㈠ 從因果關系角度研究水沸騰的原因(條件)。
既然樓主提出了因果關系和哲學領域分類。我希望從物理,哲學,因果三個角度分析希望樓主能得到啟發。
當然我在這里先拋離『100度』這個問題,從更廣義的角度去探討。不知道樓主是否知道『內能』的概念,我這里將引入『內能』作解釋——如果不太了解,可以先了解下內能。
首先如果從物理的角度來說,首先要定義『水』『標准大氣』『沸騰』這三個概念。第一個是h2o沒什麼好說的,標准大氣也好理解;主要是『沸騰』。我這里簡單理解和定義為『水在某溫度下高速汽化的極限狀態』。而物質狀態畢竟不過是在有內能的情況下分子間間隔形態的問題,因此在一定『狀態下』『內能』達到『某種極限狀態』然後發生的『物質狀態之間的轉換』,則就是沸騰的存在。也就是說,應該理解為『沸騰』是一種轉換過程,一種現象,出現這種過程才是『沸騰』。正如化學反應一樣。這樣應該可以解釋樓主所提問的第一個問題。水被加熱只是水被加熱罷了,也就是內能增加。100度這個只是水被加熱後在標准大氣下出現的一種極限狀態。
如果從哲學角度來看,『沸騰』作為一種中間狀態,他必然不是一直存在。也就是說我可以理解成,當水作為液態存在時在某個大氣壓作為條件下,內能達到飽和的極限狀態則會出現劇烈汽化,也就是沸騰。熱作為物質內能的表觀反應,那麼反過來說只要觸發『液態下內能的極限狀態』則同樣可以產生『沸騰』這一過程。例如微波共振,輻射穿透摩擦——實際中你微波爐里放水和把水放太陽下照(當然加個放大鏡)理論上也完全有可能讓水沸騰是吧?當然,你要是廣義說那些都是加熱也是可以的。達成了這個『原因』,則會出現這個『結果』。那麼在這里就可以解決樓主第二個問題。條件,是某種解釋或者現象成立的『前提,基礎』;原因,是某種解釋或者現象的『觸發點』;結果,就是『現象』。舉個例子就是,羽毛和鐵球落地誰快,答案是一樣快。那麼這里的條件就是『有重力,且不考慮空氣阻力』;條件是『讓他們自由落體』;結果是『同時落地』。
最後從因果關系來探討這個問題。其實我覺得前兩段應該已經能讓樓主理解了,不過在此我希望再拋磚引玉。關於『因果』和『原因,條件』這個其實我覺得不是同一個問題。『因果』應該解釋為『由於什麼,而導致了什麼』,而『原因條件』是兩個事,原因則是剛才所說的『由於什麼』,而『條件』這個問題是在『因果』之前。沒有前提和背景,去探討『因果』是沒有意義的。因此從問題本身的說法來說我覺得樓主的描述其實有點問題。個人認為應該分解成『條件,原因,結果』三個層面去探討問題,而不是把『原因條件』放一起。
也就是說我認為『100度水沸騰』應該解釋為,『在標准大氣壓的條件下,當內能增加達表觀溫度100攝氏度時,純水會發生沸騰這一現象』
㈡ 為什麼水會爆炸
「水爆炸」是發生在家中最常見的爆炸現象之一。這種現象也叫做「蒸汽噴發」,發生在液體被過度加熱以致其溫度高於正常沸騰溫度的情況下。在正常情況下,當某種液體被加熱時,熱量是逐漸滲透的,而容器表面也有很多瑕疵。當液體達到其沸騰溫度時,就會從液體形式轉化為氣體形式。
一、現象
水爆炸:由於熱量是通過容器傳導的,而且容器表面是不平整的,所以液體會在粗糙的容器表面逐漸形成小氣泡,氣泡會逐漸脹大,這個過程叫做「集結與逐漸擴展」。
在液體沸騰的過程中,這些氣泡很快就會越變越大,最後變成氣體,形成「爆炸」。雖然「爆炸」有著不同的形式和規模,而「水爆炸」是發生在家中最常見的爆炸現象之一。
二、原理
水可以在一瞬間變得過熱,但也可以不加熱就沸騰。沸騰液體產生的小氣泡和蒸汽的「集結與逐漸擴展」過程取決於氣壓和溫度。山頂上的氣壓要比海平面的氣壓低很多,也就是說,你會覺得山頂的空氣更加稀薄。在那裡,水在100 ℃以下就能夠沸騰。
對於液體來說,雖然分子的移動較為自由,但是它們會彼此吸引並組成一個集合。當蒸汽的壓力足以克服這種吸引力時,就會形成氣泡,液體便開始沸騰。液體溫度越高,液體分子移動就越活躍,越容易轉化成氣體形式。
同樣,氣壓越低,液體分子就越不容易組合在一起,所以它們就更容易變成氣體。所以,如果你想要把冷水煮沸,只要把周圍的氣壓降低就行了。這叫做「亨利定律」,由英國化學家亨利於1803年提出。
三、特殊情況
把一個裝滿純凈水的表面光滑的容器放進微波爐,事情就不同了。微波爐把全部的液體迅速加熱,熱量不會在容器內部循環,而容器的光滑表面意味著「氣泡集結」現象無法發生。液體想要變成氣體,但是最初形成的氣泡沒有地方可以附著。它們無處可去,所以液體無法轉化,溫度只會越來越高。
當你最終把這杯溫度超高的水從微波爐里拿出來,再往裡面放東西時,已經瘋狂的氣泡們會快速附著在新加入的物體上,以至於剩下的液體會發生「爆炸」,並從容器里潑濺出來。
這就解釋了為什麼,對於一些可用微波爐加熱的飲品來說,比如熱巧克力,會在說明中建議你加熱時間要很短。如果你沒有這么做,那麼很有可能這杯飲品會悄悄地在微波爐裡面爆炸,加熱完畢時,杯子里只剩下了1/3,而微波爐裡面一片狼藉。
四、影響及危害
一些情況下,「水爆炸」也可造成摧毀性的後果。
1986年4月26日星期六清晨,烏克蘭切爾諾貝利市核電站四號反應堆的冷卻系統測試釀出了巨大事故。該測試是為了檢驗後備系統能否給抽水機供電,而四號反應堆是使用常溫水來冷卻和控制核心溫度的。
該測試中,工作人員取消了平時供電的渦輪和抽水機間的連接,然後,經過一系列錯誤操作,燃料棒斷掉了,並出現熔化反應。這個現象導致水中出現了極具破壞性的蒸汽噴發,伴隨著放射性氣體和碎片從核中噴射到空氣中。
在這次事故中,共有237人患上放射性疾病,57人喪生。周邊4平方公里的松樹林變黃並死掉、13.5萬居民被迫遷居,背井離鄉,永遠都無法再回來。歐洲的很多周邊國家都受到了放射性物質的影響,氣候變得異常。(2010年)尚未得知有多少人由於這次災難而患癌症死去,但是據估計這個數字應該有幾萬。
五、預防
人體內含有大量水分,所以就像一杯水會爆炸一樣,人體因壓力的變化而出現各種症狀並不出奇。嬰兒體內含有78%的水分,成年男性體內的水分含量約為60%,成年女性體內的水分含量約為55%。體型較瘦的人比胖人含有更多水分。
無論你是一個人還是一杯水,都無法承受驟然的、大規模的溫度及壓力變化。泡茶不要操之過急,慢慢攪拌,應該就不會出現爆炸的現象了。