为什么沸水除在一个微波炉中有气泡？

Features

By Victoria Atkinson published 18 hours ago

Chemistry

气泡通常是水正在到沸腾的第一个迹象，但在一个微波炉中加热它似乎跳过这一重要的步骤。这里是什么正在进行。

When you purchase through links on our site, we may earn an affiliate commission. Here’s how it works.

气泡通常是水正在到沸腾的第一个迹象，但在一个微波炉中加热它似乎跳过了这一重要的步骤。这里是正在进行的。 (Image credit: Eye Ubiquitous via Getty Images)

当你正在炉子上等待一锅水来加热起来时，微小的气泡是它即将准备沸腾的第一个迹象。随着水变得越来越热，气泡越来越大，直到一个沸腾的水已经达到212华氏度（100摄氏度）的信号。

还是它这样做吗？任何已经在一个微波炉烧水的人将注意到缺乏气泡。如此，除在一个微波炉中为什么沸水会有气泡呢？

按照流体动力学家，随水在一个加热源上加热起来如炉子纳米级气泡恒定的出现和坍塌。但开始来形成值得注意的气泡的温度有时可能远比在纸上的沸点更高。

弗吉尼亚理工大学的流体动力学家乔纳森·博雷科说：“沸点意味着在高于该温度的任何东西之上你的分子更快乐是一个蒸汽而不是一个液体”。超过212华氏度，水分子的内在的能量——被称为化学势——对气体比液体更低，使蒸汽成为最稳定的形式。

博雷科告诉《生活科学》杂志：“但要实际上执行煮沸，你不得不创造一个气泡，这有一个能量成本。因此，只因为你作为是一个蒸汽更快乐并不意味着你将成功的沸腾” 。

因此，水实际沸腾的温度是由变成一个气体和花费的来形成一个气泡节省的化学势能之间的一个权衡。

至关重要的是一个气泡不只是气体的一个体积，也是气相和液相之间的一个界面。和所有液体界面一样，这个表面是受到表面张力的。

表面张力是一种恒定的试图将气液边界缩小到最小可能面积的力。在一个气泡的案例中，这会意味着完全的坍塌进入一个均匀的液体。因此，一个稳定的气泡一定包含足够的化学势能节省是大于界面的表面张力的气体，使更大的气泡更稳定的。

博雷科说：“表面张力基本上是每单位面积的能量的成本。真正的小气泡有一个非常大的表面积对体积比，而一个更大的气泡相对于它的体积有一个更小的面积。体积统治你越大，这超过表面张力成本” 。

结果上，水通常直到它比212华氏度略更热为止不会沸腾，一种被称为超热的现象。沸点标志着气体变得比液体更稳定的温度，额外的度数对应到需要来创造一个足够大的气泡的活化能。

然而，罗马萨皮恩扎大学的流体动力学家米尔科·加洛告诉《生活科学》杂志，各种因素会影响这些气泡多容易的能形成。

加洛解释说：“溶解的气体、水中的杂质、容器的表面都能减少气泡形成的能量屏障”。在本体液体中的这些不规则性提供一个独特的成核点，围绕它气泡能形成，减少形成一个完全球形气泡的表面张力的惩罚。

他补充道：“如果你在一个边缘上形成一个气泡，它只是半个球体，如此你有一个更小的表面将需要更少的能量。这就是为什么第一批气泡总是开始出现在锅的边界上” 。

在微波炉中烧开水

相反，在一个微波炉中，异常的加热条件如此有效地抑制了气泡的形成以致来超热加热水到36华氏度（20摄氏度是可能的）。

博雷科解释说：“电磁波正在穿透和激发水分子过整个体积，因此它非常快速和均匀的加热水，而在一个炉灶上锅的底壁是最热的。你也倾向于在一个非常光滑的容器里（用微波炉加热）——比如玻璃——如此你没有那些局部化热点帮助你克服那个能量障碍来创造第一个界面” 。

RELATED MYSTERIES

—Why does ice float?

—What's the highest temperature water can freeze, and the lowest it can boil on Earth?

—What happens to meat as it's cooked?

在一个过热液体中这个巨大的化学势能的储存被以一种巨大的爆炸性气泡的形式自发释放，这使在微波炉中加热水变得令人惊讶的危险。

加洛说，但超热并不对水独有的；任何液体都是可能的。

博雷科补充道：“与大多数液体相比水有一个非常高的表面张力，但基本上表面张力越高效果就越显著”。

https://www.livescience.com/chemistry/why-does-boiling-water-have-bubbles-except-in-a-microwave