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文/窗敲雨

说起这个名字颇为诡异的事件,其实是挺久以前从电视上看来的,一件和表面现象有点关系的事。虽然隔了这么长时间,我却依旧对此印象颇为深刻,逮到机会就和别人讲。现在也来跟大家说说。
事件的经过是这样的:

在北京生活频道一档专管生活琐事的节目里,一位男性观众致电节目组说,自己最近经历了一件怪事。某日他想冲速溶咖啡喝,于是拿了个杯子接了一杯饮水机里的水,塞到微波炉里热了几分钟。热好后他把杯子拿出来,发现里边的水没啥动静,一点要开的迹象都没有。当然了,本身就是饮水机里的水,不烧开也无所谓嘛,于是此男撕开一袋速溶咖啡,一股脑到了进去。怪事发生了,杯里原本风平浪静的水一下子喷了出来,并开始剧烈沸腾。这位观众吓坏了。要不是躲得快就要毁容啦,他心有余悸的说。

于是观众就借节目询问事情的缘由。节目组找到了一位教授帮忙解释,教授非常靠谱地思考了一会(也可能是和电视机前的我一样被这么华丽的事故搞得有点无语了…),说,这说明你的杯子很干净,水也很干净…

于是很对不起那位观众,电视机前的我在教授如此亮点的发言下华丽的笑喷了…

笑归笑,发生这样的事情确实很危险,大家毕竟不希望喝个咖啡都要冒着被开水毁容的危险。那么,究竟为什么会发生这样的事故呢?这其中的幕后黑手究竟是谁?

虽然我把咖啡粉写进了标题,但其实它是无辜的。它引发了危险,但并不是危险的制造者。真正的危险在于那杯看似平静的水。

那时的它,已经不是普通的水了,而是过热液体,也就是温度明明已经超过了沸点却不沸腾的液体。

为啥液体会过了沸点还不沸腾呢?这都是弯曲液面惹的祸。

对于宽广的湖泊或是较大的容器,其中水的液面是平坦的,但是很多情况下,例如叶片上的水滴或是细玻璃管里的水柱,它们的液面是弯曲的。液面的弯曲使得液面的表面积增大,而液体的表面在表面张力的作用下会有回缩的趋势,也因此使得弯曲的表面上多了一个附加的压力。对于弯曲的凸液面,这个附加的压力方向指向液体的内部;而对于弯曲的凹液面,这个附加压力指向空气,这就好比是在用力想把液面缩小。这个压力的大小与曲面的曲率半径的绝对值有关,绝对值越小,这个附加压力就越大。(注:曲率半径是一个用来表示面的弯曲程度的量,曲率半径绝对值越小,面就越弯。对于球面而言,曲率半径的绝对值就是球的半径。曲率半径的符号只表示方向,不代表正的曲率半径比负的大。)
而过热液体该沸腾不沸腾的状态就是这个附加的压力造就的。

讲沸腾之前,先来说说液体的蒸汽压。

蒸汽压是指在液体(或固体)表面产生的蒸汽对液面(固体表面)的压力。我们在物理学课本上读到,在某一温度下,如果液体的蒸汽压超过了液面上气压,那么液体就能够在这个温度下沸腾,而这个温度就被称为液体的沸点。照着么说的话,压根就不会有什么“过热液体”存在了。而显然事情是没有这么简单的。

我们都知道,水开了的特征就是水咕嘟咕嘟地冒泡,也就是说,要想让水沸腾,就必须让水的内部能够产生气泡才行。这听上去再简单不过了,但是对于纯水而言却是一项相当困难的任务。在纯水中要想产生气泡,就必须从一个尺寸非常小的气泡开始(大概是纳米级的)。我们先来假设这样一个迷你小气泡已经产生了,于是,这个小家伙就在水中形成了一个球形的凹液面。要想保持这个小气泡不被周围的水挤扁,气泡内外至少要保持压力平衡。为了给它减轻一点负担,我们假设这个小家伙是生成在非常接近水面的地方,这样它受到的水压基本就可以忽略了。这样一来似乎气泡内的蒸汽压就能够很轻松地维持小气泡的存在了,但是曲面附加压力却惹了祸。由于小气泡的直径非常小,因此这个球面的凹液面的曲率半径就很小,这就意味着加在这个面上的附加压力会变的非常大,而这个压力的方向又是指向气泡的中心的。也就是说,这时多了一个很大的向内的力拉着小气泡的表面促使它收缩。不止如此,由于液面周围的液体受到的压力不同于水平液面下的液体,这使得小气泡中的蒸汽压也发生了变化。对于凹液面,其所产生的蒸汽压会比平液面小,并且曲率半径的绝对值越小,这种变化越明显。于是,倒霉的小气泡同学只好用一个比正常情况的蒸汽压小了很多的压力来对抗巨大的曲面附加压力,结果自然是非常悲剧地被曲面附加压力挤扁了。于是,在这杯本来已经达到沸点的纯水里,引发沸腾的小气泡无法顺利生成,于是就只好保持不沸腾的状态继续升温直到小气泡可以形成,一杯过热液体就这样诞生了。

如果仅仅如此似乎也没什么危险,但是过热液体的状态很不稳定,一旦小气泡可以形成,它就会迅速的沸腾,形成一种比普通沸腾更为生猛的状态:爆沸。而在本文的事件中,这个允许小气泡形成的家伙就是咖啡粉。虽然在我们看来,咖啡粉也算是很细的颗粒,但它的半径比起之前那个悲剧的小气泡同学要大得多了,当它进入过热液体时,小气泡就可以附着在上面,形成一个曲率半径大的多的凹液面。这时,蒸汽压的下降远没有那么明显了,而且附加压力也小了许多,因此这时候这个较大的气泡就可以比较轻松的形成。而这时的液体还在沸点之上,于是,它就迅速而剧烈地沸腾起来了,这就是爆沸。

以上就是咖啡粉险些毁容事件的全部内幕。估计有人开始担心天天在家烧开水会不会有如此危险了,但事实上是不会的。要想打造过热液体需要满足这样两个条件:纯净液体(注意哦,事件中的男观众用的是饮水机里的纯净水),以及洁净、表面光滑的容器,当然,这也就是那位靠谱的教授说“你的杯子很干净,水也很干净”的原因(不过这笑话实在有点冷)。而如果是用自来水,由于其纯度不够,含有少量的杂质颗粒,并且溶解一些气体,在加热过程中可以比较容易的产生较大的气泡,因此不必担心爆沸。如果一定要像那位男观众一样在洁净的杯子里加热纯净水,也有办法可以防止爆沸。只需要在杯里放上一把勺子,让气泡可以附着在勺子上形成比较大的气泡就行了。

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115 Responses to “从“速溶咖啡粉险些毁容”事件说起”

  1. 李玉说道:

    学习了,科学很有趣,一只关注松鼠呢!

    • 孤竹牧狼人说道:

      这个,谁解释一下.......灵异现象?
      为什么我沙发了这么久,突然前面出现了一个人......这个人的回复要晚于至少30个人出现......

  2. 孤竹牧狼人说道:

    沙发~......
    小时候动画片里见过过冷水..........
    爆沸化学课上见过......

  3. Edward说道:

    哦~~难怪化学老师说防止爆沸要放碎瓷片~~

  4. ititjjk说道:

    那个笑话是有点冷,不知道可不可以用这种方法去害人哎
    端上一杯过热液体让人去试试

  5. 贝雅特丽齐的但丁说道:

    过热(冷)液体这东西和过饱和溶液一样都可以拿来害人的说

  6. 说道:

    教授好冷……太干净原来会有这种事故

  7. 千与千城说道:

    那是有一些尺度肉眼不可见的气泡生成并在引发沸腾之前消失呢还是根本就没有这些气泡?

    • 千与千城说道:

      有没有这个拉锯过程?

    • 沐右说道:

      是不断的有微小的气化部分生成,又在引发沸腾之前消失
      在温度不超出沸点太多的情况下,没有凝结核的话,这些小的涨落难以长大到变成气泡(沸腾)的程度

  8. 面包佳佳说道:

    好神奇啊,发现每次在这里都能了解到很多以前不知道的知识!

  9. 金属铱说道:

    窗姐写的不错

  10. 莫言说道:

    这里过热液体的产生,与微波有关系吗?

    • beiang说道:

      没有关系,你拿火炉来烧也是一样的,所以实验室里有烧纯水的一般都要放沸石

      • MILESJ说道:

        中学的实验已经记不清了,还好有松鼠们来唤醒以前的记忆。

  11. applejam说道:

    我觉得松鼠会应该加上buzz的共享连接.现在buzz很火噢.

    • 莫言说道:

      不好,松鼠会靠自己的科普普及精神就有很大的人气。何必放一些乌七八糟的东西

  12. 白左说道:

    这个我很熟悉了……
    锅炉水经过多次蒸发-凝结会达到不可思议的纯度,基本上正常运作的锅炉水最后都是过热水,所以锅炉里面的杂质会导致很严重的后果……

  13. 七月的烟火说道:

    呃……物理学的不好,有没有达人给解释一下这一小段:
    “不止如此,由于液面周围的液体受到的压力不同于水平液面下的液体,这使得小气泡中的蒸汽压也发生了变化。对于凹液面,其所产生的蒸汽压会比平液面小,……”
    为啥液面的变化会导致蒸气压的变化来着?

    • 刘佩说道:

      回复“七月的烟火”
      文中提到的“凹液面”是指有一个球形的气泡,那么它的外面就会形成一个凹液面。若当液面为平面的时候气液平衡时的压强为p,当液面为曲面的时候气液平衡压强为P',由两相平衡条件推出一个公式,可知p/p'与气泡的半径有反比关系,且p'必须小于p。 当不考虑表面的时候,没有表面张力,这个问题是一个两相平衡问题,没有考虑表面相。但是当气液的分界面为曲面时,表面张力的影响使其变为三相平衡的问题。两种情况的饱和蒸汽压就会自然不同。

  14. ssnnt说道:

    这样的情况高中来不及烧水用微波热水的时候也总是发生...(自来水哦)
    我一直以为是因为融入咖啡粉以后变成溶液以致沸点降低所致....
    副压对我是个学不清楚的问题...啊~~~~~

  15. roddger说道:

    是真的还是假的,有没有人试过呢?

  16. ancestor说道:

    我初中的时候也做过这个实验,当时扔的是硬币,而且把我的手烫伤了:)当时初中的物理老师没法解释这个现象,现在终于弄明白了

  17. 郭玮说道:

    这有什么好笑的?

  18. J说道:

    这么说……那位电视上的叫兽是说对了?

  19. 莲花朵朵说道:

    教授说得一点错都没有,只不过人家省掉了原理解释,直接说的原因

  20. 笛谣说道:

    放勺子也要等到从微波炉里拿出来才可以的吧%,不过那样照样会爆沸吧……
    传说微波炉里不能有金属的说……果然注意安全最重要~~

    • Santi说道:

      微波炉放把勺子一起波完全没问题 而且不会出现暴沸 你见过那个微波炉的内壁不是金属的?这个事情 流言终结者 做过实验

      另外,没觉得那个教授说的可笑啊……

      • 温和蜕变说道:

        求这集《流言终结者》链接~

        • Keitaro说道:

          维基百科『微波炉』词条内容:
          不宜将折叠的金属放在微波炉中。折叠的金属在微波加热的情况下会产生电弧(火花),当微波使金属累积电能,捏成一团的金属使电流跳过空隙,并产生电弧。如:用铝箔折成的小球放在微波炉加热时,表面出现火花。
          此现象对现代微波炉而言不容易产生危害,但仍有风险且使用金属容器会影响加热效果。
          平面的金属若置于微波炉中亦不可碰到炉壁,否则电流经炉壁传回磁控管,并使磁控管熔化,引致短路。

  21. xiaociyu说道:

    好酷的教授阿,哈哈。我以前也听说过水会在拿出微波炉后爆沸的传说,一直很小心,原来不是微波炉,而是更重要的条件。

  22. hooke0808说道:

    放一把勺子?千万别放金属的勺子啊

  23. 半死不活的猫说道:

    我只知道爆沸的话可以直上天花板 ...

  24. dawnplain说道:

    不一定放勺子啊,只要是个固体就可以了。

  25. lalunasun说道:

    随便找个什么东西放里面就行

    • 笛谣说道:

      考虑下实际情况……这是一个冲咖啡的情境……除了放咖啡、方糖还可以再放什么捏?^^

  26. Valleymist说道:

    有个问题……据说过热水只要有一个很小的扰动就会引起爆沸,那他在把杯子拿出微波炉放在桌子上的过程中,难道不会因为液面晃动而导致沸腾么

  27. 伊藤博文说道:

    啊!窗桑的文!

  28. 奈姬说道:

    这个教授有意思

  29. Sheldon说道:

    海尔兄弟的动画片演过过冷液体

  30. [...] Shared 从“速溶咖啡粉险些毁容”事件说起. [...]

  31. woe说道:

    作为一个离开物理学学习的普通人,一开始怎么也理解不了其中的几个原理,洗了个澡,突然豁然开朗:不是用宏观力学的角度来理解的啊……orz 啊啊物理学真是太有趣了~~

  32. lazy lulu说道:

    真长见识,

  33. Shane.C说道:

    呵呵物理原理寓于生活,反而都记得住理解得透
    PS 进一段广告:69582911 喜欢科学的朋友欢迎加入,跟这篇文章一样,要求就是趣味。趣味互联网生活群,更欢迎各位MM加入~

  34. wz说道:

    优酷上能找到过冷水的视频,瓶子一动就结冰了

  35. manchil说道:

    哈哈好想试试~

  36. biohu说道:

    我在寝室弄过过冷液体。当时把半瓶纯净水放在窗户外冻了一夜,早上起来发现仍然是液体,上下颠倒一次之后,水中立即出现很多冰花!

  37. Vincent说道:

    放勺子的时候记得别放金属勺子啊···

  38. yuhudie63说道:

    还是教授有水平啊,呵呵

  39. Allen说道:

    原来是duke同学的文章啊~

  40. ShaneC说道:

    大家看过《时间分解》的话,前几集有这么一个现象:往雪碧瓶子里大量放入一种糖(多孔从而表面积较大),然后雪碧里面的水一下子喷起来了。
    具体原因和咖啡粉类似,有兴趣可以看看,或者大家也可以试试看

    • ititjjk说道:

      那可乐喷泉呢
      先喝一大杯可乐
      再吃一个薄荷糖
      然后就喷了

    • shawbin说道:

      可乐喷泉和这个的原理是不同的,前者是薄荷糖多微孔的表面使二氧化碳快速聚集并释放引起的。

  41. 叔威说道:

    放把勺子也是要非金属的吧!

  42. 板砖说道:

    一般说过热时因为液体里缺乏杂质妨碍旗袍生成吧
    那个表面张力。。。。在表面很小的时候才起大作用的,贴主先分析下数量级?

    • 窗敲雨说道:

      那个是附加压力,和表面张力不是一回事,而且在液体内部要生成一个小气泡的话,表面确实就是很小啊。。。

  43. fireup说道:

    据说牛奶放杯子里直接微波炉,拿出后也会爆沸。。按说牛奶也不是纯净水级别的啊?

  44. woodants说道:

    教授言简意赅地说明了问题。
    您却在笑他,不知道为什么?

  45. 说道:

    终于写出来了,好样儿的!

  46. PPC说道:

    在杯里放上一把勺子.。。。千万不要放金属的呢,不然进了微波炉就。。。

    • loler说道:

      如果水不少,放金属勺也没多大影响,理论上对微波炉不太好而已。

  47. 阳光无用说道:

    那个是“健怡可乐”+“曼陀珠”=可乐喷泉(参见流言终结者)很简单,你自己也能试一下。
    原理和爆沸类似,汽水中的二氧化碳,想气化,但是因为缺少杂质,这个过程变得很缓慢。但是加入曼陀珠——一种表面粗糙的糖果后。二氧化碳气化变得剧烈起来。
    个人认为微波炉煮水,也是一个关键。平常用铁锅煮水,因为受热不均匀,在锅底,水的温度肯定超过100,这样水分子获得更多的能量,因而更容易气化。只要一个水分子气化,就会产生连锁反应。这就是我们平常见到的开水;但是微波炉,是加热全部水分子,均匀很多,也更不容易气化。

  48. yunxing说道:

    对于这里的逻辑关系不是很清楚.不知道哪位高人能指点下.

    不止如此,由于液面周围的液体受到的压力不同于水平液面下的液体,这使得小气泡中的蒸汽压也发生了变化。对于凹液面,其所产生的蒸汽压会比平液面小,并且曲率半径的绝对值越小,这种变化越明显。于是,倒霉的小气泡同学只好用一个比正常情况的蒸汽压小了很多的压力来对抗巨大的曲面附加压力,结果自然是非常悲剧地被曲面附加压力挤扁了。

  49. onecountry说道:

    化学课上传说中的暴沸...

  50. 玉衡说道:

    这教授太可爱了~

  51. kitty羽晴说道:

    原来是这样~~

  52. kitty羽晴说道:

    原来是这样~~其实我一直很想见识一下化学老师说的暴沸~~

  53. 你好白哦说道:

    物理化学里界面现象这一章XD

  54. woodants说道:

    "于是观众就借节目询问事情的缘由。节目组找到了一位教授帮忙解释,教授非常靠谱地思考了一会(也可能是和电视机前的我一样被这么华丽的事故搞得有点无语了…),说,这说明你的杯子很干净,水也很干净…

    于是很对不起那位观众,电视机前的我在教授如此亮点的发言下华丽的笑喷了…"

    这象是会心的笑吗?呵呵呵

  55. Hecnil说道:

    化学做实验有时要加瓷砖防止爆沸是不是也是这个原因?

  56. driedfish说道:

    建议以后科学松鼠会 把科学去掉,那就会科学很多了!!

  57. driedfish说道:

    发错地方了

  58. shen sun说道:

    应从微波炉的加热原理来说.

  59. shen sun说道:

    微波炉加热是从加热件的内部向外扩散的.而不象煤气炉的加热是从外向内的.所以当从微波炉里将水取出来时,看不到水的变化.而实际上此水已非加热前的水了.所以才会发生"速融咖啡粉险些毁容的事.从弯曲液面来解释"爆"的问题,同意作者的观点.

  60. KINREI说道:

    嘎嘎,想起也看那期节目了

  61. 水泊风清说道:

    有趣,长见识。不妨多介绍些类似生活知识。

  62. yutouguai说道:

    那热水器烧开的水呢?在假设热水器内部、水杯都很洁净的情况下,也会爆沸吗?

    • gbjlpeng说道:

      理论上应该会,实际上你家的热水器不可能那么干净。

    • 找个恐龙生个蛋说道:

      不会,因为不是均匀加热,水的内部会有循环也就没有形成过沸水的条件

  63. fushia说道:

    依照这哥们的烧水习惯还是准备些沸石吧

  64. ffb说道:

    楼上的是不是都没上过学?这个在初中的物理课本里就学过的呀!专门有一节讲的过冷和过热液体

    • luella说道:

      哟,是么,我在大学的物理化学课里才知道蒸汽压和表面张力的。

  65. 怕冷的南瓜说道:

    太帅了 谢谢松鼠会

  66. CT说道:

    有趣,长见识。

  67. 淡淡甘蓝说道:

    哦,太干净了

  68. ~喵~说道:

    爆沸?原来就是指容器报废了啊。

  69. lisacat说道:

    好玩额。

  70. 蘑菇赛昂柔说道:

    好冷~~
    非常长知识,哈哈

  71. 美人尖说道:

    嘿嘿,我前几天真的碰到了。我没有被烫到脸的原因是:我虽然不懂什么这么深奥的科学道理,但是我也没有傻到把脸凑到水杯旁边去倒咖啡粉,那样不烫到,也会被咖啡粉迷到眼睛。

  72. True说道:

    教授的评论没问题啊,还是作者不懂“干净”=杂质很少?

  73. 女巫说道:

    是不是像化学的爆沸呢

  74. 小高说道:

    懂了 以前小时候弄过过冷液体 哇哈哈纯净水 晃一下就全结冰了 很神奇···

  75. 郭潇说道:

    学习物理化学中的“过热液体”时,觉得这个概念是抽象的,现在了解了很多呢~

  76. 宋黎明说道:

    非常不错。赞啊~~
    本科所学的《物理化学》几乎忘记完了~~

  77. 无遥说道:

    这个就是蒸馏时候加碎瓷片防止爆沸的原因喽?
    微波水烫伤人得新闻时有听说,今天才明白原理~~物化老师一定很恼火~~

  78. ZZ说道:

    那杯水暴沸,那個教授則暴冷……

  79. rebecca说道:

    似乎暴沸不是个好东西,不过好像会产生蛮大动力的。

  80. Viaxl说道:

    而如果是用自来水,由于其纯度不够,含有少量的杂质颗粒,并且溶解一些气体,在加热过程中可以比较容易的产生较大的气泡,因此不必担心爆沸。

    刚刚体验了一次,扑了一桌子咖啡,赶来发帖,老子就是用的自来水 = =
    好稳定啊,从微波炉里颠颠的拿出来都没动静。

  81. iNash说道:

    刚刚把速溶咖啡加进纯净水放入微波炉转了,结果爆出来,弄到了微波炉盘子上,学习了

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