水沸腾前后气泡的变化及其原因

江苏省淮北中学　赵杰　223900

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摘要: 在平时的物理教学中，常常会遇到一些生活中司空见惯的现象，对这些现象，要求学生能够多思考,善于思考,利用所学知识和方法进行分析探究。比如水沸腾前后气泡在上升过程中有不同的两种现象,产生这两种现象的本质原因是什么呢?,本文就从这个角度进行分析和实验，来解答一些问题。

关键词:气泡 体积 深度 压强 液化汽化

在八年级的物理课本中有对水进行加热直之沸腾的实验，并让大家注意观察水沸腾前后气泡在上升过程中体积的变化情况。从这个实验过程中可以很明显地观察到在沸腾前，气泡在上升过程中体积变得越来越小，而在沸腾后，气泡在上升过程中体积又是变得越来越大的。为什么会出现这两种相反的现象呢？很多同志在解释在上升过程中气泡体积变得越来越大时这样说道：因为在上升过程中气泡所受的压强变得越来越小，而对于一定质量的气体而言，其体积越大，内部的压强才能越小，气泡在上升过程中，外界的压强变小了，则内部的压强也相应地变小了，所以其体积也只有相应地变大了。这种解释对于气泡在上升过程中体积变大的情况似乎很有道理，但对于气泡在上升过程中体积变小的情况就不能解释了，因为这恰好与气泡在上升过程中的体积变得越来越小这种情况相矛盾。那么是什么原因呢？我们先看一下课本上的一个实验。

在沪粤版八年级《物理》第16页有这样一个实验：将水壶中的水烧开，水蒸气从壶嘴逸出，将一块玻璃靠近壶嘴，过一会你会发现，在玻璃片上有小水珠析出。另外在本页还有这样的一段话：夏天吃冰棒时，揭开包装纸后会看见冰棒冒“白汽”。这“白汽”不是水蒸气，水蒸气是看不见的。因为空气中的水蒸气遇到冷的冰棒时，液化成小水珠，许多小水珠聚在一起就成了“白汽”。这两个实验所说明的都是水蒸气遇冷会液化。另外，我们知道，水是热的不良导体，当对水进行加热时，水的下部分先受热，温度升高，而此时上部分仍然是低温。

现在我们可以解释一下水沸腾前后气泡在上升过程中体积变化出现的两种截然相反的情况了。首先，要纠正水中产生的气泡是空气溶解在水中的错误观点，在这一点上，有些资料上错误地认为产生的气泡是空气溶解在水中，被加热以后体积变大，溶解度变小而上升的。这很容易从实验中发现这种解释是错误的，因为在对水进行加热的实验中，只要水没有汽化完，就会不断地有气泡产生，而溶解在水中的空气肯定是有限地，不可能一直到水汽化完前还有很多空气溶解在水中，因此水中的气泡是水汽化成水蒸气而形成的。水沸腾前，在气泡上升过程中，下面部分的水先受热，温度升高，于是有一部分水汽化成水蒸气，形成气泡，气泡所受到的浮力大于自身的重力，于是气泡上升。而由于水是热的不良导体，下部分的水温升高，但上部分的水温度仍然较低，在气泡上升过程中，气泡遇到温度比它低的冷水，于是有一部分水蒸气放热，液化成小水珠，气泡的质量变小了，所以气泡的体积也相应地变小了；但是，在气泡上升过程中，由于所处的深度变小了，所以外界的压强变小了，会导致气泡的体积变大；相对而言，前者对气泡体积变化的影响要比后者大，所以，在气泡上升过程中，实际表现出的现象是其体积变小。而在水沸腾以后，由于对流，水的上下部分的温度都达到沸点，继续加热，与水沸腾前一样，有水汽化成水蒸气形成气泡上升。在上升的过程中，也不断有水汽化成水蒸气，于是许多气泡聚在一起，越积越多，从而其体积变大，另一方面，与沸腾前相似，在上升的过程中，气泡所处的深度变小了，也会使其体积变大。这两方面的影响是一致的，最终的现象也是气泡的体积变得越来越大。综上所述，气泡体积的变化情况，由两方面因素决定，一是看是有更多的水汽化成水蒸气，形成气泡呢，还是不断地有水蒸气液化成水小珠。另一方面就是在气泡上升过程中，其所处的深度变小了，导致气泡的体积变大。而且从实验中可以得出，气泡所处深度的变化对其体积变化的影响较小，所以，水沸腾前后，其体积的变化出现了两种截然相反的现象。