Перегрев

В термодинамике перегрев жидкость (иногда называемая задержкой кипения или задержкой кипения ) является явлением, при котором нагревается до температуры выше, чем его точка кипения , без кипячения . Это так называемое метастабильное состояние или метастат , где в любое время может происходить кипение, вызванное внешними или внутренними эффектами. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Перегрев достигается путем нагрева гомогенного вещества в чистом контейнере, свободном от мест зарождения , при этом заботится о том, чтобы не нарушать жидкость.

Это может произойти с помощью микроволновой воды в очень гладком контейнере. Нарушение воды может вызвать небезопасное извержение горячей воды и привести к ожогам . ^{[ 3 ]}

Причина

Для возникновения кипения давление паров должно превышать давление окружающей среды и небольшое количество давления, вызванного поверхностным натяжением

Говорят, что вода "кипятит", когда пузырьки водяного пара растут без связанных, разрываясь на поверхность. Для расширения пузыря пара, температура должна быть достаточно высокой, чтобы давление пара превышало давление окружающей среды ( в первую очередь атмосферное давление ). Ниже этой температуры пузырь водяного пара уменьшится и исчезнет.

Перегрев является исключением из этого простого правила; Иногда наблюдается жидкость не кипятить, даже если ее давление паров превышает давление окружающей среды. Причиной является дополнительная сила, поверхностное натяжение , которое подавляет рост пузырьков. ^{[ 4 ]}

Поверхностное натяжение заставляет пузырь вести себя как упругой воздушный шар. Давление внутри слегка повышается из -за «кожи», пытаясь с сокращением. Для расширения пузыря температура должна быть немного повышена выше точки кипения, чтобы создать достаточное количество давления паров, чтобы преодолеть как поверхностное натяжение, так и давление окружающей среды.

Что делает перегрев настолько взрывоопасным, так это то, что больший пузырь легче раздувать, чем маленький; Так же, как при взорвании воздушного шара, самая сложная часть начинается. Оказывается избыточное давление $\Delta p$ Из -за поверхностного натяжения обратно пропорционально диаметру $d$ пузырька. ^{[ 5 ]} То есть, $\Delta p\propto d^{-1}$ .

Это может быть получено, воображая плоскость, разрезающую пузырь на две половинки. Каждая половина тянутся к середине с силой поверхностного натяжения $F\propto \pi d$ , который должен быть сбалансирован силой из избыточного давления $\Delta p\times (\pi d^{2}/4)$ Полем Итак, мы получаем $\Delta p(\pi d^{2}/4)\propto \pi d$ , что упрощает $\Delta p\propto d^{-1}$ .

Это означает, что если самые большие пузырьки в контейнере небольшие, только несколько микрометра в диаметре, преодоление поверхностного натяжения может потребовать большого $\Delta p$ , требуя превышения точки кипения на несколько градусов по Цельсию. Как только пузырь действительно начинает расти, давление на поверхностном натяжении уменьшается, поэтому он расширяется взрывоопасно в петле с положительной обратной связью. На практике большинство контейнеров имеют царапины или другие недостатки, которые ловят карманы воздуха, которые обеспечивают пузырьки, а нечистая вода, содержащая мелкие частицы, также может улавливать воздушные карманы. Только гладкий контейнер очищенной жидкости может надежно перегреться.

Появление через микроволновую печь

нагревается невозмутимый контейнер с водой Перегрев может возникнуть, когда в микроволновой печи . В то время, когда контейнер был удален, отсутствие участков зарождения предотвращает кипение, оставляя поверхность спокойной. Однако после того, как вода нарушена, некоторые из них насильственно вспыхивают до паром , потенциально распыляя кипящую воду из контейнера. ^{[ 6 ]} Вставка кипения может быть вызвано, вставив чашку, вставив устройство для перемешивания или добавив вещество, такое как мгновенный кофе или сахар. Вероятность перегрева больше с гладкими контейнерами, потому что царапины или чипсы могут разместить небольшие карманы воздуха, которые служат точками зарождения . Перегрев более вероятным после повторных циклов отопления и охлаждения нетронутого контейнера, так как, когда забытая кофейная чашка перегревается без удаления из микроволновой печи. Это связано с циклами нагрева, высвобождающими растворенные газы, такие как кислород и азот из растворителя. Существуют способы предотвратить перегрев в микроволновой печи, такие как помещение неметаллического объекта (например, перемешивающегося) в контейнер заранее или использование царапинного контейнера. Чтобы избежать опасного внезапного кипения, рекомендуется не микроволновой воде в течение чрезмерного времени. ^{[ 3 ]}

Приложения

Перегрев водородной жидкости используется в пузырьковых камерах .

Смотрите также

Ссылки

^ Debenedetti, Pgmetastable Liquids: концепции и принципы; Издательство Принстонского университета: Принстон, Нью -Джерси, США, 1996.
^ Maris, H., Balibar, S. (2000) «Отрицательное давление и кавитация в жидком гелии» Физика сегодня 53, 29
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Здоровье, Центр устройств и рентгенологии (2018-11-03). «Риск ожогов от извержений горячей воды, перегретых в микроволновых печи» . FDA .
^ Критические капли и зародышеобразование, лаборатория твердого состояния Корнелла
^ Атмосфера-океанское взаимодействие Эрик Брэдшоу Краус, Джуст А. Басингер Опубликовано Oxford University Press US, 1994 ISBN 0-19-506618-9 , стр. 60.
^ Справочные страницы городских легенд: перегретая микроволновая вода

Внешние ссылки

[PDB96-1] Debenedetti, Pgmetastable Liquids: концепции и принципы; Издательство Принстонского университета: Принстон, Нью -Джерси, США, 1996.

[MB2000-2] Maris, H., Balibar, S. (2000) «Отрицательное давление и кавитация в жидком гелии» Физика сегодня 53, 29

[:0-3] Jump up to: ^а ^{беременный} Здоровье, Центр устройств и рентгенологии (2018-11-03). «Риск ожогов от извержений горячей воды, перегретых в микроволновых печи» . FDA .

[4] Критические капли и зародышеобразование, лаборатория твердого состояния Корнелла

[5] Атмосфера-океанское взаимодействие Эрик Брэдшоу Краус, Джуст А. Басингер Опубликовано Oxford University Press US, 1994 ISBN 0-19-506618-9 , стр. 60.

[6] Справочные страницы городских легенд: перегретая микроволновая вода

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

v Т и Состояния материи ( список )
Состояние	Твердый Жидкость Газ / пара Суперкритическая жидкость Плазма
Низкая энергия	Бозе -Эйнштейн Конденсат Фермионный конденсат Дегенеративное вещество Квантовый зал Ридберг Маттер Странное дело Излишний Суперзсолид Фотонная молекула
Высокая энергия	QCD Matter Quark - Gluon Plasma Цветовое конденсат
Другие государства	Коллоид Кристалл Жидкий кристалл Время кристалл Сколько спиновой жидкости Экзотическая материя Программируемая материя Темная материя Антиметра Магнитно упорядочен Анти -ромагнет Ferrimagnet Ферромагнет Жидкость струнной сети Суперглас
Фазовые переходы	Кипение Точка кипения Конденсация Критическая линия Критическая точка Кристаллизация Показания Испарение Флэш -испарение Замораживание Химическая ионизация Ионизация Lambda Point Таяние Точка плавления Рекомбинация Регулирование Насыщенная жидкость Сублимация Переохлаждение Тройная точка Испарение Витрификация
Количества	Энтальпия слияния Энтальпия сублимации Энтальпия испарения Скрытая тепло Скрытая внутренняя энергия Правило Трутона Волатильность
Концепции	Барионическое вещество Дворянство Сжатая жидкость Кривая охлаждения Уравнение государства Эффект Лейдена Фроста Макроскопические квантовые явления ЭФФЕКТ Порядок и беспорядок (физика) Спинодальный Сверхпроводимость Перегретый пара Перегрев Термодиэлектрический эффект