為什麼開水燒到100°就上不去了,換句話說,為什麼是100度,而不是110度?
水燒到100℃(攝氏度)就上不去啦,是因為人為讓它上不去的,就是規定燒開的水為攝氏100度,這個攝氏100℃的條件是在地球上海平面1個標準大氣壓情況下的讀數。這是人為確定的。在這樣的條件下,水的冰點定為0℃,沸水定為100℃,中間將刻度等分,就有了從0℃到1、2、3、4、5……100℃的溫度指數。
溫度指數與海拔高度有著密切關係,從空氣溫度來說,在無熱源無遮護一般情況下,海拔每升高1000米,空氣溫度會降低5℃;沸水的溫度也是隨著海拔的升高而降低沸點。一般來說,海拔高度每上升 300 米,每平方厘米面積上所受到的大氣壓力大約要減少30克,直到3000米的高度基本上都遵循著這個規律。所以水的沸點隨高度降低,海拔每升高300米,沸點降低約1℃。在0海拔的情況下,沸水溫度是100攝氏度,海拔1000米處水沸點約97℃,3千米處沸點約91℃,在海拔8848米的珠穆朗瑪峰頂,水在72℃就可以沸騰。
既然沸水于海拔和壓力有著對應關係,那麼沸點就不但會降低,也會升高。如果壓力增大的情況下,水的沸點就會升高。低于海平面的地方(如很深的礦井),氣壓高於一個大氣壓,在那裡燒水,水的沸點要升高,據測定,深度增加一公里,水的沸點就提高3℃。 每上升一個大氣壓(101KPa),水的沸點上升大約20℃。水的密度和它的飽和蒸汽密度相等時的狀態,叫做水的臨界狀態。水的臨界壓力值為22.13MPa,水的臨界溫度值為374.15C。沸點升高和壓強增大的關係只有在臨界點以下才會成立,臨界點以上不存在沸點的概念。當水的壓力達到臨界壓力且溫度達到臨界溫度時,水與蒸汽的密度相同了,這時,就分不出水和蒸汽的界限。
用上面的這張水的三相圖來理解這個問題。
在標準大氣壓下(100kPa),假設溫度是-200℃,水呈現的是固態也就是我們所說的冰,並且我們把冰放置在一個容器中對它均勻加熱,來分析一下冰的變化過程。
我們對冰加熱,冰吸熱溫度逐漸升高,當冰溫度達到0℃時,也就是上圖的固態液態分界線時,冰開始融化,此時水以冰水混合物的形式存在,並且只要冰沒有完全融化,冰水混合物的溫度一直保持在0℃。直到某一刻並完全溶化成水後,水繼續吸熱,溫度才開始由0℃繼續上升。
我們繼續在標準大氣壓下對水加熱,當水的溫度達到三相圖中的液態氣態分界線時,水開始沸騰,此時液態的水變為了氣態液態的混合物,水沸騰時內部急劇氣化並大量吸熱,使水的溫度會維持在100℃,直到水全部蒸發完。
過了一定時間水由液態全部變為氣態也就是水蒸氣,繼續對已經變為了氣態的水蒸氣加熱,這時水蒸氣的溫度就會從100℃繼續上升,並且體積開始膨脹。
這就是水在標準大氣壓下從-200℃一直被加熱變為水蒸氣的全過程,我們用橫坐標t來表示加熱時間,縱坐標T來表示水的溫度,可以得到下面這張圖。
在標準大氣壓下,水的冰點0℃以及沸點100℃決定了它在某一溫度下的形態。燒開水達到100℃,水會急劇氣化成水蒸氣,要使水的溫度繼續上升,就必須等全部氣化變為水蒸氣才能實現,不過這個時候你就不能享用開水了,因為水都氣化了。換句話說這完全是由水的物理性質決定的。
那如何才能使水在液態下可以超過100℃?
我們通過最前面的那張水的三相圖可以看到,將壓力線升高,水的沸點會向右移動,也就是說外界壓力越高,水的沸點也越高,所以要得到110℃的水只需對水加壓。比如我們用壓力鍋來燒水,壓力鍋是一個密閉的容器,當水加熱溫度升高,部分水被氣化成水蒸氣,壓力鍋內的壓力隨之就升高,因此水的沸點也就升高,一般壓力鍋可以使水的沸點達到120℃,這也是為什麼用壓力鍋煮食物更容易熟的原因。
相反如果外界壓力低於標準大氣壓,水的沸點就會降低,比如在高原地區水的沸點只能達到80~90℃,因此在高原地區如果沒有壓力鍋的話煮出來的米飯吃起來會夾生,因為那裡水溫達不到100℃。
再比如,壓水堆核電站核反應堆壓力容器內的水壓力可以高達17MPa,相當於170個標準大氣壓,因此這裡面的水的溫度可以達到350℃而不沸騰。下圖為壓水堆堆芯壓力容器。
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謝邀,這個問題問的有點本末倒置了。因為不是開水的溫度是100度,正好反過來,100度這個溫度數值是按照開水溫度來制定的。為什麼這個數字是100度,不是99度,也不是101度。首先要從溫度的計量單位說起。
我國現在使用的溫度單位攝氏度。攝氏度是由瑞典一個叫做安德斯·攝爾修斯的天文學家在1742年提出的。
具體的計量方式是這樣的,在一個標準氣壓下,純凈的冰水混合物溫度設定為零度,而開水的溫度設定為100度,將這個區間分為100份,每一份定位1度。用這個標準來計算溫度。
至於為什麼用冰水混合物和開水當做參照物,因為這兩樣東西的溫度在標準氣壓下是恆定的,而且很常見容易取得。
在1標準氣壓的環境中,開水的溫度是恆定的,就算火燒的再大溫度也不會提高了,因為水的沸點到了,到了這個溫度水就會氣化變成水蒸氣,火燒的再大溫度再高也只會加快水氣化的過程。而水蒸氣的最低溫度也恰恰是100度,至於蒸汽的最高溫度是沒有上限的。
相信很多人都注意到了,我前面說的標準氣壓。因為在不同的氣壓情況下,開水的溫度也是不同的。氣壓越高,開水的溫度也就越高。氣壓越低,開水的溫度就越低。
所以在高原地區的開水是達不到100度的,有些到了8、90度水就開了,溫度就上不去了。看著是咕嘟咕嘟冒泡的開水,但其實溫度就是沒那麼高。所以有些地區甚至煮飯都很難煮熟,只能用高壓鍋來煮,就是這個道理。
溫度的計量單位除了最常用的為攝氏度、華氏度,還有已經很少使用的蘭氏度、列氏度和牛頓溫標。我國主要用攝氏度,而美國和英國等國家用的就是華氏度。
100度只是攝氏溫度的單位,如果用華氏度來計算開水的溫度那就是212度。
人體的正常體溫37攝氏度,如果換成華氏度的話就是98度了。
說到這裡你們明白了嗎?
題主的問題,可以用兩個簡單結論來回答:
其一,開水100度是屬於標準定義問題;其二,水溫在一定條件下,是可以超過100度的。
如果用大白話而不是用科學術語來表述,大概可以這樣理解:在標準氣壓下,將純凈冰水混合物「規定」為1度,沸騰時「規定」為100度。因此,開水100度不是燒不燒得上去的問題,而是「規定」了它的那個狀態就是100度。
這就是標準的制定問題。包括與這個標準相關的標準大氣壓力等,都是「規定」出來的,有了「規定」的標準,才能用這個標準製作相關測量儀器,而不是有一個天生的儀器進行測量出來的。
因為開水是100度是「規定」出來的,所以在日常生活中,由於氣壓條件的不同,開水通常不會是100度,在高山高原地區,如果不採取一定措施,開水一般都達不到100度;而平原地區可能蓋個鍋蓋開水就會超過100度。
如果在吐魯番的艾丁湖畔,其海拔低于海平面155米,理論上在這裡燒開的水,其水溫超過了100度。
超過100度的水叫過熱水,過熱水在日常生活中和工業生產中都可能用到。
而高壓鍋就是生活中常用的讓水溫超過100度的裝置。
再總結一下:開水是100度而不是110度,不是燒不上去了,而是攝氏度標準制定時就是以標準氣壓的開水作為100度標準的;如果氣壓變化,開水的水溫會相應變化,完全可以超過100度。
不知道這樣表述,題主清楚了沒有?
首先,明確的一點是,這個100度的數字,是人為定義的!攝爾修斯在制定溫標的時候,就是把在常壓下的水的沸點和冰水混合物之間的溫度差異定義成一百個等分,前者就是100度,後者就是0度。換一個溫標的話,這個數字當然不一樣,比如華氏溫標裡面水的沸點就是212度,熱力學溫標里,水的沸點就是373度。
其次,拋開定義不管,咱們就用攝氏溫標來討論,水的沸點溫度一定是100度嗎?答案當然不是。水的沸點和它所處的氣壓有關,在氣壓低的海拔數千米的青藏高原,水的沸點可能低於90度,煮飯經常煮不熟而需要藉助高壓鍋。如果在平原上用高壓鍋,那麼水的沸點就會提升到100度以上,所以燉東西又快又爛。事實上,如果壓強足夠高,水的沸點完全可以在200度以上!
最後,我們要回歸到水的相圖上來討論這個問題。水的相主要是固、液、氣三種,但是具體固體的冰也有很多種結構,我們不妨忽略這個細節。水的三種相,是依賴於溫度和壓強的,換句話說,我們討論水的溫度時候,它到底處於固液氣哪種狀態,要問具體壓強是多少。嚴格來說,攝爾修斯定義的0度是冰水混合物,在熱力學溫標里是273.15K,但是水的三相點才是最為穩定的,在611.73Pa氣壓的情況下,冰、水、水蒸氣可以共存在同一個溫度下,這個溫度是273.16 K,後者才是熱力學溫標和攝氏溫度的正確換算關係定義。
最最後,我們就固定壓強不變情況下,水的沸點也恰好是100攝氏度了,那麼,繼續燒下去,為什麼水不會超過100度呢?按理來說,水在不停被加熱,應該是越來越熱才對啊?這裡涉及的就是基本的相變知識。水沸騰過程是一種相變,從液態水劇烈汽化成水蒸氣。這種相變是一種不連續相變,或者說是一階相變。同理,還有連續相變,也就是二階和三階相變等。一階相變最大的特點,就是熱力學量的不連續,也就是存在相變潛熱。潛熱的意思就是說,相變過程需要吸收或者放出熱量,水沸騰是前者。最通俗的理解,就是水在沸騰變成水蒸氣過程中,需要不斷吸收熱量(後者能量更高),加熱吸收的熱量幾乎統統轉化成了水蒸氣的能量,水自身的溫度就無法再上去了,除非全部轉化成水蒸氣,相變完成。同理,在相變未開始之前,水的溫度是可以因為加熱而不斷上升的。回過頭來,為什麼要定義冰水混合物的溫度為0度呢?其實也是這個道理,並不是定義水變冰的溫度叫零度哦。因為在冰水混合物狀態下,水變冰也罷,冰融化成水也罷,都需要付出潛熱的代價,只要在混合狀態下,相變就沒有徹底完成,所以溫度就可以維持在零度。更嚴格來說,考慮到還有氣態水,所以定義水的固液氣三相點為237.16 K,更加穩妥。
攝氏度是國際溫標的一種,其它的溫標還有開爾文(K),與華氏溫標(°F)。
攝氏度℃溫標最早由瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯提出。
它的定義是,在一個標準大氣壓下,水的沸點定義為100℃,冰水混合物定義為0℃。
所以說,我們在日常生活中,在燒開水時,水剛剛開始沸騰時,溫度就是100℃。這是人為的定義。
但是呢,我們知道,水的沸點與大氣壓有關係。在高山上,大氣稀薄,我們要攜帶高壓鍋才能煮飯吃。
因為高山上氣壓低,因此水的沸點就變低了。在海拔三千米的高山上,水到90℃時,就已經開始沸騰了。那如果再高一點,水可能到70℃時就已經沸騰了,這樣是煮不熟食物的。
相反,在大氣壓強高的地方,水的沸點會增加。在15個地球標準大氣壓下燒開水,你可能要將水燒到200℃時,水才會沸騰。
所以,在不同的條件下,以沸騰來判別水的溫度是不準確的。我們平常燒開水,那都是在1個標準大氣壓下,所以,自然就是人們定義的100℃嘍。
開水燒到100攝氏度就上不去了,為什麼是100攝氏度而不是110攝氏度?主要和其定義有關!
人類最早發現溫度的概念以後,就先定義了0攝氏度,即冰水混合物的溫度就是0攝氏度。同時又定義了100攝氏度的概念——沸水的溫度為100攝氏度!其餘溫度都以這兩個溫度為基準,來進行計算,比如40攝氏度,就是把0攝氏度至100攝氏度劃分成100份,然後40攝氏度就是從0攝氏度加40份以後的溫度。
因此,溫度的概念都是一開始人類根據現實生活中得狀況定義出來的!其實在物理學中有很多物理量都不是絕對的數值,都是人類定義出來的。比如中國古代重量的單位用的斤兩的概念,其實不僅是16進位,不是10進位。而且,其與國際單位制千克的換算,也不是1千克=2市斤。後來,清朝時候,西方列強進入中國。才將西方的國際單位制引入中國,後來為了老百姓方便才改成500克等於1市斤!
謝謝邀請。
看到這個問題,有點丈二和尚摸不著頭腦,沒有來由的一個問題不知從何寫起,仔細想,這個問題由於缺少必要的前提和背景可能成為一道錯題。
再回到這個題目,我想從以下兩個點來解釋。
一、燒水沸騰時的溫度是100°是怎麼回事?
我們來看看攝氏度的含義,攝氏度的定義是指在1個標準大氣壓下,純凈的冰水混合物溫度為0度,水沸騰的溫度為100度,將其中間平分為100份,每一份為1度。
所以說,這個100°是規定出來的,不是開水燒到100°上不去,而是水燒開的溫度定為100°,它就算是101°、110°,也將它定為了100°(前提是1個標準大氣壓下)。
攝氏溫標是18世紀瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯創立的,於1954年第十屆國際度量衡大會正式命名,並用他的姓氏第一個字母C表示。國際上常用的溫標還有華氏溫標、熱力學溫標、蘭金溫標等。
二、沸騰的水溫度能達到110℃嗎?
答案是肯定的。沸騰是一定溫度下液體內部和表面同事發生劇烈的汽化現象。沸點是液體沸騰時的溫度,沸點與環境壓力有關,壓力約高沸點約高。
在國際攝氏溫標定義水的沸騰溫度是在1個標準大氣壓下進行的,如果水受到的壓力增大,其沸騰是的溫度也就相應提高。這個也就是高壓鍋的原理。高壓鍋利用密閉的空間保留水蒸氣,使鍋內壓力升高,水沸騰時的溫度可超過100℃,飯更容易熟。相反,在海拔較高的地區,大氣壓較低,如我國的西藏地區,燒水煮飯沸騰時的溫度往往達不到100℃。
綜上兩個層次的分析,就能理解為啥說,離開前提和背景問這個問題是不成立的。
答:本質上說,這是人為規定的結果,攝氏溫標把水的沸點溫度定義為100℃。
攝氏溫標
水屬於晶體類物質,在壓力一定時,晶體類物質都存在固定的熔點和沸點;利用水的這一特性,科學家最初在1742年制定了攝氏溫標。
攝氏溫標定義:在1個標準大氣壓下,規定水的沸點為100℃,規定冰水混合物為0℃。
所以開水的溫度為100℃,並非巧合!而是我們定義了此時水的溫度為100℃,當然是在標準大氣壓下。
實際當中,絕大部分地區大氣壓都比標準大氣壓低,所以開水一般會比100℃略低。
熱力學溫標
攝氏溫標廣泛被人們使用,實際使用非常方便,但是在物理學中,攝氏溫標不方便參與方程運算,於是在1848年,大科學家開爾文利用熱力學第二定律,又制定了熱力學溫標。
熱力學溫標定義:規定水的三相點溫度為273.16K(0.01℃),絕對零度為0K。
之所以會選用273.16這個數值,那是為了配合攝氏溫標的使用;科學家制定攝氏溫標時,還沒有熱力學第二定律,攝氏溫標制定後,絕對零度自然就是-273.15℃,水的三相點自然就是0.01℃。
其他溫標
為了使熱力學溫標和攝氏溫標的溫度間隔一致,所以才選定了273.16這個數值,熱力學溫標基於熱力學第二定律制定,可以直接參与熱力學方程計算,在理論計算上非常方便。
除了熱力學溫標和攝氏溫標外,還有華氏溫標和凱氏溫標,在某些場合也有使用。
好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!
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