爲什麼開水燒到100°就上不去了,換句話說,爲什麼是100度,而不是110度?

A子琿琿Sweet


這個問題容易讓回答者誤解,因為問題可能有兩種問法,第一種:為什麼水會剛好100攝氏度就燒不上去,為什麼剛剛好是100這個整數?第二種:為什麼水沸騰的溫度不能更高?這兩種疑惑我都回答一下。

第一種:為什麼水會剛好100攝氏度就燒不上去,為什麼剛剛好是100這個整數?

因為這是人為規定的,水的沸點在標準大氣壓下100攝氏度沸騰。目前世界上大多數國家使用的都是攝氏度℃,攝氏度℃在1742年第一次被瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯提出,當時他將0攝氏度定義為水的沸點,將100攝氏度定義為水的凝固點。是的,你沒看錯,和現在的定義完全相反。這套規則使用一段時間後,許多科學家感到很不方便,於是就將它顛倒過來,定義為標準大氣壓下,0攝氏度凝固點,100攝氏度沸點,之間間隔了100等分。這完全是人為定義的,如果當時定義為零下100攝氏度凝固點,200攝氏度沸點,這樣也可以,就是個文字遊戲而已,科學本質不會改變。

第二種:水的沸點為什麼不能更高?

水的沸點高低只和氣壓有關,所以在高山上氣壓低,水可能90攝氏度就沸騰了,在高壓鍋中氣壓高,水可能要到110攝氏度才沸騰。

本質上來說,水燒到一定程度燒不上去是因為:水分子是分子晶體,水分子間的相互作用力是範德華力和氫鍵,將水煮沸的過程就是提供能量打破範德華力和氫鍵的過程。

當壓強變大,分子之間的相互作用力會變得更牢固,所以需要更高的溫度才能夠打破,那麼就是壓強越大,水能夠達到的溫度就越高,水的沸點也就越高。


科學薛定諤的貓


其實這是一個誤解,因為攝氏度本來就是根據一個標準大氣壓下水的沸點和結冰溫度定義的,即把結冰的溫度定為零攝氏度,把沸騰溫度定為一百攝氏度,中間進行一百份等分。水這種物質不像玻璃、蠟燭這些物質,水恰好有固定的熔點和沸點的,所以可以用水來對溫度進行定義反過來說,如果選用的是蠟燭,那麼溫度的定義就會變得很不穩定,因為蠟燭等物質不是晶體。

所以認為這是巧合只是因為對定義不清晰罷了,沒什麼奇妙的原因。


看風景的蝸牛君


對這個問題的回答,其實分為兩部分:一,為什麼存在一個現象叫做“氣液相變”;二,為什麼水在一個大氣壓下的氣液相變溫度被設置為了100攝氏度。

一,為什麼會有氣液相變?

氣液相變是一個非常普遍的現象,遠遠不限於水,幾乎任何物質都可以發生(除了那些在變成氣體之前就分解了的物質之外,例如硝酸銨)。

這個現象的基本原因,是能量與熵之間的競爭。熵是什麼?大致而言,熵是對體系無序程度的量度。在給定的溫度、壓強條件下,體系總是傾向於有更低的能量、更高的熵,但這兩個因素常常是矛盾的,所以就出現了取捨。

液體跟氣體相比,分子之間的距離近,相互作用強(在這裡相互作用是吸引的),所以液體的能量低於氣體。但是液體中分子的運動受到其他分子的限制,好比你站在一輛擁擠的公共汽車上,你的運動範圍和姿勢取向都需要考慮到於周圍的人,你肯定很不自在。這就意味著,液體的熵低於氣體。

因此,能量的因素有利於液體,而熵的因素有利於氣體。能量和熵的量綱並不相同,熵乘以溫度是能量的量綱。因此,你真正比較的,一邊是能量,另一邊是熵乘以溫度。

在溫度較低時,能量的因素勝出,所以體系處於液態。在溫度較高時,熵的因素勝出,所以體系處於氣體。兩者剛好相等的時候,就是相變。

在氣液相變的過程中,液體和氣體處於同樣的溫度,即沸點。如果提供更多的熱量,只是使更多的液體變成氣體,不會使液體或氣體的溫度升高。只有當液體完全氣化了,外加的熱量才會使氣體的溫度進一步升高。

二,為什麼水在一個大氣壓下的沸點被設置在了100攝氏度?

因為攝氏溫標就是這麼規定的。水是相當常見的物質,人們把水的凝固點規定為0攝氏度,沸點規定為100攝氏度,然後把溫度計在這個區間內等分為100份,規定水銀每上升一格就是一度。

這其實只是人為的規定而已,並不是大自然的基本常數,因為它取決於壓強。如果外部壓強不是一個大氣壓,好比你在高原上,水的沸點就不是100攝氏度了。

那麼,有沒有可能設計一種更好的溫標呢?可以。水的三相點,即氣態液態固態共存的那個溫度和壓強,就是確定不變的。

水的三相點

在攝氏溫標中,水的三相點溫度是0.01攝氏度。在國際溫標中,規定水的三相點溫度為273.16開爾文,它跟絕對零度之間分成273.16份,每一份就是1開爾文。這個溫標就比攝氏溫標科學得多!


袁嵐峰


用上面的這張水的三相圖來理解這個問題。

在標準大氣壓下(100kPa),假設溫度是-200℃,水呈現的是固態也就是我們所說的冰,並且我們把冰放置在一個容器中對它均勻加熱,來分析一下冰的變化過程。

我們對冰加熱,冰吸熱溫度逐漸升高,當冰溫度達到0℃時,也就是上圖的固態液態分界線時,冰開始融化,此時水以冰水混合物的形式存在,並且只要冰沒有完全融化,冰水混合物的溫度一直保持在0℃。直到某一刻並完全溶化成水後,水繼續吸熱,溫度才開始由0℃繼續上升。

我們繼續在標準大氣壓下對水加熱,當水的溫度達到三相圖中的液態氣態分界線時,水開始沸騰,此時液態的水變為了氣態液態的混合物,水沸騰時內部急劇氣化並大量吸熱,使水的溫度會維持在100℃,直到水全部蒸發完。

過了一定時間水由液態全部變為氣態也就是水蒸氣,繼續對已經變為了氣態的水蒸氣加熱,這時水蒸氣的溫度就會從100℃繼續上升,並且體積開始膨脹。

這就是水在標準大氣壓下從-200℃一直被加熱變為水蒸氣的全過程,我們用橫座標t來表示加熱時間,縱座標T來表示水的溫度,可以得到下面這張圖。

在標準大氣壓下,水的冰點0℃以及沸點100℃決定了它在某一溫度下的形態。燒開水達到100℃,水會急劇氣化成水蒸氣,要使水的溫度繼續上升,就必須等全部氣化變為水蒸氣才能實現,不過這個時候你就不能享用開水了,因為水都氣化了。換句話說這完全是由水的物理性質決定的

那如何才能使水在液態下可以超過100℃?

我們通過最前面的那張水的三相圖可以看到,將壓力線升高,水的沸點會向右移動,也就是說外界壓力越高,水的沸點也越高,所以要得到110℃的水只需對水加壓。比如我們用壓力鍋來燒水,壓力鍋是一個密閉的容器,當水加熱溫度升高,部分水被氣化成水蒸氣,壓力鍋內的壓力隨之就升高,因此水的沸點也就升高,一般壓力鍋可以使水的沸點達到120℃,這也是為什麼用壓力鍋煮食物更容易熟的原因。

相反如果外界壓力低於標準大氣壓,水的沸點就會降低,比如在高原地區水的沸點只能達到80~90℃,因此在高原地區如果沒有壓力鍋的話煮出來的米飯吃起來會夾生,因為那裡水溫達不到100℃。

再比如,壓水堆核電站核反應堆壓力容器內的水壓力可以高達17MPa,相當於170個標準大氣壓,因此這裡面的水的溫度可以達到350℃而不沸騰。下圖為壓水堆堆芯壓力容器。

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熊貓愛飛行


開水燒到100攝氏度就上不去了,為什麼是100攝氏度而不是110攝氏度?主要和其定義有關!

人類最早發現溫度的概念以後,就先定義了0攝氏度,即冰水混合物的溫度就是0攝氏度。同時又定義了100攝氏度的概念——沸水的溫度為100攝氏度!其餘溫度都以這兩個溫度為基準,來進行計算,比如40攝氏度,就是把0攝氏度至100攝氏度劃分成100份,然後40攝氏度就是從0攝氏度加40份以後的溫度。

因此,溫度的概念都是一開始人類根據現實生活中得狀況定義出來的!其實在物理學中有很多物理量都不是絕對的數值,都是人類定義出來的。比如中國古代重量的單位用的斤兩的概念,其實不僅是16進制,不是10進制。而且,其與國際單位制千克的換算,也不是1千克=2市斤。後來,清朝時候,西方列強進入中國。才將西方的國際單位制引入中國,後來為了老百姓方便才改成500克等於1市斤!


地震博士


水燒到100℃(攝氏度)就上不去啦,是因為人為讓它上不去的,就是規定燒開的水為攝氏100度,這個攝氏100℃的條件是在地球上海平面1個標準大氣壓情況下的讀數。這是人為確定的。在這樣的條件下,水的冰點定為0℃,沸水定為100℃,中間將刻度等分,就有了從0℃到1、2、3、4、5……100℃的溫度指數。

溫度指數與海拔高度有著密切關係,從空氣溫度來說,在無熱源無遮護一般情況下,海拔每升高1000米,空氣溫度會降低5℃;沸水的溫度也是隨著海拔的升高而降低沸點。一般來說,海拔高度每上升 300 米,每平方釐米面積上所受到的大氣壓力大約要減少30克,直到3000米的高度基本上都遵循著這個規律。所以水的沸點隨高度降低,海拔每升高300米,沸點降低約1。在0海拔的情況下,沸水溫度是100攝氏度,海拔1000米處水沸點約97℃,3千米處沸點約91℃,在海拔8848米的珠穆朗瑪峰頂,水在72℃就可以沸騰。

既然沸水於海拔和壓力有著對應關係,那麼沸點就不但會降低,也會升高。如果壓力增大的情況下,水的沸點就會升高。低於海平面的地方(如很深的礦井),氣壓高於一個大氣壓,在那裡燒水,水的沸點要升高,據測定,深度增加一公里,水的沸點就提高3℃。 每上升一個大氣壓(101KPa),水的沸點上升大約20℃。水的密度和它的飽和蒸汽密度相等時的狀態,叫做水的臨界狀態。水的臨界壓力值為22.13MPa,水的臨界溫度值為374.15C。沸點升高和壓強增大的關係只有在臨界點以下才會成立,臨界點以上不存在沸點的概念。當水的壓力達到臨界壓力且溫度達到臨界溫度時,水與蒸汽的密度相同了,這時,就分不出水和蒸汽的界限。


時空通訊


其實吧稍微學過物理的人都知道為什麼,如果在密閉空間不斷升溫,最開始零下時水是冰,也就是固體,然後0到一百度是液體,在一百度時繼續加熱,保持空間密閉體積不變,壓力會升高,再繼續加熱一段時間達到一個臨界點就是等離子態。不過我這個實驗的過程需要同時控制溫度和壓力,還要有檢測狀態的傳感器或者其他儀器,一般人做不了,這就是為什麼有錢人比窮人知道的多的原因。最後我想知道我的排骨在高壓鍋裡熟了沒?


奇葩的用戶名


簡單地說,物理學上一個大氣壓下,水沸騰的溫度規定為100度,冰水混合物溫度規定為0度,從100度到0度平均分成100份,相鄰倆份相差1度。這個規定是國際認同的,這種表示溫度叫作攝氏溫度表示法。還有一種叫華氏溫度表示法,相同條件下,水沸騰的溫度就不是100度。


山東靜思通神


假如你叫張三,問你一個非常簡單的問題:“你為什麼叫張三?”

如果你能回答出這個問題的答案,你提出問題的答案也就迎刃而解!你應該會回答:我爸媽給我起的名字,沒有為什麼!

同樣如此,問題中水燒開的溫度是100度(標準大氣壓下,下同)而不是110度,也是人類給定義的,也沒有為什麼!

再簡單瞭解下0度(攝氏度,下同)和100度是怎麼來的,很簡單,人們定義冰水混合物的溫度就是0度,而水燒開的問題就是100度。如果當初人類定義水燒開的溫度是110度,那就是110度!

開水燒到100度不是一定上不去,是可以上去的,給開水加壓就能上去!還有,100度只是水的存在狀態的變化,也就是說液態水最高溫是100度,再繼續升溫是可以的,不過是以水蒸氣的狀態存在!

說白了,這更是一個先後順序或者是因果關係的問題,是人們根據水的不同狀態轉換定義的溫度,100度可看做一個“結果”!就像是一把椅子為什麼叫“椅子”一樣,是先有了“椅子”的存在,然後人們起名叫它“椅子”,而不是相反的過程!


宇宙探索


水之所以燒到100℃就開了,是因為攝氏度的定義就是以冰水混合物溫度為0℃,一個大氣壓下沸騰定為100℃,就這麼簡單。如果你願意,你完全可以把水沸點定為110℃,那時候你會不會問:為什麼沸騰溫度是110℃而不是120℃?總得有個溫度吧!

水的沸點並不是固定的,在1個大氣壓下是100℃,壓力越小,沸點越低,海拔3Km的高原,水的沸點為91℃;海拔6Km的高原,水的沸點為80℃;海拔8844.43Km的珠穆朗瑪峰,水的沸點為72℃;在幾萬米的高空,水的沸點只有11~18℃.在地下300m深的礦井,水的沸點為101℃;地下600m深的礦井,水的沸點為102℃. 高壓鍋裡可以110℃以上。在220個大氣壓下,水的沸點達到374℃,德國科學家在大西洋海底發現熱流最高達到464℃,所以水的沸點根本就不是固定的。


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