加熱恆定

蓋子打開,水的熱量通過對流和輻射散失的更快,通過沸騰所需散的熱就更小,因而沸騰應該更弱

蓋子蓋上,當然不是完全密閉的,水上方蒸氣更多,蒸氣壓更大,水的蒸發應該要更少,使得沸騰也更弱

那到底哪個沸騰更強呢?


題主這個問題很實際,不過應該沒多少人關注

在此分享一下我個人的看法,僅供參考,歡迎斧正。

沸騰的本質是液體內部和表面同時發生的劇烈汽化現象,壺中的水沸騰時,越靠近壺底的水汽化越劇烈,汽化的水在液態水中逐漸上升,氣泡至水面破裂,這就是我們看到水翻騰的原因。

開水散熱,無非熱傳遞的三種方式:輻射、熱傳導和對流

輻射只與溫度有關,而不管是蓋蓋子的開水還是沒蓋蓋子的開水,水的溫度相差無幾,因此由輻射途徑散失的熱量差異還不足以影響到沸騰的劇烈程度。

同樣,蓋蓋子時水的沸點會略高,但若非高壓鍋之類具有密封作用的蓋子,水的沸點相差不過10攝氏度以內,很可能小於5攝氏度,所以單純通過熱傳導散失的熱量差異,也不足以影響到沸騰的劇烈程度

換句話說,如果非要從熱傳遞的三種方式中找出一個影響沸騰劇烈程度的主要因素,只可能是對流

不過如果壺是用火焰加熱的,熱量從火焰從傳到壺,主要靠熱傳導,蓋蓋子時水的沸點高一些,而火焰溫度要高於水的沸點,即火焰與沸水的溫度差較小,因此在其它外界條件完全一致的情況下,蓋蓋子的壺對熱量的吸收率要低於沒蓋蓋子的壺;

說回對流,要分壺內氣體的對流和水的對流

壺內氣體的對流 不會影響水內部的汽化現象,最多影響水表面的汽化,而水表面的汽化與沸騰程度無關,但無蓋壺的散熱速率要明顯高於有蓋壺;

水內部的對流:壺中的水在加熱時,水的溫度從底部至表面,是依次降低的,既使是沸騰時,溫度分布也是如此;前面提到無蓋壺內氣體散熱速率較快,所以無蓋壺中壺底水與表面水的溫差相對較大,水的對流運動也更劇烈;

無蓋壺底吸熱效率高,汽化更快,對流更劇烈,所以在所有條件都相同的情況下,我覺得 沒蓋子的水沸騰更劇烈,不過不一定能用肉眼分辨出來。


引用:水上方蒸氣更多,蒸氣壓更大,水的蒸發應該要更少,使得沸騰也更弱。

其實,蓋子蓋上後,由於保了溫,沸騰更強。

至於蓋上後(有縫隙),上方蒸汽多,理論上水受到的壓力有所增加,但增加得極其極其小,以至於完全可以忽略。當然,如果你的蓋子很強,接近密封,那另當別論了。如果完全密封,沸騰就會消失了。


可以實際做實驗來判斷


水燒開後,蓋著蓋子,水面溫度高,打開蓋子,水面溫度被低於沸水中空氣冷卻,所以是蓋著蓋子水沸騰得更強烈。


水的沸騰和水面的蒸汽壓無關,只和水面的壓強有關,所以蓋蓋子沸騰強。你把水面的蒸發和水(底)的沸騰混淆了。


當然是蓋上強了,蓋子打開水面直接暴露在空氣中,受熱傳導影響熱量損失,壓強小,沸騰弱;蓋子海上水與外界空氣接觸少,熱量損失小,內部壓強隨著溫度升高水蒸發體積增大也在不斷增大,此時水沸騰強。最直觀的就是,蓋著蓋子正在沸騰的水,你突然揭開蓋子,加熱速度和火大小不變的情況下,你會發現壺裡的原本劇烈沸騰的水慢慢變得不那麼活躍。


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