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为什么冷水和热水会出现不混合的现象呢?

2022-6-7 22:45| 发布者: 甜宝贝| 查看: 63| 评论: 0|来自: 成都巴适关注

摘要: 冷水和热水混合为什么会互不相容?想要在寒冷的冬天快速喝上一杯温水,人们通常会把烧好的开水和放凉的冷水混合在一起。;最近有一个与之相关的试验,它的结果有点出乎意料,准备一杯红色 ...
    ‌冷水和热水混合为什么会互不相容?想要在寒冷的冬天快速喝上一杯温水,人们通常会把烧好的开水和放凉的冷水混合在一起。‌‌最近有一个与之相关的试验,它的结果有点出乎意料,准备一杯红色的热水和一杯蓝色的冷水,首先将热水放在下面,然后在上面盖上冷水,‌‌把中间的卡片抽走之后,就会看见两种液体自然而然的混合在了一起,而把冷热水的位置颠倒一下,就会发现一个神奇的现象,‌‌两种液体并没有混合,而是安然无恙的待在自己的领域。这不禁让人倍感疑惑,为什么冷水和热水会出现不混合的现象呢?这可以用我们熟悉的热胀冷缩原理解释。

      对于大多数物体而言,温度越高,粒子的震动幅度就越大,物体自然会膨胀,反之当温度下降时,粒子的震动幅度就会减小,‌‌物体也随之收缩。‌‌我们使用的体温计就巧妙的利用了水银的热胀冷缩原理,‌‌而它对4度以上的水也同样适用,即温度越高,体积膨胀的越厉害,密度也会相应减小,因此就能看见热水漂浮在冷水表面的神奇现象了。‌‌那么了解了冷热水不相容的原因,我们在脑洞大开一下,如果将一升100度的水倒入一升0度的水中,能够得到温度为50度的水吗?‌‌答案是否定的。

      观察水的密度图就会发现,在常压下,零度时水的密度为0.99984克每立方厘米,‌‌100度时水的密度为0.95837克每立方厘米,‌‌也就是说同为一升体积,开水在一开始就比冰水少了41.47克,因此二者传递的能量不可能对半分,最终得到的温水也不可能是50度。‌‌那么我们又该如何计算混合后的液体温度呢?先假设水的比热容C不会发生改变,根据热量的计算公式可得,水从0度开始升温吸收的热量为Q吸=C×M1×(t−0)‌‌,水从100度冷却释放的热量为Q放=C×M2×(100−t),‌‌由于最终的水温会达到平衡就可以列出等式,C×M1×(t−0)=C×M2×(100−t)‌‌带入数据后可以得到温度T约为48.94℃,‌‌然而这还不是最终答案。

      因为在现实生活中,水的比热容会随着温度发生改变,在经过一系列的复杂计算后,就可以得出混合水的温度约为48.98℃。‌‌没想到冷热水混合这一看似简单的生活现象,在科学的视野里摇身一变,成了蕴含温度、密度、热量、比热容等复杂问题,‌‌不过也正是这种刨根问底的执着精神,让人类得以向着科学真理不断迈进。


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