力約為518.4mm-Hg，對應此壓力，水的溫度只要達到攝氏89.6度，其飽和蒸氣壓就會等同於大氣壓力，也就是說，這時候水會開始沸騰，而且水的溫度也就不會繼續上升了。
如果我們期待要能將水燒到沸騰，使其達到攝氏100度左右，顯然在高山上是有困難的，但是對於消毒、殺菌這件事來說，是不是一定要到攝氏100度？我們下次再討論！
沒有留言:
張貼留言