“既然沸水都不能把水烧开,更何况是雪呢!”有的读者可能会这样说。我们不妨做一个实验,用事实来说话。就用我们刚才使用过的那个小玻璃瓶就行。
装上半瓶水,然后把小瓶放在已经沸腾的盐水锅里。在小瓶子里的水沸腾之后,就把小瓶子从锅里拿出来,然后迅速用事先准备好的瓶塞盖上。这时候,把小瓶子倒过来,耐心地等待,等着小瓶子里的水停止沸腾为止。
当小瓶子里的水停止沸腾时,再用沸水去浇小瓶子,我们知道小瓶子里的水不会沸腾。可是如果我们在瓶底放一把雪,或者像 图 演示的那样,用冷水去浇小瓶子,大家会发现水又开始沸腾了。
雪真的做到了连开水都无法做到的事情。这太让人觉得困惑了。要知道,这个瓶子此时并不是特别的烫。可大家又亲眼见到了,小瓶子里的水确实在沸腾!
图 用冷水去浇小瓶子,小瓶子里的水沸腾了。
这里的秘密就在于,瓶壁被雪冷却了,小瓶子里的水蒸汽迅速凝结成了水滴。因为小瓶子里面的空气在锅里沸腾的时候,已经被赶了出去,所以施加给小瓶子里的水的压力就小了很多。相信大家都知道,随着液体受到的压力的减小,沸点也会随之降低,所以水会沸腾。不过我们这里虽然还是说小瓶子里的沸腾的水,可实际上已经不是指沸腾的开水了。
小瓶子的瓶壁如果非常薄,因为水蒸汽的突然凝结,小瓶子就可能会发生类似爆炸的情况。因为瓶子内部的压力很小,外面的空气可能会把瓶子“压破”(顺便说一下,大家可能会发现“爆炸”这个词其实在这里也不适用)。所以我们最好是用圆形的烧瓶,就是那种瓶底凸出的烧瓶来做这个实验。这样的话,空气压力会作用在瓶底。
不过,做实验时最安全的设备还是装煤油或者植物油的铁箱。用这种箱子装上少量的水,烧开之后,拧紧箱盖,然后用冷水泼箱体。这时候,外面的空气压力就会把充满了水蒸汽的铁箱压瘪,因为箱子里的水蒸汽在受冷之后迅速变成了水,铁箱就会像被重锤击中那样,从而发生变形(图)。
图 铁箱冷却时发生了变形。
图 用雪让水沸腾
在前面的分析中,我们知道了,用纯净的沸水无法使玻璃瓶里的水沸腾。那么,有的读者可能会问了:“用雪呢,可以吗?”关于这个问题,我们先来看一个实验,然后再来回答。
继续用前面的小玻璃瓶作为实验的道具。往里面倒入半瓶水,然后把它放在沸腾的盐水中。前文说了,这样做可以使瓶里的水沸腾起来。当瓶里的水沸腾时,我们把它拿出来,迅速用瓶塞塞紧。然后,把瓶子倒过来,当水不再沸腾的时候,往瓶子上浇一些开水,我们会发现,水并没有沸腾。但是,如果往瓶子的底部放一点儿雪,或者在瓶子的底部浇一点儿冷水,如图所示,我们会惊奇地发现:水又开始沸腾了!雪或冷水竟然可以让水沸腾,太神奇了!如果用手摸一下这时的瓶子,会发现瓶子并不是很烫,只是有点儿热而已。但是,瓶子里的水的确在沸腾。
图 在外界气压作用下白铁罐被压扁
这是为什么呢?原因在于,雪或冷水降低了玻璃瓶的温度,于是,瓶子里的水蒸气凝结成了水滴。在水第一次沸腾时,瓶里的空气已经被排出瓶外了。在瓶里的水变凉后,其所受到的气压会变低。我们知道,气压变低,液体的沸点也会变低,所以,虽然我们看到瓶里的水沸腾了,但那并不是100℃的热水。
如果玻璃瓶很薄,在水蒸气突然凝结时,有可能引起爆炸。这是因为,瓶内的气压如果瞬间变得很低,瓶身可能抵挡不住瓶外的气压。也就是说,外界的气压有可能把瓶子压碎。其实,这里说爆炸可能夸张了一些。所以,做这个实验的时候,最好用圆形的玻璃瓶。这样,外界的气压就会作用在拱形上,瓶子不会轻易被压碎。
如果不是用玻璃瓶,而是用装煤油、润滑油之类的白铁罐,那实验就真的非常危险了。如图所示,在外界气压的作用下,内部充满水蒸气的白铁罐会立即被压扁。这是因为,遇冷后,罐内的水蒸气瞬间变成了水滴。
从图中可以看出,白铁罐会被压得皱巴巴的,就像被什么东西砸过一样。