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刚从沸水中蒸发出来的高温水蒸气密度较小,能迅速升至蒸笼的顶端,所以蒸笼的最上层温度最高,馒头先熟。
●牙医为病人检查牙齿时,常把一个带把的金属小平面镜在酒精灯的火焰上烤一烤,然后放入病人的口腔中,这样做的主要目的是什么?
用酒精灯火焰烤过的平面镜温度高于口腔内的温度,可有效防止口腔内的水蒸气液化成小水珠附着在镜面上,导致医生看不清牙齿,影响诊断。
●为什么夏天游泳的人刚从河水中上岸,就感到比在水中冷,蹲下身子抱成团时,则觉得比站着暖和些?
夏季的气温较高,而河中的水由于不断地蒸发吸热,因此水温比气温要低。
人刚从水中上岸时,身体表面沾有许多水,这些水会不断蒸发,从人的身体上不断吸热,人就会感到冷。
当人蹲下身子抱成团时,人体表面与空气接触的面积比站立时减小,水的蒸发速度就减慢了,水从身体上吸热的速度也随之减小,故人就会感觉比站立时暖和些了。
●为什么,夏天吃冰棒时,若是刚从冰柜中取出的,很容易和嘴唇粘在一起?
刚出冰柜的冰棒温度在零摄氏度以下,远低于嘴唇的温度,当其与嘴唇接触时,使嘴唇上的少量水分很快放热结冰,与冰棒凝固在一起,便粘住了嘴唇。
●为什么,寒冷的冬天经常看见玻璃窗的内壁结有漂亮的冰花,而外壁却没有?
寒冷的冬天,室内外温差很大。
当户外空气低于0℃时,室内玻璃窗附近的水蒸气,遇到温度较低的玻璃将会放热,直接凝华成冰花,附着在玻璃内壁上。
虽然户外空气中也存在着大量的水蒸气,但它的温度跟玻璃的温度相等,不具备凝华的条件,因此冰花出现在玻璃窗的内壁。
●北方人冬天吃冻柿子时,先放在凉水中泡一会,发现柿子的外面结成了一个冰壳。
取出后掰开冰壳,发现里面的柿子都已经熔化了。
这有什么奥秘呢?
当水中含有杂质,如糖水、盐水等,其凝固点不在为0℃而是低很多。
柿子的含糖量很高,冻柿子的温度要低于0℃。
将其用凉水泡一会,水就会把热量传给柿子,从而使柿子的温度升高,而外面的水温将会下降。
又因为柿果液的熔点低于0℃,所以温度还没上升到0℃就会熔化,此时外面的水的温度虽然已降到0℃,但由于其温度仍高于柿子里的温度,故还会继续向柿子传热,这样与柿子表层接触的一层水就会结成冰。
这一过程要持续到柿子的温度上升到0℃为止,这时冻柿子就被一层薄冰包住了。
魔术表演给观众带来神奇的感觉,而一些魔术只是应用了简单的物态变化知识。
在此介绍几个简单的小魔术并加以解析。
●火烧手绢
只见一个表演者让助手用火柴将手中的手绢点燃,并向空中扔去。
这时手绢在空中燃烧着。
待火熄灭后,却见手绢完好如初。
另一表演形式:
把一棉布条,用水淋湿,在中间部分滴上酒精,然后用手拿着布条的两端,使其张开,用蜡烛的火焰烧有酒精的部分。
神奇现象出现了:
在棉布条正对火焰的上方升起了火焰,好像烛焰穿过了布条。
拿下布条一看,棉布条并没有烧焦。
表演前把手绢用水浸湿(使手绢和酒精隔离),再放到酒精中蘸些酒精。
常压下,纯水在沸腾的过程中,温度不会再升高,始终保持100℃,而布的燃烧温度超过100℃。
虽然酒精燃烧了,水被加热到沸点,但是在水的保护下,布不会被烧着,燃烧的只是酒精。
有兴趣者,可以尝试一下这个小魔术,教学时定会增加课堂气氛。
●煤火烧衣
表演者脱下看似白帆布做的工作服上衣,把一个燃烧很旺的火红煤球,放在的衣服上,并把这个煤球用衣服包裹起来。
这时你一定认为衣服将会燃烧起来,但是过了一会,仍无火光出现,打开一看,煤球所烧之处安全无恙!
这是怎么一回事呢?
真的令人费解吗?
其实这件衣服是用石棉做的,看上去跟帆布衣服相似。
由于石棉能耐一千度的高温,所以这件衣服是不会被烧破的。
●油锅捞钱
江湖艺人经常表演,把手伸到沸腾的油锅里,出来的时候,手安然无恙,从中拿出一枚硬币,这便是“油锅捞钱”。
难道表演者的手真的可以耐高温吗?
其实这只是利用了不同物质沸点不同的道理。
江湖艺人的油锅里放的是油和醋,而醋的沸点只有60℃左右,远低于油的沸点。
翻滚的油锅里其实只有醋在沸腾,所以不会烫伤手。
生活、生产、科技与物态变化过程中的吸热
山东省诸城市树一中学 郑焕友隋海英
自然界中的物质在一般情况下以固态、液态或气态三种状态存在,物质的这三种状态在一定的条件下可以相互转化,转化过程中伴随着吸热或放热现象,吸热的物态变化有熔化吸热、汽化吸热、升华吸热。
在生活、生产、科技中物态变化吸热现象有什么应用呢?
一、物质的熔化吸热的应用
向可乐饮料中加冰块会使饮料变得更清凉:
夏天,我们在喝饮料的时候,常会在饮料中放入一些冰块,冰块在熔化时,要吸热,使饮料变的清凉可口。
冰的熔化冷藏:
储存食品时利用冰熔化吸热,使食品降温防止食品腐烂变质。
化雪冷:
俗话说“下雪不冷,化雪冷。
”化雪时发生的物态变化是熔化,冰熔化时吸热,使得气温降低,所以人会感到冷。
建造房屋的保温材料:
现在出现了一种新型的建筑材料,这种材料在温度升高到一定温度时熔化,它熔化时吸收热量,使房间中的温度降低,当温度下降到一定温度时它会凝固,凝固时放出热量,房间内的温度升高,使室温维持在一个适宜的温度。
发射卫星的火箭头部涂了一层特殊的材料,保护火箭:
用来发射卫星的火箭在大气中飞行时,由于火箭头部与空气摩擦使它的头部发热,温度可达几千摄氏度。
在它的头部涂了一层特殊材料,这种材料受热很容易熔化、汽化吸收箭头与空气摩擦产生的热,可以避免火箭因高速运动时与空气作用产生的高温而被毁坏的危险。
另外,高烧病人用冰块降温,夏天吃冰棒解热,冰镇啤酒都是利用冰的熔化吸热。
二、物质的汽化吸热的应用
夏天天热时向地上洒水会感到凉快:
在地上洒了水,蒸发需要吸收热量,水蒸发吸热有降温制冷作用,故天热时向地上洒水会感到凉快。
夏天天热,洗把脸就感到凉快:
洗了脸后,脸上有水分,水蒸发需要吸收热量,水蒸发吸热有降温制冷作用,所以夏天天热,洗把脸就感到凉快。
擦酒精为中暑病人缓解症状:
给中暑病人擦酒精,酒精容易蒸发,蒸发需要吸收热量,蒸发吸热有降温制冷作用,酒精蒸发快,从病人身上带走热量快,使中暑病人缓解症状。
夏天用电风扇吹风感到凉快:
当我们在炎热的夏天使用电风扇的时候,电风扇的工作,加快了室内空气的流动,因而加快人体汗液的蒸发,蒸发需要吸收热量,故人们会感觉到凉爽。
沙漠冰箱:
住在非洲沙漠中的居民,由于没有电,夏天无法用冰箱保鲜食物,当地居民发明了一种沙漠冰箱“罐中罐”。
它是由一个内罐和一个外罐组成,两罐之间填上沙子,使用时将食物和饮料放在内罐中,罐口盖上湿布,然后放在通风干燥的地方,经常在两罐间的沙子中洒些水,由于水蒸发吸热有降温制冷作用,使食物和饮料保持较低的温度,这样就能起到保鲜的作用。
沙漠羊皮袋:
在沙漠里旅行的人,常用一个羊皮袋来装水,由于羊皮袋中的水不断地渗出,然后蒸发,蒸发吸热有降温制冷作用,使袋中的水温度较低,虽然气温较高,但是水喝起来清凉可口。
夏天食物放在水缸中防变质:
夏天,没有冰箱的农村家庭,为了防止饭菜变质,常把饭菜放入菜盆,再把菜盆放入水缸中,让菜盆浮在水面上。
由于水缸中的水不断蒸发吸热,使水缸内的温度降低,从而使饭菜的温度降低,不致于使饭菜变质。
手术麻醉:
医学上有一种麻醉剂叫氯乙烷,它是一种透明、沸点为13.10°
C的液体,使用时,将容器口对准需手术部位喷出,喷出的四氯乙烷迅速汽化吸热降温使需手术部位冷冻,使需手术部位麻醉,从而进行手术。
冰箱制冷:
目前常用的电冰箱利用一种制冷剂作为热的搬运工,把冰箱内的热搬运至冰箱的外面,制冷剂是一种既容易汽化又容易液化的物质,汽化时它吸热,就如搬运工把包裹扛上了肩,液化时它放热,就如搬运工把包裹卸了下来。
工作时,制冷剂经过一段很细的毛细管(冷凝器)缓慢地进入冰箱内冷冻的管子(蒸发器),在这里进行迅速汽化吸热,使冰箱内温度降低。
生成的蒸气又被电动压缩机抽走,压入冷凝器,再次液化并把从冰箱内带来的热通过冰箱壁上的管子放出,制冷剂这样循环流动,冰箱内冷冻室里就可以保持相当低的温度。
空调的制冷也是这个道理。
热棒:
2006年7月1日,青藏铁路全线贯通。
铁路要通过“千年冻土”区,“冻土”区路基在温度过高时会变得松软不牢固。
为解决“冻土”难题,保证路基的稳定性,采取了防护措施,铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2米的铁棒(如图所示),我们叫它热棒。
热棒在路基下还埋有5米深,整个棒体是中空的,里面灌有液氨。
装在热棒下端的液态氨在温度升高时会汽化,从路基内部吸热,使路基温度降低,路基的温度保持在一个较低的温度,不致于使路基变得松软不牢固。
热管:
热管是20世纪80年代研制出来的一种导热本领非常强大的装置。
热管是一根两端封闭的金属管,管的内壁衬了一层多孔的材料,叫做吸收芯,吸收芯中充有酒精或其他易汽化的液体,当管的一端受热时,热端吸收芯中的液体受热汽化变成气体,气体沿内管运动到另一端(冷端)。
而冷端由于未受热,温度低,气体就会因放热而液化,被冷凝的液体又被吸收芯吸附,通过毛细作用又回到热端。
如此循环,热管的热量就不断地从一端输送到另一端。
发射火箭保护发射架:
如图所示,2005年10月12日,“神舟六号”载人飞船成功发射。
为了保护发射台的铁架不被火箭向下喷射的高温火焰所熔化,工作人员在台底建造了一个大水池。
当高温火焰喷到水中时,水池中的水迅速发生汽化,水汽化时吸收了大量的热,不致于使发射台的铁架温度升的很高而熔化,从而保护了发射架。
三、物质的升华吸热的应用
干冰冷藏食品:
运输食品时利用干冰升华吸热降温来防止食品腐烂变质。
舞台烟雾效果:
在文娱演出时,舞台上往往要用弥漫的白雾给人以若隐若现的舞台效果,这种烟雾是由于向空气中喷撒干冰(固态二氧化碳),干冰升华时吸热,使气温迅速下降,空气中的水蒸气有的液化成小水滴,形成白雾,有的凝华成小冰晶,形成白烟,这样就造成了舞台上的云雾效果。
人工降雨:
人们利用干冰升华吸热的特点进行人工降雨。
当干冰进入冷空气层,会很快升华,在升华过程中将吸收大量的热量,使冷空气层的气温急剧下降,这时高空中的水蒸气就会变成小冰晶,小冰晶逐渐变大后下落,在下落过程中遇到暖气流就会熔化而形成雨。
固态二氧化碳可以直接升华为气态的二氧化碳,同时吸收大量的热,还没有残留物。
利用这个特点,可以用在医学科研上,现代医学上有一种“冷冻疗法”,即把干冰放在部分组织(如疣子)上,利用干冰升华吸热迅速降温冷冻,使其组织坏死,达到不用“动刀”而治愈的目的。
总之,物态变化过程中的吸热过程在生活、生产、科技中得到了广泛的应用,这些应用对提高我们的生活质量、提高生产、科技水平起到了重要的作用。
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