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小刚同学留意到生活中有不少产生“白气”的现象。当水烧开了,壶嘴会胃出大量“白气”(图1)。刚煮熟的米饭和滚烫的火锅也会冒出“白气”。小刚说,这些温度较高的物体冒出了“热气”。小华同学则认为,“白气”不一定是“热气”。她记得夏天吃冰棍的时候。观察到冰棍也会冒出“白气”(图2)。在炎热的夏天打开冰箱的门,冰箱里同样会冒出“白气”。小华说,这是温度较低的物体冒出的“冷气”。小刚和小华说得有道理吗?你觉得“白气”的形成是怎么回事呢?“白气”一定是冒出来的吗?
首先要弄明白“白气”是什么?“白气”不是气,而是由大量的小水珠组成的。“白气”是由空气中的水蒸气液化而形成的。小刚和小华观察到了两类“白气”现象。一类是热的物体冒“白气”,不妨叫做热冒“白气”:另一类是冷的物体冒“白气”,不妨叫做冷冒“白气”。究竟在什么情况下可以看到“白气”呢?热冒“白气”和冷冒“白气”有什么不同吗?
既然“白气”的形成是水蒸气的液化,那就需要满足液化的条件。同学们知道降低温度可以使气体液化,那么怎样使水蒸气降温呢?
以烧开水的热冒“白气”和夏天冰棍的冷冒“白气”来分析,水沸腾时,壶里的水汽化成水蒸气,水蒸气冒出壶嘴。水蒸气的温度比环境温度高,遇冷放热。温度降低。液化成小水珠,形成了“白气”。组成这“白气”的小水珠其实是水壶里的水先汽化后又液化形成的。炎热的夏天看到冰棍会冒“白气”。组成这“白气”的小水珠不是来源于冰棍。而是来源于冰棍周围含有水蒸气的空气。因为冰棍的温度比环境温度低,在冰棍附近的空气中的水蒸气遇冷放热,温度降低,液化成许多小水珠形成了“白气”,看上去就像冰棍在“冒白气”。其实,这“白气”并不是冰棍“冒”出来的。
上面的分析使我们认识到,产生“白气”可以有两种途径。第一种途径是降低水蒸气的温度使其液化,这便是热冒“白气”。第二种途径是降低环境温度,使环境中的水蒸气遇冷液化,这便是冷冒“白气”。
自然界中有一种天气现象——雾。就是大规模“白气”形成的(图3)。通常雾的主要成分是小水珠,空气中的水蒸气降温液化附着在浮尘上形成了雾。雾的形成,和冰棍周围出现“白气”的形成有着相同的道理,属于冷冒“白气”。
能不能用人工的方法制造出“雾”呢?我们常常见到雾的形成是通过热辐射降温的途径给空气中的水蒸气提供了低温的环境。使其降温液化。如果能想办法给空气在较大范围降温,我们就能制造出人工“雾”。舞台上常用喷撒干冰的方法制造“白雾”以渲染气氛(图4)。人们在舞台上喷撒干冰,干冰升华成气态二氧化碳的过程需要从周围的空气吸热。使周围环境温度降低。空气中的水蒸气遇冷放热,液化成小水珠,形成“白雾”。这属于冷冒“白气”。
在炎热的夏天把冰箱门打开,看到冰箱里面冒出大量的“白气”。其实这里的“白气”并不是冰箱里冒出的。冰箱门外空气中的水蒸气在冰箱打开时遇冷发生液化,产生了大量小水珠。这属于冷冒“白气”。如果室内空气温度本来就很低,比如在寒冷的冬季,把冰箱门打开,就看不到大量的“白气”了。类似的。在冬天能看见从人口中呼出的“白气”,是因为呼出的气体里有许多热的水蒸气,这些水蒸气遇到冷空气放热,温度降低,液化成小水珠。而夏天不容易看到这种现象,是因为夏天气温高,从人口中呼出的水蒸气不易液化。
有同学可能会问,无论在冬天夏天。水沸腾时我们都能看到“白气”。这是为什么呢?因为无论在夏天还是在冬天,通常情况下水沸腾时汽化产生的水蒸气的温度总要比周围的空气温度高得多。高温水蒸气很容易液化成大量的小水珠,便出现了“白气”。细心的同学还会发现,水壶烧开水时。虽然看到壶嘴喷出“白气”,但是在最靠近壶嘴的地方,反而看不到“白气”。这是因为最靠近壶嘴的地方温度较高,水蒸气不能放热液化。
简单地讲,设法使水蒸气降温就能看到“白气”。上面提到了人们利用干冰升华吸热的办法使环境温度降下来。在喝汽水或者啤酒时,我们用起瓶器打开常温下的汽水瓶盖或者啤酒瓶盖的时候,随着“砰”的一声,会看到从瓶口冒出一股“白气”。这里的“白气”也是水蒸气液化形成的小水珠。不过水蒸气是怎样降温的呢?这是利用气体膨胀对外做功的方式降低温度的。瓶内气压大于瓶外气压,打开瓶盖后,瓶内气体迅速膨胀对外做功,内能减少,温度降低,瓶内的水蒸气液化成了小水珠。形成了“白气”。这也属于冷冒“白气”。
讲了这么多冷冒“白气”的例子。我们能举出一些热冒“白气”的例子吗?例如制造金属工具时,为了增大工具的硬度,可以将烧红的工件放人冷水中进行淬火。此时会发出“吱吱”的声音,并从水面上冒出“白气”。水接触到高温的工件,迅速汽化成水蒸气。由于空气温度较低,水蒸气又遇冷液化成小水珠。形成“白气”。这属于热冒“白气”。
总之,无论是热冒“白气”还是冷冒“白气”,都是水蒸气降温液化形成的。“热冒”和“冷冒”的不同在于液化之前水蒸气的温度不同,前者高于后者。两类“白气”形成的过程从物理本质上讲是相同的。现在我们知道,用“冒出来”的说法描述“白气”的产生,从物理的角度上讲并不是十分恰当的。
首先要弄明白“白气”是什么?“白气”不是气,而是由大量的小水珠组成的。“白气”是由空气中的水蒸气液化而形成的。小刚和小华观察到了两类“白气”现象。一类是热的物体冒“白气”,不妨叫做热冒“白气”:另一类是冷的物体冒“白气”,不妨叫做冷冒“白气”。究竟在什么情况下可以看到“白气”呢?热冒“白气”和冷冒“白气”有什么不同吗?
既然“白气”的形成是水蒸气的液化,那就需要满足液化的条件。同学们知道降低温度可以使气体液化,那么怎样使水蒸气降温呢?
以烧开水的热冒“白气”和夏天冰棍的冷冒“白气”来分析,水沸腾时,壶里的水汽化成水蒸气,水蒸气冒出壶嘴。水蒸气的温度比环境温度高,遇冷放热。温度降低。液化成小水珠,形成了“白气”。组成这“白气”的小水珠其实是水壶里的水先汽化后又液化形成的。炎热的夏天看到冰棍会冒“白气”。组成这“白气”的小水珠不是来源于冰棍。而是来源于冰棍周围含有水蒸气的空气。因为冰棍的温度比环境温度低,在冰棍附近的空气中的水蒸气遇冷放热,温度降低,液化成许多小水珠形成了“白气”,看上去就像冰棍在“冒白气”。其实,这“白气”并不是冰棍“冒”出来的。
上面的分析使我们认识到,产生“白气”可以有两种途径。第一种途径是降低水蒸气的温度使其液化,这便是热冒“白气”。第二种途径是降低环境温度,使环境中的水蒸气遇冷液化,这便是冷冒“白气”。
自然界中有一种天气现象——雾。就是大规模“白气”形成的(图3)。通常雾的主要成分是小水珠,空气中的水蒸气降温液化附着在浮尘上形成了雾。雾的形成,和冰棍周围出现“白气”的形成有着相同的道理,属于冷冒“白气”。
能不能用人工的方法制造出“雾”呢?我们常常见到雾的形成是通过热辐射降温的途径给空气中的水蒸气提供了低温的环境。使其降温液化。如果能想办法给空气在较大范围降温,我们就能制造出人工“雾”。舞台上常用喷撒干冰的方法制造“白雾”以渲染气氛(图4)。人们在舞台上喷撒干冰,干冰升华成气态二氧化碳的过程需要从周围的空气吸热。使周围环境温度降低。空气中的水蒸气遇冷放热,液化成小水珠,形成“白雾”。这属于冷冒“白气”。
在炎热的夏天把冰箱门打开,看到冰箱里面冒出大量的“白气”。其实这里的“白气”并不是冰箱里冒出的。冰箱门外空气中的水蒸气在冰箱打开时遇冷发生液化,产生了大量小水珠。这属于冷冒“白气”。如果室内空气温度本来就很低,比如在寒冷的冬季,把冰箱门打开,就看不到大量的“白气”了。类似的。在冬天能看见从人口中呼出的“白气”,是因为呼出的气体里有许多热的水蒸气,这些水蒸气遇到冷空气放热,温度降低,液化成小水珠。而夏天不容易看到这种现象,是因为夏天气温高,从人口中呼出的水蒸气不易液化。
有同学可能会问,无论在冬天夏天。水沸腾时我们都能看到“白气”。这是为什么呢?因为无论在夏天还是在冬天,通常情况下水沸腾时汽化产生的水蒸气的温度总要比周围的空气温度高得多。高温水蒸气很容易液化成大量的小水珠,便出现了“白气”。细心的同学还会发现,水壶烧开水时。虽然看到壶嘴喷出“白气”,但是在最靠近壶嘴的地方,反而看不到“白气”。这是因为最靠近壶嘴的地方温度较高,水蒸气不能放热液化。
简单地讲,设法使水蒸气降温就能看到“白气”。上面提到了人们利用干冰升华吸热的办法使环境温度降下来。在喝汽水或者啤酒时,我们用起瓶器打开常温下的汽水瓶盖或者啤酒瓶盖的时候,随着“砰”的一声,会看到从瓶口冒出一股“白气”。这里的“白气”也是水蒸气液化形成的小水珠。不过水蒸气是怎样降温的呢?这是利用气体膨胀对外做功的方式降低温度的。瓶内气压大于瓶外气压,打开瓶盖后,瓶内气体迅速膨胀对外做功,内能减少,温度降低,瓶内的水蒸气液化成了小水珠。形成了“白气”。这也属于冷冒“白气”。
讲了这么多冷冒“白气”的例子。我们能举出一些热冒“白气”的例子吗?例如制造金属工具时,为了增大工具的硬度,可以将烧红的工件放人冷水中进行淬火。此时会发出“吱吱”的声音,并从水面上冒出“白气”。水接触到高温的工件,迅速汽化成水蒸气。由于空气温度较低,水蒸气又遇冷液化成小水珠。形成“白气”。这属于热冒“白气”。
总之,无论是热冒“白气”还是冷冒“白气”,都是水蒸气降温液化形成的。“热冒”和“冷冒”的不同在于液化之前水蒸气的温度不同,前者高于后者。两类“白气”形成的过程从物理本质上讲是相同的。现在我们知道,用“冒出来”的说法描述“白气”的产生,从物理的角度上讲并不是十分恰当的。