一個鐵球裡面裝水,是密封的,水的沸點是100度,這個鐵球能燒超過100°嗎?

麟詠譚愛我

當然可以超過100度,這個答案是肯定的。

你可以看看高壓鍋,就會知道你提的這個問題相當於在問高壓鍋原理是什麼。

鐵球裡面裝滿水,密封起來以後,當我們用火燒這個鐵球,鐵球內部的水會蒸發形成水蒸氣。在這個過程中,水蒸氣不斷產生會導致鐵球內部的氣壓增加,隨著氣壓的增加,當氣壓超過一個標準大氣壓的時候,水的沸點就很容易超過100度,這就是高壓鍋的原理。

在生活中,大家可能注意到了,高壓鍋燒出來的骨頭湯更酥軟,這就是因為高壓鍋裡面的氣壓比一個大氣壓要高,燒的時間長了以後,高壓鍋裡面的水的溫度超過了100度,骨頭吸收的熱量更多,所以骨頭更加酥軟。

在你提的問題中,你假設鐵球不會爆炸,那麼只要你一直在燒火,鐵球內部的溫度會不斷上升,上升的過程中,鐵球內部水的溫度也會從超過100度,可能達到110度,或者120度……這個過程在什麼時候會停下來?一種可能是鐵球被燒融化了,另外一種可能就是鐵球爆炸了。還有一種可能是如果水比較少,那麼當水全部被燒得變成水蒸氣以後,水蒸氣的溫度會變得遠遠高於100度。所以我們在燒米飯的時候,當我們打開鍋蓋去盛飯的時候,要格外小心,因為一開始冒出來的水蒸氣的溫度是高於100度的,更容易把人燙傷。

在這裡我們需要掌握的物理學的知識點就是:氣壓越高,水的沸點就越高。反過來說就是:氣壓越低,水的沸點就越低。因此如果你去西藏,那裡是高原,氣壓比一個標準大氣壓低,你最好用高壓鍋燒飯,才更容易熟。


作家張軒中

這一模型和核電站一回路模型很相似,只不過核電站一回路是內部發熱,加熱裡面的水,而本問題是使用外源來加熱。

一回路是核電站的核心,其邊界由反應堆壓力容器,一回路主管道,主泵,穩壓器以及蒸汽發生器的一次側組成,堆芯壓力容器內有核燃料,就是整個核電站機組的熱點來源。

一回路啟動加熱的過程就是個密閉容器加熱的過程。溫度達到熱態在280攝氏度以上,所以100攝氏度沒有問題的。



一心想研究核物理為國家國防事業做貢獻,年少無知的我報了核物理專業,現在沒能為國家國防事業做貢獻,如你的話說在燒鐵球,只不過用的是核能。

當鐵球被充滿水的狀態下,一直加熱,隨著溫度的升高,水中氣體溶解度會下降析出,水也會膨脹,但是由於受到鐵球壁的束縛,壓力會一直升高,水即使達到100攝氏度也不會沸騰,100攝氏度是標準大氣壓下水的沸點,根據熱工水力知識,水能以液態存在的最高溫度是374.15,此時的壓力當壓力達到225個大氣壓,也就是22.13兆帕,這個溫度被稱為臨界溫度,這時即使壓力再大,沸點也不能再高了。因為此時飽和蒸汽和飽和水的比重相同,兩種狀態沒有任何區別了。如果鐵球裡面水沒有裝滿,且強度足夠大,蒸發全部變為蒸汽後,溫度會繼續上升變成過熱蒸汽,此時蒸汽性質和氣體完全一樣了。繼續加熱會突破外殼鐵球的強度。



核電站目前壓力一般為15.7兆帕左右,對應的飽和溫度是346攝氏度,一回路冷卻劑溫度320攝氏度,過冷度大約26度,防止一回路發生沸騰影響向二回路傳熱。

五月21號

很容易的,這裡我們姑且認為所給條件是鐵球機械強度無限,要求球內存在液態水並且水溫超過100攝氏度。

這時候就要請出水的三相圖了,它依據實際實驗結果繪製,表明了在各種溫度壓強條件下能夠穩定存在的水的狀態。

那麼我們看這幅圖,圖中綠色部分代表液態水能夠穩定存在的區域。綠色部分向左傾斜的左邊界代表了水在不同壓強下的冰點,大概在200Mpa以下水結冰會體積膨脹,因此隨壓強增大熔點降低。而在更高的壓強下穩定的固態冰體積比液態水小,因此熔點隨壓強增加,體現為上邊界的傾斜上升。

而對這個問題更有意義的是水的沸點變化,這取決於綠色液態水區域的下邊界。當壓強增加時,水更難蒸發因而沸點升高,這體現為下邊界向上傾斜。從圖中可知綠色的液態水區域分佈在從218K到647K的廣大範圍,只要氣壓超過一個大氣壓就可以讓液態水的溫度超過100攝氏度(373.15K)並且穩定存在。最極端的情況下,溫度為647.29K(375.85攝氏度)時,只要有超過22.064MPa的壓強水依然可以保持液態。繼續加溫的話,水會變為兼具氣液性質的超臨界流體充滿空間,而不再是純粹的液態水了。這一變化在圖上表現為綠色區域的右邊界。

作為結論,只要密封鐵球的耐壓超過一個大氣壓(101.325kPa),就可以將其中的液態水加熱到超過100攝氏度。這種方法得到的液態水溫度極限在375攝氏度,此時內部壓強最低為22.064MPa。實際上高壓鍋爐等蒸汽設備由於需要產生超過一個大氣壓的高壓蒸汽,內部的液態水溫度通常都是超過常壓下沸點的。一般的高壓鍋內部壓力在兩個大氣壓以下,即使如此也能將水的沸點提高到110攝氏度左右,提高蒸煮食物的效果。


海邊椰子

看著這個問題,腦子裡閃過小學自然課用紙折成的盒子燒開水的試驗。用紙折成盒子狀,盒子盛水在酒精燈上燒,由於熱傳導,紙的熱量傳給水,而自然大氣壓下水的沸點為100℃左右,紙的溫度也不會超過110℃左右。這個溫度低於紙的著火點183℃,所以紙張不會燃燒。而如果紙盒和水的接觸不充分,熱量沒有及時傳導,紙盒也有可能點燃的。

而在這個問題裡,也有類似的思路。

同樣是容器盛水,只不過是用鐵球。如果沒裝水直接用火烤它的話,鐵的熔點高達1535℃,鐵球肯定能超過100℃。但如果裝水呢?一個標準大氣壓情況下100℃時水會沸騰,從而變成水蒸氣,如果不考慮球內壓強的變化,即球內水沸騰的溫度維持在100℃,類似前面說的紙盒燒水的實驗,鐵球內外壁的溫度會有一定的溫度差,從而實現溫度從高的物體傳向低的物體,因此鐵球內壁溫度接近水溫即100℃,而外壁的溫度則要略高,在這個情況下,鐵球也能燒超過100℃。

而在這種情況下,燒的時間足夠長的話水會全部變成水蒸氣,這種情況下氣體會吸收熱量膨脹,沒有了水的限制,鐵球的溫度也就會越來越高。

剛剛我們做了假設,不考慮球內的氣壓變化,這顯然不符合實際情況。如果密封的鐵球比較抽象,可以用高壓鍋作為參考。高壓鍋採用密封圈將鍋蓋和鍋身進行密封,水在鍋內沸騰形成水蒸氣,水蒸氣在密閉的空間越來越多,壓強也就越來越大。而水的沸點與壓強密切相關,壓強超過1個標準大氣壓時,水的沸點也就相應提高。所以在此時,鐵球內的水溫本身已經超過100℃,自然的鐵球也一定會燒超過100℃。


留白說

可以的。

我們需要先了解一下,水在標準大氣壓下,為什麼沸點是100℃?

首先,按照我們平時的認知,水沸騰之時,氣泡急速產生,同時也快速釋放出來。而且氣泡是從水內部產生的,與普通的蒸發不同,蒸發只是水錶面的行為。這些氣泡中包含的不是空氣,而是水蒸氣。所以在一些教科書中,稱沸騰為「劇烈的蒸發」。

我們知道,氣泡要能存在,其內部的壓強,要能夠抵抗外部的壓強,否則氣泡就會縮小。然而按照平時的經驗,在壓縮氣球的時候,其內部壓強也會隨之增加,是否氣泡會縮小到一個平衡點呢?答案是「不會」。因為這裡的情況與氣球不同。氣球在壓縮的時候,內部的氣體總量是不變的。而水中的蒸汽泡卻不然,其中的氣體總量是會變化的,而不變的,則是壓強,即「飽和蒸氣壓」。

當蒸汽壓強高於飽和蒸氣壓的時候,蒸汽就會冷凝,重新變為液態水。低於飽和蒸氣壓的時候,則會蒸發。故在總體上,總能保持穩定的壓強。

所以回到開始的問題,水被加熱的時候,要保持一個穩定的溫度,就需要快速、大量地散熱,就必須要能產生可以上浮的氣泡,進而氣泡中的飽和蒸氣壓就必須要能抵抗大氣壓。實驗表明,在100攝氏度的時候,水的飽和蒸汽壓等於標準大氣壓,這個時候,水就會大量地產生氣泡散熱,即「沸騰」。

如若在鐵球之中,則不一樣。假設其中一開始沒有摻入空氣,那麼水的壓力則完全是球壁提供的,可以想象,其能提供的壓強非常高,而水也總是無法有效地散熱,也就完全能夠達到很高的溫度。


章彥博

前提說了,鐵球不會爆炸,水不會蒸發,再說水的沸點問題,水的沸點只有在一個標準大氣壓下沸點才是100攝氏度,隨著壓力增大,水的沸點會隨之變化。

題中密閉空間裝滿水,之後加熱,水受熱會膨脹,而無膨脹空間,就會變成水的內壓,4攝氏度以上,水的密度隨著溫度增加而降低,可以理解為隨著溫度增加水的體積一直再變大,可現實空間固定,無論你怎麼加熱,水的體積都沒有變大,這樣加熱下去水會一直處在過熱水狀態,並不會生成水蒸氣,只有提供空間讓過熱水把能量釋放出來才會形成汽水飽和狀態。

過熱水一直加熱下去,壓力及溫度會急劇增大,水分子越來越活躍,運動越來越劇烈,當達到足夠的壓力和溫度,水分子會變得不穩定,電離化就會發生,發展下去,空間裡最後完全沒有水了,而變成原子在空間內劇烈運動,繼續加熱加壓,原子也變得不穩定,電子與質子結合形成中子,整個空間形成塌陷,壓力消失,空間內物質全部塌陷成中子,空間壓力接近真空,也就是負的大氣壓。再進行加熱不會對空間產生任何影響,因為真空不在導熱

以上只是針對命題進行假設,現實中這樣的鐵球並無法實現


清泉水34

答:當然會的超過100℃,因為裡面壓力在增加,所以水的沸點會跟著增大,高壓鍋就是利用這個原理製成的。


如果這樣的話,這個問題就太簡單了,我來擴充以下,題目改為:一個裝滿水的密封鐵球,初始壓力常壓,然後我們給鐵球無限加熱,裡面的水會發生什麼變化呢?





有人說,裝滿水的鐵球如何密封啊?

這還不簡單,一個內空鐵球,留一個針眼小孔,然後用中空針管把水注入,再焊死這個孔就行,一切就緒,我們開始對鐵球加熱。


1、剛開始就是一個“高壓鍋”嘛,因為體積限制了水的蒸發,所以水只能以增加壓力的方式,來增加內能,溫度也會越來越高。





2、加熱幾分鐘後,水溫到了100℃,那麼超過100℃後,水會蒸發嗎?

這時候,我們需要把水的三相圖(橫座標溫度,縱座標壓力)拿出來。



是不是有點複雜,不要緊,聽我分析就行!

隨著溫度繼續增加,部分液態水的蒸發使得壓力增加,然後壓力增加又反過來,使得這部分水蒸汽冷凝成液態水,這是一個動態的過程,最終結果是壓力隨著溫度的增加而增加。


3、因為我們限制了裡面的體積,所以隨著溫度的增加,壓力會越來越大,內部的動態平衡也會越來越劇烈,圖中本應還有條等密度線(專業名稱叫做比體積)。



嚴格地說,鐵球內部的變化過程是沿著等密度線的,但是飽和蒸氣線附近的密度變化不大,加上鐵球也會熱脹冷縮,所以圖中的藍線,我們就可近似地看作變化曲線。

藍線就是氣液分界線,每一個溫度對應一個壓力,然後裡面的水沿著箭頭一直爬啊爬。


4、直到達到臨界溫度Tc=374.2℃。



這叫做水的臨界溫度,一旦超過這個溫度,水就變成了超臨界水,此時壓力是22MPa(220個大氣壓),此後無論壓力如何增加,都不會使水變成液態水,因為這時候的水已經沒有液態和氣態的區別了,所以叫做超臨界水。



5、假如我們還繼續給鐵球加熱,那麼裡面的超臨界水,就會沿著等比體積線上升,壓力也繼續增長。直到鐵球支撐不住壓力爆炸,或者鐵球融化為止(鐵的熔點1535℃)。




以上就是對裝滿水的鐵球加熱,做的定性分析,有點類似火電廠的超臨界機組中,水蒸氣的經歷過程!



艾伯史密斯

首先告訴你答案,這個鐵球能燒到他自己熔化掉的熔點——1538攝氏度。熔點1538℃、沸點2750℃,能溶於強酸和中強酸,不溶於水。而且從0攝氏度到1538攝氏度的過程中,鐵和水還會發生劇烈的化學反應: 3Fe+4H2O= 條件(高溫)=Fe3O4+4H2 ;這是一個可逆反應,氫氣在高溫下還會不斷的還原四氧化三鐵。在高溫下,鐵和水反應生成四氧化三鐵(磁鐵)和氫氣。如果水不夠多,那麼在燒熔化前,球內剩下的是氫氣和水的混合物。我們假設鐵球不會炸裂,而且水足量,不會被反應完。

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嘟嘟讀讀

一個鐵球裡面裝水,是密封的,水的沸點是100度,這個鐵球能燒超過100°嗎?

答:首先肯定在前提條件鐵球不會炸裂,水不會蒸發的情況下,裝滿水的鐵球溫度是能超過100℃的。

我們都知道在一個大氣壓水的沸點是100℃,水能加熱到的最高溫度就是100℃。那麼水在一個大氣壓下水溫最高只能達到100℃的原因是水在100℃時就開始劇烈的相變,俗話講就是水開始沸騰,當然這個時候水不是不吸收熱量了,而是水吸收熱量後是完成蒸發而不是升溫。

根據假設在裝滿水的鐵球中水不會蒸發、鐵球不會炸裂,但水任然會存在熱脹冷縮,在不斷升溫的過程中水的壓力會不斷升高,水會一直處於未飽和狀態。

請出水的壓力和飽和溫度的曲線圖,我們可以看到水存在一個臨界溫度,當水溫超過374℃、壓力超過22.13Mpa,水的密度將與蒸汽的密度相同,這就分不出水和蒸汽的界限了,水在不需要氣化吸熱的情況下就形成了飽和蒸汽,其實嚴格來講在臨界狀態下的水是處於液態、氣態、固態意外的第四個狀態。

水在4℃時密度最小為1*10³kg/m³、水在100℃時密度為0.95*10³kg/m³,假設鐵球是在4℃、一個大氣壓的情況下裝有1kg的水開始加熱,當溫度到100℃時水的密度變小,對應鐵球內的壓力就會升高(而且水的分子結構是很難被壓縮的),在壓力升高後水對應的飽和溫度也會升高,所以在這樣的情況水不會出現蒸發的現象,直到水達到臨界壓力、水溫達到臨界溫度後水直接處於臨界狀態下,壓力將不在升高,但水可以繼續被加熱,水溫可以繼續升高。


鳳棲夕陽

對於這個問題,從一般的物理上講,我們都知道都知道大氣壓強越大,水的沸點越高。青藏高原用非高壓鍋煮飯是煮不熟的就是一個例證,講的是由於當地大氣壓低水的沸點低。其實這對於一個一定厚度的鐵容器裝水也一樣,在一定內外壓強差下受鐵容器自身強度的支撐,只要不超過應力值極限鐵球是不會炸的,而且即算在裝水之前是絕對真空且水沒裝滿,由於水在常溫下也會氣化,實際在注入水後就會產生一個壓力環境那麼水就會有一個沸點。加熱容器水沸騰氣化,內部壓力增大,沸點上升而這個時候水分子內能增大,溫度上升,只要達到一個大氣壓以上水溫一般就會超過100℃自然也就達到題目要求。至於詳細的水變化情況,如是先達到一個大氣壓水再達到100℃還是水達到100℃再達到一個大氣壓也就不分析了。 這裡改變一個條件,絕對真空下,如果用一個浮空的不會開裂的絕對的容器(就是不考慮容器材質熔點和極限應力)密封裝水,不裝滿水,然後一直加熱容器,若水不分解,容器體會不會一直升溫。 先簡單分析一下,一個絕對容器在外界條件下加熱,不存在熱傳導與傳遞,也就是說,沒有了物質媒介,從能量守恆上來講是會升溫。下面先把裝有水的絕對容器稱為絕對體吧。



根據我們一般生活中的經驗,剛開始絕對體傳入的能量變成其內能,也就是能量增加,但是不是就真會就是這樣呢。實際上任何物體都存在輻射,就意味著有能的傳出。也就是說絕對體會存在能的傳入和傳出。讓我們聯繫一下我們平時生活中使用的白熾燈,我們知道同一個白熾燈,輸入電壓越大,功率越大,白熾燈燈絲溫度越高,亮度也就越大,而光也是一種輻射。也就是說溫度越大輻射越強 。我們也知道功率不變,白熾燈燈絲溫度是趨於穩定的。那麼,給容器體傳入的能速率不變,應該來說容器體最後會達到一個穩定的溫度值。總的來說,輻射的速率會與變化後的金屬球的各種性質(主要還是溫度)有關,溫度越高,輻射越大。所以,會不會升溫還要看能的傳入速率與變化後容器體各種性質所對應的輻射速率。我們發現大自然總是存在一些現象,使得許多東西處在一個“調和”狀態。既然輻射速率與容器體內能有關,那麼如果一直加快能的傳入,最後是不是有一個輻射速率的驟增來影響容器體的內能增加,也就難以分析了,自行理解吧。可以給一個思路,空氣稀薄的外太空,太陽每天都在進行著氫氦原子的核聚變,產生大量的能量,但太陽總體溫度變化幅度很小,要注意溫度變化很小意味著核聚變速度平穩,而不是一下子裂變完,像指數爆發,那麼是什麼操縱著這個有條不紊的過程呢(裂變性質?溫度?環境?或者太陽溫度和裂變性質相互影響?似乎溫度影響裂變性質更行得通)。而“目前人類所能利用的和已知發現的單位物體釋放的能最多和速率最大就是聚變”(應該是這樣),問題給出的條件是受實際限制的,連太陽聚變物受限於實際也不能很快都聚變完成,而且即算都瞬間聚變完成,也無法提供一個無窮大速率的傳入能。此外還受其他因素影響,是不是當溫度達到一定,容器體會存在一個輻射速率的驟變,也無法從現實現象中獲得解答(似乎在現有條件下也沒有發現),如果真存在這種物理現象,在絕對條件下,容器體一直升溫就不那麼容易了。 此外在這個過程中還會存在一些現象,升溫後,受金屬球內腔體積和水分子數量影響會存在一個氣態分子和液態分子比例的變化,到一定溫度下只剩下氣態分子,如果剛開始注入的水佔空腔比例很大,那麼這個溫度會很高。這些都會影響容器體的變化,但不是主要過程的考慮,因為金屬球不會炸裂,可以一直視為一個整體,而且水分子的輻射與吸能本質上和其他物質相同,只是水分子的狀態變化會對整體變化產生影響。 當然實際上如果出現極高的溫度可能會產生很多不可思議的物理現象,如電與磁。另外高溫也會造成分子物質的分解,我又考慮了一下極大溫度下輻射速率的驟變可能對應的是物質的崩解,也就是說這種理想在“理論”上不存在的。 以上有些是我想的,不知道對不對,權當一個觀點的分享吧,不要相信就好了。我也主要是想嘗試一下問答,可以見怪但不要鄙視,哈。


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