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如果把水放入太空中會怎樣?

雖然沒什麼人曾有機會把水放在真空的太空中進行觀察,但下面我們會一起探索將水放在真空中,或者說放在太空中來觀察會發生什麼。

當水在海平面時,也就處於標準的大氣壓力(atm)和溫度(1 個atm和0 ℃)下,它會逐漸蒸發,就像世界上其他的水一樣。但是當開始加熱水使它沸騰的時候,它會在到達沸點時更快地蒸發,除非溫度降到沸點以下(即移除熱源時),不然水會繼續加速蒸發。

當水面上形成的蒸氣壓等於大氣壓力時,水會沸騰。此時的溫度就是水的沸點,在海平面時,沸點是100 ℃。在較低的大氣壓力下煮沸液體,所有液體的沸點都會降低。了解這個情況之後,我們來看看如果增加高度會發生什麼。

在思考把水放入太空的情況之前,讓我們先試著把水杯放在珠穆朗瑪峰上,觀察它的變化。珠穆朗瑪峰最高點的海拔是8844米,這個高度的大氣壓力為0.34 atm,比1 atm的海平面低。在這麼低的壓強下煮任何液體,達到平衡蒸汽壓的溫度要低得多。這就降低了液體沸點。這種情況下,水的沸點也會降低。由於珠穆朗瑪峰上的氣壓較低,對水面施加的壓力會更小,所以達到平衡條件所要求的蒸汽壓也會減少。此時,平衡蒸氣壓為71 ℃,所以把水加熱到這個溫度,它就會開始沸騰。

那現在,我們帶著一杯水待在一艘宇宙飛船里,等待著水被釋放到黑暗、寒冷的真空中。太空最低溫度大約是-270.45 ℃(由宇宙微波背景輻射發出的能量),略高於絕對零度(即-273.15 ℃),這裡的壓力可以忽略不計。

現在,我們把這杯水放入真空中。當它漂浮時,燒杯里的水會立即沸騰。這是因為太空壓力忽略不計,水的沸點就會非常低,導致瞬間沸騰。當這杯水利用液態水其餘部分的熱量進行沸騰時,水的溫度也會降低到使其餘部分水結冰的狀態。

除此之外,真空的低溫也會凍結水蒸氣,使其變成固體晶體。留在燒杯里的將會是固態冰。所以當把水暴露在太空或真空中,沸騰和凍結都會發生。


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