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水沸腾时为什么有气泡?

2018-04-12

农村青少年科学探究 2018年12期
关键词:水蒸气烧杯气泡

课上,小明和同学们一起在老师的引导下,探究了“水沸腾时温度变化的特点”,并观察到水沸腾前气泡是图1右所示的形状,沸腾后是图1左所示的形状。从实验中可以看到,水沸腾时形成大量的气泡,不断上升、变大,到水面破裂开来,里面的水蒸气散发到空气中。那么,水沸腾时为什么会有气泡?气泡是怎样形成的?气泡里面全部是水蒸气吗?带着这些疑问,小明和同学们又一起踏上了探究之旅。

图1

根据几位同学养金鱼的经验大家了解到,水中溶解有氧气,并且到了夏天,有时金鱼会因为缺氧而死。也就是说,水中本身就有一定的气体。那么,气泡是水中溶解的气体变成的吗?他们还了解到:气体在水中的溶解度随着水温的升高而降低。于是他们设计了一个实验,实验装置如图2所示。一组用凉的自来水观察现象,二组用沸腾了一段时间的开水观察现象。随着实验的进行,加热5分钟后,现象出现了不同(见下表)。

图2

原来,水中能溶解少量气体(氧气、二氧化碳等)。当加热冷水时,随着温度的升高,水中气体的溶解度变小,并迅速变得饱和,随即被“逼出”水中。这也是夏天鱼容易泛塘的主要原因。

此外,容器在盛水前壁上吸附着一层空气,添水后这层空气就变成了无数微小的气泡,所以气泡首先在受热的器壁上生成。气泡生成之后,由于水继续被加热,在受热面附近形成过热水层,它将不断地向小气泡内蒸发水蒸气,使气泡内的压强(空气压与蒸汽压之和)不断增大。当温度达到七八十摄氏度时,变大的气泡受到的浮力超过了吸附力,它们就要离开容器壁上升,同时在容器壁上仍遗留下一部分空气,这部分空气会以更快的速度增加体积而上升。上升的气泡遇到周围的凉水,气泡里的水蒸气就要液化,使气泡迅速变小或破裂。

等到上下层的水通过对流达到同一温度时,水的温度达到了沸点,气泡上升时就不会发生体积缩小的现象了,且不断有水蒸气会进入气泡,使气泡的体积越来越大,最后在水面上破裂开来。由于二组往烧杯中注入的是开水,这样会使烧杯中的气体迅速膨胀减少,这也是其加热时气泡少的原因之一。

通过亲自动手实验,小明和同学们终于明白了其中的奥秘,带着收获他们可以自豪地继续进行反思交流了。

组别一 二所用水样自来水开水5分钟后现象(沸腾前)烧杯底部附着有大量密密麻麻的小气泡烧杯底部几乎看不到气泡,隐约有水流向上涌动沸腾后现象大量气泡上升、破裂,产生大量的水蒸气少量的气泡产生,水上下翻滚

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