漫话液体汽化的条件

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  众所周知,液态变成气态叫做汽化;汽化有两种方式:蒸发和沸腾;蒸发和沸腾都是“吸热”的物态变化过程。这似乎没啥可说的,但事实并非如此!现借贵刊一角,漫话如下浅见,愿以此跟同行们交流与研讨,并期望能够得到各位师长指教。
   1.蒸发——只在液体表面发生的缓慢的汽化现象
  我们认为,蒸发有两个常见问题值得探讨:
  ⑴蒸发到底是吸热还是放热的
  先来研读人教版义教本里的一段课文:“人们在盛暑天气大汗淋漓,是靠汗液蒸发吸热,保持体温不致升高;而没有汗腺的狗,酷暑时不能靠身体出汗来散热,只得伸长舌头,大口大口喘气,靠加快呼吸,增加水分的蒸发量来散热”。不难看出:前面的“靠汗液蒸发吸热”、跟后面的“靠身体出汗来散热”或“增加水分的蒸发量来散热”等说法,是互相矛盾的!而人体从汗毛孔渗出来的汙液、跟狗口腔里含舌头上流出来的水分,均为体内的液体、是没有本质区别的。现行人教版课文里虽然删掉了上述内容,但“蒸发吸热”仍写在各种版本教材里。由此可见,弄清蒸发到底是吸热还是散热的很有必要。
  必须明确:汽化到底是吸热还是放热的,是指汽化的液体跟被接触物体之间而言的、蒸发也不例外!众所周知:蒸发是在任何温度下都能在液体表面上发生的汽化现象。用分子动理论的知识来解释是:在液体表面的上,总会有一些动能较大的分子(敬请注意!蒸发出去的动能较大的液体分子,不是因为它吸收了液体的热量以后动能才变大了),能够克服液面其它分子对它的吸引作用而脱离液面跑到空气里。根据热传递的规律可知:当液体温度高于环境温度时,液体不能从被接物体吸热,那么蒸发对外就是散热的!当液体温度等于或低于环境温度时,由于液体中动能较大的分子都陆续地蒸发了,剩下液体分子的平均动能就越来越小,而温度又是分子平均动能的标志,所以蒸发的结果会使液体的温度逐渐降低,它跟接触物体之间便产生了“吸热”的热传递的条件。因此,在某种意义上说:吸热不是蒸发所必需具有的条件、而是蒸发产生的结果!因此不能笼统地说“蒸发是吸热的”等。反之,如果“吸热是蒸发的必备条件”,那么蒸发就不能是“在任何温度下都能发生的”汽化现象了。仅举1个实例:桌面上有一杯热水,热水不断地蒸发并立即液化(冒“白气),从热传递的条件来看,这杯热水的蒸发就是不断散热的!顺便新解一道常见题:“夏天扇扇子并不能降低气温,但是觉得凉快,这是为什么”?原答案是:“增大气流速度,使汗液蒸发加快,蒸发吸热,皮肤表面热量被吸收、温度降低,人会觉得凉快”。笔者认为正确的解释应为:在通常条件下,人体的体温要比空气温度高!根据热传递的规律和影响同种液体蒸发快慢的因素等可知:扇扇子能加快气流速度、使汗液蒸发加快,皮肤表面的热量被汗液“带走”散失到空气里,皮肤表面的温度因此要降低,人才会觉得凉快。另外,由于人的体温要高于空气温度,扇扇子会加快空气跟人体表面直接接触吸热。因此可以简述为:“扇扇子的主要作用,就是持续地将低于人体温度的空气扇到人体表面,不断地驱走或替換、已经携带人体表面热量的汗液蒸气和空气”。
   ⑵影响蒸发快慢的因素:大量实验事实能够证明:液体的蒸发快慢首先跟液体的种类有关!同种液体的蒸发快慢,才跟液体的温度、液体表面积的大小和液面上方的气流速度有关。生活经验又会告诉我们:水的蒸发快慢還跟空气的湿度或跟空气里水蒸气的浓度有关(不要提“饱和水汽压”。以上浅见我们曾经得到北京海淀区教师进修学校的苏明义先生指教,在此向他致谢)。
  2.沸腾——在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象
  沸腾也有两个常见问题值得探讨:
  ⑴沸腾“是在一定温度下”才能发生的汽化现象吗?温度不断地变化能否还发生沸腾现象?
  ⑵液体沸腾的条件“是吸热升温到沸点、并且持续吸热”吗?不吸热还能否发生沸腾现象?
  还是用事实来说话吧!数十年实验表明:在大连地区使用50ml玻璃注射器,能使80℃以上的热水多次“低压沸腾”、直到瓶内水温低于50℃时为止!这是不断地对热水上方密闭的气体“抽气做功”、也能够创造又一个使热水沸腾条件的有力证据。所以“沸腾的条件”,并非一定是液体“吸热升温到沸点、并且持续吸热”!对热水上方的密闭气体、持续地抽气做功也能实现其沸腾。 由此可知:使水持续沸腾的条件有二:一是把水“加热到沸点后继续对水加热”,二是“对热水上方的密闭气体、持续地抽气做功”、也能使热水继续沸腾一段时间。而且,并非“在一定温度下、在热水温度不渐降低时也能发生沸腾现象”。
  综上所述,不提“在通常条件下”,只讲“蒸发和沸腾都是吸热过程”等常见说法,均不是科学用语(这决不是小题大做,而是严肃认真的科学态度)!
  附注:学生用的“低压沸腾”实验器材,可派专人到医院、亲自收集刚用过的20~50ml一次性有胶塞的大塑料注射器:从护士手中接收注射器、扔掉针头,拉出推管后投进消毒水中浸泡一天,然后要用自来水反复冲洗,确保无病菌或残留药液后,再凉干供学生实验使用。要选用瓶壁薄而均匀、无色透明、有胶盖的玻璃药瓶,如高约56.5mm、外径约29.5mm替卡西林——克拉维酸钾 3.2g特美汀药瓶等,药瓶的消毒处理方法同上。给胶盖打孔时,胶盖的凹窝要冲下平放在软质木板上、胶盖的平顶要朝上,用最小号打孔器对准胶盖中心的小圆圈,垂直用力下压,先使胶盖形变、变薄,这样打出来的胶孔成锥体形、最小直径约2mm。实验时,借助小塑料漏斗,从保温瓶里向药瓶内倒进多半瓶课前刚烧开的热水,盖上打孔的胶盖后,立即把注射器前端的乳头(勿带针头)直接插进胶盖孔里抽气,实验效果甚佳。使用上述注射器连续抽气,能使瓶内70℃以上的热水多次显示出“低压沸腾”现象。教师则用密封性能比塑料注射器好的、50ml玻璃注射器快速持续地抽气,当瓶内的热水不再沸腾时、再立即让学生使用温度计测量,在大连地区的瓶内气体和水温将会低于50℃!以上谬误难免,敬请各位师长斧正。
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