图版 32 · 物质
山顶上的水为什么不够烫
在海边,水要到 100°C 才沸腾;在珠穆朗玛峰顶,大约 70°C 就开了,煮再久,鸡蛋也煮不硬。水并没有变,变的是压在水面上的空气。
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气泡是什么
水加热时,水分子动得越来越快,有些分子会挣脱出来,变成水蒸气。水温越高,水蒸气的“推力”就越大,这叫蒸气压。
沸腾时冒出的大气泡,就是水里面形成的水蒸气泡。可一个气泡要在水里撑开,它的推力必须顶得住压在水面上的空气,再加上它头顶那一点点水。
锅中的水 · 气泡示意
头顶的一层空气
我们头顶压着厚厚的一层空气。在海边,它的压力大约是 1013 百帕,水要热到 100°C,蒸气压才顶得住它。
越往高处,头顶的空气越少,压力越小。到了珠穆朗玛峰顶,只剩海边的三分之一左右。
气压随高度变化:国际标准大气
一座山,四口锅
同样一锅水,在海边 100°C 沸腾;在美国丹佛(海拔约 1,600 米)大约 95°C;在玻利维亚的拉巴斯(约 3,640 米)大约 88°C;在珠穆朗玛峰顶(8,849 米)大约 70°C。
靠近地面时,大约每升高 300 米,沸点就降低 1°C。
真正的峰顶
这是真实的珠穆朗玛峰一带,方圆 24 公里,取自卫星高程数据,高度没有放大。峰顶海拔 8,849 米,是 2020 年中国和尼泊尔共同测定的;放在那里的一锅水,大约 70°C 就开了。
尼泊尔一侧的大本营在昆布冰川边上,海拔约 5,300 米,气压大约只剩海边的一半,水约 82°C 沸腾。从这里再往上爬三公里半到峰顶,沸点又要降低大约 12°C。
尼泊尔与中国交界 · 28.0°N 86.9°E · 高度未放大 · 锅的大小不按比例
一座城,三个沸点
拉巴斯在安第斯山区的阿尔蒂普拉诺高原边缘,城区铺满一道切进高原几百米深的峡谷。峡谷上方的高原面上,是埃尔阿尔托。
从埃尔阿尔托到城南,地面落差约 750 米。同一锅水,在城的最高处约 86°C 沸腾,在市中心约 88°C,在谷底约 89°C。
玻利维亚 · 16.5°S 68.1°W · 高度放大 2.5 倍 · 锅的大小不按比例
为什么高原上要用高压锅
水开了,温度就不再上升,多出来的热量都用来把水变成蒸气。所以在高处,锅里的水再怎么滚,也只有 88°C 或 70°C,煮面、煮蛋都要花更长时间。
高压锅把锅盖封紧,锅里的气压能比外面高出大约一个大气压,沸点跟着升高:在拉巴斯,能到约 114°C,比海边敞开的锅还烫。这就是为什么高原上的人家常用高压锅。
你来试试
拖动海拔,看锅里的气压和沸点怎样变化;再把锅盖封紧,看高压锅能把沸点提高多少。
试一试到珠峰顶,盖上高压锅盖:水在多少度沸腾?
模型省略了什么
气压用的是“国际标准大气”,那是全球平均的样子;真实的气压还会随天气上下变化几十百帕,沸点也会跟着差将近一度。水里溶解的盐和其他东西也会让沸点稍有变化。高压锅的压力取了常见的约数。珠峰和拉巴斯两块真实地形来自公开高程数据,大约每 60 到 70 米一个点;数据把珠峰的尖顶磨低到约 8,740 米,所以峰顶那锅水按实测的 8,849 米计算,其他几锅按它们所在位置的数据高度计算。锅画得比实际大得多。
一个常见的误解
水开了不一定就是 100°C。“水在 100°C 沸腾”只在海平面附近的标准气压下成立。另外,火开得再大,也不能让开着的水更烫,只会让它更快地变成蒸气。
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