地球上水能冷冻的最高温度是多少,能沸腾的最低温度是多少?
一个旧水壶在海滩上的小篝火上沸腾,背景是一个野餐篮。
在海平面上,水的沸点为212华氏度(100摄氏度)。但是地球上水能沸腾的最低温度是多少?
水在212华氏度(100摄氏度)沸腾,在32华氏度(0摄氏度)结冰,对吧?当然,但事实并非总是如此。水沸腾或结冰的温度会根据压力和其他因素而变化。那么,我们需要去地球上哪里才能找到水最冷的沸腾温度和最热的冷冻温度呢?
对于水的最低沸点,我们必须寻找空气最稀薄的地方。
科罗拉多州立大学物理学教授雅各布·罗伯茨说:“水的沸点对湿度有一定的轻度依赖,但几乎都归结为压力。”。
水中的杂质会影响水分子之间的相互作用,最终改变整个溶液沸腾的点。但是,如果你把一桶水带到山顶,它会在比海平面更低的温度下沸腾。这是因为大气对一壶水的推动越小,水蒸发或转化为蒸汽所需的热能就越少。
自然,根据月球和行星研究所的数据,地球上最高的地方——海拔29031英尺(8849米)的珠穆朗玛峰——是水沸腾最冷的地方,温度为154华氏度(68摄氏度)。这是热水,但它会泡出一杯糟糕的咖啡,因为水至少需要188华氏度(87摄氏度)才能泡出好咖啡。
那么,水在最高温度下在哪里结冰呢?这有点棘手。至少对于纯水来说,其分子沉淀到坚硬的冰晶晶体结构中的温度随压力的变化相对较小。地球上的水的冰点总是在32华氏度左右。
这并不是说压力根本不影响水的冰点——只是我们星球表面自然产生的压力远不足以推动冰点上升。根据伦敦大学学院的数据,即使在马里亚纳海沟的挑战者深海,其压力也比海平面上的气压高出1000多倍。这会挤压水,但不足以迫使32华氏度以上的水结冰——在0摄氏度以上,水需要近10000倍大气压才能结冰,而这在地球上任何地方都不会自然发生。
然而,由于辐射冷却,如果气温高于冰点,海平面就会结冰。几代人以来,这种现象使沙漠地区的居民能够在没有电或严寒的情况下制冰。尽管气温比零度高出几度,但生活在现在的伊拉克和阿富汗的人们会在万里无云的夜晚之前把浅水池装满水,醒来时会发现结冰。
罗伯茨告诉《现场科学》,这是因为水池上方的空气非常干燥,这会促使水蒸发。蒸发的水带来热量,冷却留下的液体。
此外,水慢慢地将热量散发到天空中。虽然地面附近的空气可能略高于冰点,但在万里无云的夜晚,高层大气可能会冷到零下40华氏度(零下40摄氏度)。在这种情况下,热能从相对温暖的水中转移到极冷的夜空中。这两种机制结合在一起可以将游泳池的温度降至32华氏度,足以使其结冰,尽管周围的空气温度高达41华氏度(5摄氏度),远高于冰点。