为什么开水烧到100°就上不去了,换句话说,为什么是100度,而不是110度?

A子珲珲Sweet


这个问题容易让回答者误解,因为问题可能有两种问法,第一种:为什么水会刚好100摄氏度就烧不上去,为什么刚刚好是100这个整数?第二种:为什么水沸腾的温度不能更高?这两种疑惑我都回答一下。

第一种:为什么水会刚好100摄氏度就烧不上去,为什么刚刚好是100这个整数?

因为这是人为规定的,水的沸点在标准大气压下100摄氏度沸腾。目前世界上大多数国家使用的都是摄氏度℃,摄氏度℃在1742年第一次被瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯提出,当时他将0摄氏度定义为水的沸点,将100摄氏度定义为水的凝固点。是的,你没看错,和现在的定义完全相反。这套规则使用一段时间后,许多科学家感到很不方便,于是就将它颠倒过来,定义为标准大气压下,0摄氏度凝固点,100摄氏度沸点,之间间隔了100等分。这完全是人为定义的,如果当时定义为零下100摄氏度凝固点,200摄氏度沸点,这样也可以,就是个文字游戏而已,科学本质不会改变。

第二种:水的沸点为什么不能更高?

水的沸点高低只和气压有关,所以在高山上气压低,水可能90摄氏度就沸腾了,在高压锅中气压高,水可能要到110摄氏度才沸腾。

本质上来说,水烧到一定程度烧不上去是因为:水分子是分子晶体,水分子间的相互作用力是范德华力和氢键,将水煮沸的过程就是提供能量打破范德华力和氢键的过程。

当压强变大,分子之间的相互作用力会变得更牢固,所以需要更高的温度才能够打破,那么就是压强越大,水能够达到的温度就越高,水的沸点也就越高。


科学薛定谔的猫


其实这是一个误解,因为摄氏度本来就是根据一个标准大气压下水的沸点和结冰温度定义的,即把结冰的温度定为零摄氏度,把沸腾温度定为一百摄氏度,中间进行一百份等分。水这种物质不像玻璃、蜡烛这些物质,水恰好有固定的熔点和沸点的,所以可以用水来对温度进行定义反过来说,如果选用的是蜡烛,那么温度的定义就会变得很不稳定,因为蜡烛等物质不是晶体。

所以认为这是巧合只是因为对定义不清晰罢了,没什么奇妙的原因。


看风景的蜗牛君


对这个问题的回答,其实分为两部分:一,为什么存在一个现象叫做“气液相变”;二,为什么水在一个大气压下的气液相变温度被设置为了100摄氏度。

一,为什么会有气液相变?

气液相变是一个非常普遍的现象,远远不限于水,几乎任何物质都可以发生(除了那些在变成气体之前就分解了的物质之外,例如硝酸铵)。

这个现象的基本原因,是能量与熵之间的竞争。熵是什么?大致而言,熵是对体系无序程度的量度。在给定的温度、压强条件下,体系总是倾向于有更低的能量、更高的熵,但这两个因素常常是矛盾的,所以就出现了取舍。

液体跟气体相比,分子之间的距离近,相互作用强(在这里相互作用是吸引的),所以液体的能量低于气体。但是液体中分子的运动受到其他分子的限制,好比你站在一辆拥挤的公共汽车上,你的运动范围和姿势取向都需要考虑到于周围的人,你肯定很不自在。这就意味着,液体的熵低于气体。

因此,能量的因素有利于液体,而熵的因素有利于气体。能量和熵的量纲并不相同,熵乘以温度是能量的量纲。因此,你真正比较的,一边是能量,另一边是熵乘以温度。

在温度较低时,能量的因素胜出,所以体系处于液态。在温度较高时,熵的因素胜出,所以体系处于气体。两者刚好相等的时候,就是相变。

在气液相变的过程中,液体和气体处于同样的温度,即沸点。如果提供更多的热量,只是使更多的液体变成气体,不会使液体或气体的温度升高。只有当液体完全气化了,外加的热量才会使气体的温度进一步升高。

二,为什么水在一个大气压下的沸点被设置在了100摄氏度?

因为摄氏温标就是这么规定的。水是相当常见的物质,人们把水的凝固点规定为0摄氏度,沸点规定为100摄氏度,然后把温度计在这个区间内等分为100份,规定水银每上升一格就是一度。

这其实只是人为的规定而已,并不是大自然的基本常数,因为它取决于压强。如果外部压强不是一个大气压,好比你在高原上,水的沸点就不是100摄氏度了。

那么,有没有可能设计一种更好的温标呢?可以。水的三相点,即气态液态固态共存的那个温度和压强,就是确定不变的。

水的三相点

在摄氏温标中,水的三相点温度是0.01摄氏度。在国际温标中,规定水的三相点温度为273.16开尔文,它跟绝对零度之间分成273.16份,每一份就是1开尔文。这个温标就比摄氏温标科学得多!


袁岚峰


用上面的这张水的三相图来理解这个问题。

在标准大气压下(100kPa),假设温度是-200℃,水呈现的是固态也就是我们所说的冰,并且我们把冰放置在一个容器中对它均匀加热,来分析一下冰的变化过程。

我们对冰加热,冰吸热温度逐渐升高,当冰温度达到0℃时,也就是上图的固态液态分界线时,冰开始融化,此时水以冰水混合物的形式存在,并且只要冰没有完全融化,冰水混合物的温度一直保持在0℃。直到某一刻并完全溶化成水后,水继续吸热,温度才开始由0℃继续上升。

我们继续在标准大气压下对水加热,当水的温度达到三相图中的液态气态分界线时,水开始沸腾,此时液态的水变为了气态液态的混合物,水沸腾时内部急剧气化并大量吸热,使水的温度会维持在100℃,直到水全部蒸发完。

过了一定时间水由液态全部变为气态也就是水蒸气,继续对已经变为了气态的水蒸气加热,这时水蒸气的温度就会从100℃继续上升,并且体积开始膨胀。

这就是水在标准大气压下从-200℃一直被加热变为水蒸气的全过程,我们用横坐标t来表示加热时间,纵坐标T来表示水的温度,可以得到下面这张图。

在标准大气压下,水的冰点0℃以及沸点100℃决定了它在某一温度下的形态。烧开水达到100℃,水会急剧气化成水蒸气,要使水的温度继续上升,就必须等全部气化变为水蒸气才能实现,不过这个时候你就不能享用开水了,因为水都气化了。换句话说这完全是由水的物理性质决定的

那如何才能使水在液态下可以超过100℃?

我们通过最前面的那张水的三相图可以看到,将压力线升高,水的沸点会向右移动,也就是说外界压力越高,水的沸点也越高,所以要得到110℃的水只需对水加压。比如我们用压力锅来烧水,压力锅是一个密闭的容器,当水加热温度升高,部分水被气化成水蒸气,压力锅内的压力随之就升高,因此水的沸点也就升高,一般压力锅可以使水的沸点达到120℃,这也是为什么用压力锅煮食物更容易熟的原因。

相反如果外界压力低于标准大气压,水的沸点就会降低,比如在高原地区水的沸点只能达到80~90℃,因此在高原地区如果没有压力锅的话煮出来的米饭吃起来会夹生,因为那里水温达不到100℃。

再比如,压水堆核电站核反应堆压力容器内的水压力可以高达17MPa,相当于170个标准大气压,因此这里面的水的温度可以达到350℃而不沸腾。下图为压水堆堆芯压力容器。

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熊猫爱飞行


开水烧到100摄氏度就上不去了,为什么是100摄氏度而不是110摄氏度?主要和其定义有关!

人类最早发现温度的概念以后,就先定义了0摄氏度,即冰水混合物的温度就是0摄氏度。同时又定义了100摄氏度的概念——沸水的温度为100摄氏度!其余温度都以这两个温度为基准,来进行计算,比如40摄氏度,就是把0摄氏度至100摄氏度划分成100份,然后40摄氏度就是从0摄氏度加40份以后的温度。

因此,温度的概念都是一开始人类根据现实生活中得状况定义出来的!其实在物理学中有很多物理量都不是绝对的数值,都是人类定义出来的。比如中国古代重量的单位用的斤两的概念,其实不仅是16进制,不是10进制。而且,其与国际单位制千克的换算,也不是1千克=2市斤。后来,清朝时候,西方列强进入中国。才将西方的国际单位制引入中国,后来为了老百姓方便才改成500克等于1市斤!


地震博士


水烧到100℃(摄氏度)就上不去啦,是因为人为让它上不去的,就是规定烧开的水为摄氏100度,这个摄氏100℃的条件是在地球上海平面1个标准大气压情况下的读数。这是人为确定的。在这样的条件下,水的冰点定为0℃,沸水定为100℃,中间将刻度等分,就有了从0℃到1、2、3、4、5……100℃的温度指数。

温度指数与海拔高度有着密切关系,从空气温度来说,在无热源无遮护一般情况下,海拔每升高1000米,空气温度会降低5℃;沸水的温度也是随着海拔的升高而降低沸点。一般来说,海拔高度每上升 300 米,每平方厘米面积上所受到的大气压力大约要减少30克,直到3000米的高度基本上都遵循着这个规律。所以水的沸点随高度降低,海拔每升高300米,沸点降低约1。在0海拔的情况下,沸水温度是100摄氏度,海拔1000米处水沸点约97℃,3千米处沸点约91℃,在海拔8848米的珠穆朗玛峰顶,水在72℃就可以沸腾。

既然沸水于海拔和压力有着对应关系,那么沸点就不但会降低,也会升高。如果压力增大的情况下,水的沸点就会升高。低于海平面的地方(如很深的矿井),气压高于一个大气压,在那里烧水,水的沸点要升高,据测定,深度增加一公里,水的沸点就提高3℃。 每上升一个大气压(101KPa),水的沸点上升大约20℃。水的密度和它的饱和蒸汽密度相等时的状态,叫做水的临界状态。水的临界压力值为22.13MPa,水的临界温度值为374.15C。沸点升高和压强增大的关系只有在临界点以下才会成立,临界点以上不存在沸点的概念。当水的压力达到临界压力且温度达到临界温度时,水与蒸汽的密度相同了,这时,就分不出水和蒸汽的界限。


时空通讯


其实吧稍微学过物理的人都知道为什么,如果在密闭空间不断升温,最开始零下时水是冰,也就是固体,然后0到一百度是液体,在一百度时继续加热,保持空间密闭体积不变,压力会升高,再继续加热一段时间达到一个临界点就是等离子态。不过我这个实验的过程需要同时控制温度和压力,还要有检测状态的传感器或者其他仪器,一般人做不了,这就是为什么有钱人比穷人知道的多的原因。最后我想知道我的排骨在高压锅里熟了没?


奇葩的用户名


简单地说,物理学上一个大气压下,水沸腾的温度规定为100度,冰水混合物温度规定为0度,从100度到0度平均分成100份,相邻俩份相差1度。这个规定是国际认同的,这种表示温度叫作摄氏温度表示法。还有一种叫华氏温度表示法,相同条件下,水沸腾的温度就不是100度。


山东静思通神


假如你叫张三,问你一个非常简单的问题:“你为什么叫张三?”

如果你能回答出这个问题的答案,你提出问题的答案也就迎刃而解!你应该会回答:我爸妈给我起的名字,没有为什么!

同样如此,问题中水烧开的温度是100度(标准大气压下,下同)而不是110度,也是人类给定义的,也没有为什么!

再简单了解下0度(摄氏度,下同)和100度是怎么来的,很简单,人们定义冰水混合物的温度就是0度,而水烧开的问题就是100度。如果当初人类定义水烧开的温度是110度,那就是110度!

开水烧到100度不是一定上不去,是可以上去的,给开水加压就能上去!还有,100度只是水的存在状态的变化,也就是说液态水最高温是100度,再继续升温是可以的,不过是以水蒸气的状态存在!

说白了,这更是一个先后顺序或者是因果关系的问题,是人们根据水的不同状态转换定义的温度,100度可看做一个“结果”!就像是一把椅子为什么叫“椅子”一样,是先有了“椅子”的存在,然后人们起名叫它“椅子”,而不是相反的过程!


宇宙探索


水之所以烧到100℃就开了,是因为摄氏度的定义就是以冰水混合物温度为0℃,一个大气压下沸腾定为100℃,就这么简单。如果你愿意,你完全可以把水沸点定为110℃,那时候你会不会问:为什么沸腾温度是110℃而不是120℃?总得有个温度吧!

水的沸点并不是固定的,在1个大气压下是100℃,压力越小,沸点越低,海拔3Km的高原,水的沸点为91℃;海拔6Km的高原,水的沸点为80℃;海拔8844.43Km的珠穆朗玛峰,水的沸点为72℃;在几万米的高空,水的沸点只有11~18℃.在地下300m深的矿井,水的沸点为101℃;地下600m深的矿井,水的沸点为102℃. 高压锅里可以110℃以上。在220个大气压下,水的沸点达到374℃,德国科学家在大西洋海底发现热流最高达到464℃,所以水的沸点根本就不是固定的。


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