知乎曾有問題問能否通過水杯的壁面上冷凝的小水珠來確定水杯中水的溫度。這個有點荒誕的想法一看就很有挑戰性,讓人摸不著頭腦。
下面我就基於自己對蒸發過程的理解,以及物理化學基本公式的學習,來挑戰這個問題。不求是否使用及是否精確,僅僅從理論上探討其可行性。
下面我以自己的理解做個設計,來通過冷凝的小水珠來計算杯中水的溫度。
實驗原理:水的蒸發速率和溫度具有可用解析式表達的定量關係,通過測定水的蒸發速率,從而 可以計算水的溫度。
實驗裝置:如圖1所示,假設水杯是一個半徑為r的圓柱,裡面盛滿水,通過外界加熱使其溫度恆為T1,在水杯上方罩著一個等大高度為h的罩子,這個罩子有如下特點:(1)內表面是高粘附表面,即水珠在上面凝結不會滑落 (2)罩子傳熱性能足夠好,內部溫度與室溫相等恆為T2 (3)罩子和水杯足夠大,凝結的水珠尺寸和他們相比,可以忽略不計,這樣就不用考慮水珠凝結過程中的表面曲率變化。(4)罩子與水杯表面足夠接近,即水的冷凝全部冷凝到罩子裏(5)罩子的高度可以調節,可以調節到其頂部在冷凝過程中只有很少的冷凝,此時可以認為罩子最頂端的蒸氣濃度和水在T2下的飽和蒸汽濃度相等,即Cs2 (6)這個罩子與一個天平相連,可以測量出罩子的質量隨著時間的變化。