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【期刊】热爱105度的你~等等!为什么是105度?(上)| 石头科普

黄泽森 蔻享学术 2022-07-02

/ Super Idol的笑容 都没你的甜 /

/ 八月正午的阳光 都没你耀眼 /

/ 热爱 105 °C的你 滴滴清纯的蒸馏水 /


最近你有没有听过这首《热爱105°C的你》?

笔者听完之后发现它的旋律像蜜蜂一样不停地在耳边嗡嗡作响,挥之不去循环播放。但是我听着听着就感觉有点不对劲……

等等……为什么是 105 °C?

就在这一瞬间,多年前学化学原理的痛苦回忆开始从记忆的深处涌出——

105 °C的蒸馏水,好像没有这么简单!

来口蒸馏水?

我们都知道水的沸点是100摄氏度。

稍微有一点科学常识的人会知道,我们常说的100摄氏度的沸点指的是在海平面附近的大气压下,水的沸点是100度。到了高海拔的区域,水的沸点会下降,因此在青藏高原东西不太容易煮熟。

生活常识也告诉我们,在高压锅里面的水,沸点是高于100度的。但这是为什么呢?

我们首先要了解一下什么是沸腾

100℃

沸腾可能是最常见,也是最基础的几种物理现象之一。

无论是烧茶还是煲汤,我们每天都会接触沸腾的水。不知道你有没有想过,为什么水烧到了100度,就突然开始咕噜咕噜冒泡了呢?

想要理解沸腾,就必须引入一个概念——饱和蒸气压。饱和蒸气压是指在密闭条件中,在一定温度下,与固体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压强。

用通俗的话来讲,就是一般温度下,大气其实是在把水紧紧地压制为液态。而当我们给水加热后,水分子获得能量,直到100摄氏度的时候,大气所施加的压力已经不足以把水压制为液态,因此水分子争先恐后地变成气态,于是就沸腾了。

现在我们知道,沸腾其实是一个大气与水的对抗过程,因此我们可以直觉地预测,当我们增加大气的压力,水的沸点就会升高。

可以看到,当我们稍微提高一点点压强的时候,沸点也会相应地提高一点点。

105℃


利用国际通用的数据,我们可以计算一下,如果蒸馏水是105摄氏度的,那么你应该在一口1.089大气压的高压锅里。

1005℃


诶这个时候你可能就想问了——老师,老师!我在网上看到有热爱1005度的你呀,1005度的时候这个蒸馏水的压强有多大呢?

这个问题问的特别好!我们回到刚刚的图:

我们可以看到大概400摄氏度(373.85)以上,水的气态和液态就融合成为一个态了,这个状态被称之为超临界流体

在这个温度和压强下,流体会兼具可压缩性泻流,以及液体的流动性,有非常广阔的工业价值。

所以热爱1005度的你其实是馋你身子这个时候身体成分主要是水的你已经不可能变成蒸馏水了,而变成了极具工业价值的超临界流体。


100000005℃


这个时候你可能又想问了,那如果是100000005℃呢?

为了方便,我们先把这个温度换算为电子伏特,100000005℃对应的是8617.36eV(电子伏特)

到了这个温度我们就要考虑粒子的电离了。

我们先考虑氢氧键的强度,O-H的键能大约为4.0eV,换算成温度大约为46400K。对于氧原子来说,完全电离能为84078kJ/mol,也即871.407eV,对应的温度为10000000K。

也就是说,100000005℃下,我们可怜的水分子不仅被拆散为俩氢原子和一个孤零零的氧原子,这些可怜的原子们还被完全剥夺了轨道上的电子,只剩下孤苦伶仃的一个个原子核和四处快乐飞奔的电子。

所以这个热爱100000005℃的你其实挺残忍的,你身体里绝大部分原子(可能是全部)都已经被完全电离,这基本上就等于挫 骨 扬 灰了。

而且根据罗森判据,100000005℃(8617.36eV)已经接近等离子体的点火点了。

换言之,热爱100000005℃其实是热爱磁约束核聚变的你。

爱你的这个小伙伴为了欣赏100000005℃的你,甚至需要先去修一台国际领先的托卡马克(比如合肥科学岛的人造小太阳),然后把你扔进去……

想想还是挺浪漫的。


10500000000000000℃


这位Up主就更过分了,10500000000000000°C对应的是900GeV,是7.2个希格斯波色子的静能了。

如果把任何一个物体加热到这个温度,那它应该已经突破了物理的极限,也算是对人类科学的一种贡献……吧?

顶夸克的静能为172GeV,是最重的基本粒子,紧随其后的是著名的希格斯玻色子。


 

下集我们将聊一聊温度的另一个极端,让我们继续一起看一看B站上面的Up主们是怎么折磨他们的朋友的。

 


引用:

1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%82%B9

2.https://en.wikipedia.org/wiki/Vapor_pressure

3.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E8%87%A8%E7%95%8C%E6%B5%81%E9%AB%94

4.https://en.wikipedia.org/wiki/Electronvolt

部分图片来自网络


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