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在月球上倒一桶水,水會呈什麼狀態?

月球表面沒有大氣,處於高度真空環境,液態水在這樣的環境中,表面會沸騰蒸發,同時一部分還可能結冰,具體變化和環境溫度有很大關係。

在月球上倒一桶水會怎麼樣,這個問題確實很有意思,也沒那麼容易回答,涉及水在極端條件下的物態轉變,我們先來看月球表面的條件:

(1)月球表面還處於超高真空狀態,大氣壓在10^-10pa數量級,比地球上的真空試驗室壓力還低;

(2)月球表面白天能達到110℃,夜間降至-170℃;

液態水在這樣的高度真空中,表面肯定會沸騰蒸發,氣化後形成水蒸氣,水蒸氣短時間內停留在液態水表面附近,就有了微弱的壓強;所以在水的三相圖中,雖然沒有表示出低於1pa的情況,但並不妨礙我們分析。

如上圖,水的三相點溫度為273.16K (0.01℃),當水所處壓力較低(低於1kpa),且溫度低於0.01℃時,從三相圖中可以看出水只有固態和氣態,說明液態水是不穩定的。

那麼我們就可以分析,把一桶水倒在月球表面後,到底會發生什麼:

(1)月面溫度遠高於0.01℃時

處於真空中的水,三相圖顯示氣態才是水的穩定狀態,所以把水倒在月球表面,水會劇烈沸騰蒸發,蒸發的同時吸收大量潛熱,直到液態水蒸發殆盡為止。

(2)月面溫度遠低於0.01℃時

處於真空中的水,固態和氣態都可能是穩定狀態,主要看處於三相圖中藍色氣態線的左邊還是右邊。

此時把水倒在月面上,接觸月面的液態水,會由於低溫結冰;和真空接觸的液態水,會沸騰蒸發,蒸發的同時也會吸收潛熱,最後留下一部分固態冰,處於真空中的固態冰,會慢慢升華跑掉。

(3)月面溫度在0.01℃附近時

是(1)(2)兩種情況的過渡,溫度越高,最後留下來的固態冰越少,直到達到一個溫度後,就不會有固態冰殘餘,這個溫度估計在0~50攝氏度之間。

以上只是粗略分析,實際情況還與月面物質的比熱容、傳熱係數、是否有太陽輻射有關,這已經超出了這個問題的談論範圍。

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