答某某问:“水汽变成雪花释放的热量是水分凝结热的2/3”。
此事我好像没有发过博客。下面是简要的回答
1. 物理学不仅告诉我们蒸发耗热,也告诉我们把液体的表面积拉大,需要克服表面张力,需要做功。而且蒸发热就是固体变成气体时的表面积加大所需要的能量。即潜热本质是对应增加的表面积所需要的能量。
2. 水气变成冰,释放潜热,这对应于水汽分子对外的表面积的大量减少。确实,冰块的表面积比起单个的水汽分子的表面积来就太小太小了。
3. 冰与雪花都是固体。但是需要注意到雪花的表面积显然比冰大很多,但是它又比单分子的水蒸气分子表面积小很多。所以水蒸气变成雪花释放的热量比变成冰而释放的热量要小一大截!
4. 雪花的表面积究竟比冰的表面积大多少?这是个问题。我下面仅是极简单的推论。
5. 1克分子(18克)的水汽的体积22.4升—化学知识
6. 18克的水的体积是18立方厘米。--化学知识
7. 于是我们可以粗略认为水汽的密度大约是水的密度的1000倍(应当是22.4*1000/18),或者说是水分的大小,在从气体变成固体时,在三个方向都压缩为原来的1/10的大小了。--或者说水汽变成冰体积要减少为仅是原来的1/1000了.
8. 现在的水汽如果变成了雪花,它显然有大量的水汽分子的表面积没有被封闭起来。于是它变成雪花所释放的潜热当然要减少一些。---所以雪花的溶解热小于冰。
9. 不妨认为水汽分子变成冰在三个维度上(水分子的左右,前后,上下)都减少了表面积,而水汽变成雪花仅相当于在其中的两个维度上减少了水分子的表面积。即变成雪花比变成冰在消失的表面积方面仅完成了2/3,所以水汽变成雪花所释放的热量也仅是潜热的2/3.—这与雪花的密度是冰的1/10对应!
10. 以上认识显然是粗线条的。需要进一步细化,更需要实验支持。
11. 在这个粗模型中就不细究水分子是单个存在,还是以团簇形式存在的问题了(但是它显然影响对应的潜热量)。
12. 以上问题做实验应当不难的:冬季取一定数量的雪花(已经知道其温度),放入已知温度的定量的水中,测量雪花融化以后的水体温度即可获得其溶解热。中学物理实验室就可以完成。
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有人与我讨论空中水问题,很好!
张学文2021 07 16